Intelligente Schleusensteuerung

„Immer eine Handbreit Wasser unter dem Kiel“ ist nicht nur ein traditionelles nautisches Prinzip, sondern auch eine wichtige Voraussetzung für sicheres Navigieren. An der deutschen Nordseeküste, mit ihrem starken Tidenhub von bis zu vier Metern, wird dieses Prinzip jedoch oft zur Herausforderung. Bei Ebbe zieht sich das Wasser so weit zurück, dass der Zugang zu vielen Hafenbereichen stark eingeschränkt ist. Der Bremer Industriehafen bildet hier keine Ausnahme. Um auch bei Niedrigwasser einen konstanten Wasserstand zu gewährleisten, kommt eine Schleuse zum Einsatz, die den Wasserstand im Hafenbereich stabil hält. Mit jedem Schleusenvorgang geht jedoch Wasser verloren, wodurch der Hafenpegel kontinuierlich absinkt.

Bisher wurde dieses verlorene Wasser mithilfe eines Pumpwerks wieder aufgefüllt. Dieser Prozess war jedoch nicht nur zeitaufwändig, sondern auch mit hohen Kosten und einem enormen Energieaufwand verbunden. Das Pumpwerk musste regelmäßig den Pegel regulieren, was ökologische und wirtschaftliche Nachteile mit sich brachte. Der Prozess war ineffizient und erforderte eine kontinuierliche Überwachung, um den Wasserstand im Hafenbereich konstant zu halten.

Gemeinsam mit bremenports und dem Hansestadt Bremischen Hafenamt hat Aimpulse eine innovative Lösung entwickelt: ein KI-gestütztes Assistenzsystem, das den Wasserstand im Bremer Industriehafen auf natürliche Weise reguliert. Anstatt Weserwasser energieintensiv in den Hafen zu pumpen, nutzt das System Hochwasserphasen gezielt und steuert die Schleuse so, dass das Wasser auf natürliche Weise in den Hafen einströmt. Dadurch wird der Hafenpegel effizient und umweltfreundlich stabilisiert. Diese intelligente Technologie spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern reduziert auch den Energieverbrauch und optimiert die Ressourcennutzung. Somit wird der Hafenbetrieb deutlich effizienter und nachhaltiger gestaltet.

Zweimal täglich, wenn der Hochwasserstand die Spitze der Flutwelle erreicht, übersteigt der Weserpegel für kurze Zeit den Wasserstand im Bremer Industriehafen. Diese kurze Phase bietet die Gelegenheit, den Wasserverlust im Hafen auszugleichen. Öffnet man dann die Schütze der Schleusentore, kann das Wasser der Weser in den Hafen fließen und auf natürliche Weise für den nötigen Ausgleich sorgen. Allerdings ist dieser Prozess nur unter bestimmten Bedingungen möglich, da mehrere Faktoren zusammenkommen müssen, damit er reibungslos funktioniert.

Damit die Schleuse effektiv genutzt werden kann, müssen die Tidenverhältnisse genau stimmen. Die Flut muss hoch genug sein, was von verschiedenen Faktoren wie den Windverhältnissen abhängt und nicht immer garantiert werden kann. Doch selbst wenn der Wasserstand passt, gibt es eine weitere entscheidende Voraussetzung: Während der Flutwelle dürfen keine großen Seeschiffe die Schleuse passieren wollen. Diese Schiffe müssen mit der Flutwelle zügig in den Hafen einlaufen, um nicht vor der Schleuse auf Grund zu laufen, wenn das Wasser wieder abläuft. Die enge zeitliche Koordination von Tide und Schiffsverkehr macht diesen Vorgang komplex und erfordert eine präzise Planung, damit im richtigen Moment alles zusammenpasst.

Das nautische Bedienpersonal der Schleuse ist für den sicheren Schiffsverkehr verantwortlich und kann sich nicht auch noch um die komplexe Wasserstandregulierung kümmern. Aimpulse hat daher ein KI-gestütztes Assistenzsystem mit einem übersichtlichen Dashboard entwickelt, das Schiffsverkehr und Wasserregulierung effizient vereint. Das System nutzt eine Vielzahl von Datenquellen – darunter Wetter- und Tidevorhersagen, Schiffspositionen sowie Schleusendaten – und liefert so eine fundierte Entscheidungsgrundlage.

Ein entscheidender Bestandteil des Systems sind die Schiffsankunftsprognosen des Bremer Instituts für Produktion und Logistik (BIBA). Diese liefern präzise Vorhersagen zu den Schiffsankünften. Auf Basis dieser Prognosen erstellt das Assistenzsystem einen Schleusenbelegungsplan, der aufzeigt, wann die Schleuse für den Schiffsverkehr und wann für die natürliche Bewässerung genutzt werden kann. Durch die enge Verzahnung von Schiffsankünften und Wasserregulierung ist eine zeitlich optimierte und effiziente Nutzung der Schleuse möglich.

Aimpulse hat das intelligente Assistenzsystem im Rahmen des Programms „Innovative Hafentechnologien“ des Bundesverkehrsministeriums entwickelt. Dieses Programm fördert gezielt zukunftsweisende Technologien, die zur Optimierung der Hafeninfrastruktur beitragen. Das Assistenzsystem geht über den reinen Schleusenbetrieb hinaus und nutzt offene Schnittstellen, um eine breite Anwendbarkeit zu gewährleisten.

Dank der Interoperabilität können die gesammelten Daten nicht nur für den Schleusenbetrieb, sondern auch für andere Anwendungen im Hafen verwendet werden. Diese Vernetzung fördert den Datenaustausch und eröffnet Potenziale für Optimierungen in der Hafenlogistik und ‑infrastruktur. So trägt das Assistenzsystem dazu bei, eine moderne, vernetzte Hafenwelt zu schaffen, in der Effizienz, Nachhaltigkeit und Innovation miteinander kombiniert werden.

• Wasserverlust effizient ausgleichen: Der Schleusenbetrieb führt zu Wasserverlusten, die früher durch eine Pumpe teuer und energieintensiv ausgeglichen wurden.
• KI-Lösung: Aimpulse entwickelte ein Assistenzsystem, das den Wasserstand effizient durch die Schleuse reguliert und so Kosten und Energie spart.
• Schleusenoptimierung: Prognosebasierte Nutzung der Schleuse, um Wasserverluste gezielt auszugleichen, ohne den Schiffsverkehr zu behindern.
• Smarter Hafenbetrieb: Offene Schnittstellen machen die Daten auch für andere Hafenanwendungen verfügbar und fördern eine vernetzte Infrastruktur.

• Projektbeschreibung Tide2Use