AP 4200 [BAW]

Das fahrdynamische Verhalten von Binnenschiffen auf natürlichen Wasserstraßen wird insbesondere durch die hydrodynamischen Randbedingungen, also Strömungsgeschwindigkeit, Wassertiefe und Gewässerquerschnitt sowie durch die Lage der Fahrspur hinsichtlich der Flussbauwerke (Buhnen, Leitwerke und Ufersicherungen) bestimmt. Darüber hinaus definieren Verkehrsregeln teilweise abhängig von den Wasserständen z. B. die maximale Schiffsgeschwindigkeit, sowie die Begegnung größerer Schiffe in engeren Kurvenabschnitten. In diesem Arbeitspaket 4200 sollen daher alle erforderlichen Infrastrukturdaten für die in AP 2000 definierten Demonstrationsgebiete (Ober-, Mittel- und Niederrhein sowie westdeutsches Kanalnetz) bereitgestellt werden. Infrastrukturdaten umfassen statische und dynamische Gewässerdaten, Bauwerksdaten und Verkehrsregeln:

1. Statische Gewässerdaten sind zum Beispiel die Lage der Fahrrinne, Liegestelleninformationen, Ein- und Ausfahrten von Häfen und Gewässerabzweigungen.
2. Dynamische Gewässerdaten sind hydrografische Daten, die z. B. für den Rhein derzeit alle zwei Jahre aktualisiert werden sowie vom Wasserstand abhängige Strömungsdaten (lokale Fließgeschwindigkeiten und Wassertiefen). Ein untergeordnetes Ziel dieses Einzelvorhabens ist die Eruierung, mit welcher Aktualität hydrografische Daten von der WSV bereitgestellt werden müssen, damit die Binnenschifffahrt verlässliche Tiefeninformationen und darauf aufbauende Strömungsdaten erhält.
3. Bauwerksdaten umfassen Informationen und detaillierte geometrische Daten zur Lage von Flussbauwerken, Schleusen und Brücken und insbesondere auch deren Lichtraumprofile.
4. Verkehrsregeln nach Rheinschifffahrtspolizeiverordnung (RheinSchPV) bzw. Binnenschifffahrtsstraßen-Ordnung (BinSchStrO).

Strömungsdaten werden mithilfe von zweidimensional-tiefengemittelten hydrodynamisch-nume¬ri¬schen Modellen (2D-HN Modelle) für einen Fächer von Pegelständen (stationärer Abfluss) generiert. Die Ergebnisse der Modellierungen werden auf einem BAW-Server bereitgestellt, der in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Pegelstand, der z. B. über Pegelonline oder ELWIS ausgelesen wird, die momentanen Strömungsgeschwindigkeiten und Wassertiefen im Schiffspfad interpoliert und auch die weiteren Gewässer- und Bauwerksdaten sowie Verkehrsregeln bereitstellt.

Die hier aufgeführten Gewässer- und Bauwerksdaten werden für die Demonstrationsgebiete gesichtet und zusammengestellt. Hierzu ist es erforderlich die vorhandenen Strömungsmodelle zu aktualisieren, an die aktuell verfügbaren hydrografischen Daten anzupassen und in Gewässerabschnitten neue Strömungsmodelle zu erstellen, für die in der BAW bislang keine Modelle existieren. In den frei fließenden Gewässerabschnitten (z. B. Nieder-, Mittel und Oberrhein) werden die 2D-hydrodynamisch-numerischen Strömungsmodellen auf einen engen Fächer von Abflüssen zwischen Niedrigwasserstand (NW) und Höchstem Schiffbarem Wasserstand (HSW) angewendet. Sämtliche Daten werden in einem geeigneten Datenformat auf dem BAW-Datenbank-Server für einen öffentlichen Online-Zugriff bereitgestellt.

Es ist das Ziel, dass ein ferngesteuertes und teilautomatisiertes Binnenschiff über Mobilfunk auf den BAW-Server zugreifen kann und entweder die Gewässerdaten für einen Flussabschnitt oder punktuell an einem Ort abruft. Mit dem Online-Zugriff auf den aktuellen und prognostizierten Pegel in einem Wasserstraßenabschnitt generiert der BAW-Datenbank-Server für diese Abfrage einen Datensatz, der die angefragten Gewässer- und Bauwerksdaten enthält, wobei die Strömungsdaten (Wassertiefe und Strömungsgeschwindigkeiten) aus dem zuvor modellierten Abflussfächer interpoliert werden. Hierbei sind in Abhängigkeit von der Art der Abfrage auch prognostizierte Pegelstände zu verwenden, die zum Beispiel auch im Rahmen einer weitergehenden Routenplanung Verwendung finden können. Eine Routenplanung ist im vorliegenden Projektantrag zwar noch nicht angedacht, wird aber in den Folgeprojekten, z. B. dem Projekt zum energieeffizienten Fahren, unverzichtbar sein. Diese Daten stehen den anderen Arbeitspaketen zur Verfügung und werden von den dort entwickelten Applikationen zur fahrdynamischen Prognose des Eigenschiffs und der Fremdschiffe benötigt.

Abbildung 1: Beispiel eines Abschnitts von 2D-Strömungsmodell von Mittelrhein (links) und den flussachsenorientierten Punktwolke (schwarz) für die Interpolation der Gewässerdaten (rechts) Luftbild von – Geobasisdaten: © GeoBasis-DE / BKG (2022)