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AIS trifft auf IoT: Wie Technologie den globalen Überseehandel verändern wird

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Erfahren Sie mehr über die Entwicklung von Technologien zur Schiffsortung und -überwachung und blicken Sie in die Zukunft des intelligenten globalen Überseehandels und moderner Lieferketten, die Satelliten-AIS, IoT-Konnektivität und Big Data nutzen, um ein bisher unerreichtes Maß an Transparenz und Kontrolle zu erzielen…

Die Seefahrt hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung von Handel, Transport und Kommunikation geleistet. Kein anderes internationales Unterfangen hatte solch tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklung von Handel und Migration und die Resultate dieser frühen Vorstöße in neue Gebiete und Handelswege sind heute noch spürbar.

Die Geschichte liefert uns zahllose Beispiele für die bedeutende Rolle, die eine starke maritime Präsenz –sowohl von Militär- als auch von Handelsschiffen – nicht nur bei der Entdeckung und Eroberung neuer Länder, sondern auch bei der Unterstützung und beim Aufbau der Infrastruktur gespielt hat, um eine Besiedelung zur Nutzung der lokalen Ressourcen zu ermöglichen. Man muss sich nur die rasante Verbreitung der verschiedenen europäischen Ostindien-Kompanien anschauen, um sich einen Eindruck von dieser Vorherrschaft zu verschaffen.

Die Konkurrenz zwischen diesen Unternehmen und ihren Heimatländern war früher sehr stark und es gab ständig Wettrennen um die Entdeckung neuer Handelswege und Länder, um die Pläne der Regierungen und Handelsgesellschaften voranzutreiben. Diese Mischung aus Mut, Wissen und Innovation hat viel zur Weiterentwicklung der Schifffahrt beigetragen.

Innovation in der Navigation

Eine der wichtigsten Innovationen dieser Zeit war das von John Harrison im 18. Jahrhundert erfundene Marinechronometer. Das speziell für die Positionsbestimmung auf See entwickelte Chronometer ermöglichte Seefahrern erstmals die genaue Bestimmung des Längengrads auf hoher See und sorgte so für eine erhebliche Verbesserung der Navigation und Sicherheit.

Aufgrund ihrer bedeutenden Auswirkungen weltweit hatten wichtige technologische Entwicklungen in der Schifffahrtsindustrie, wie z. B. Harrisons Chronometer, einen erheblichen wirtschaftlichen Folgeeffekt im Hinblick auf Zeit, Kosten, Qualität und Effizienz. Das ist tatsächlich einer der Gründe, warum damals hohe Belohnungen und Prämien für die Entwicklung von Navigationslösungen angeboten wurden, die wir in der heutigen Zeit als selbstverständlich betrachten.

Auch nach diesen frühen ersten Durchbrüchen ist das Tempo der technologischen Entwicklung noch immer relativ hoch und es steht ein neues, digitales und datenorientiertes Zeitalter vor der Tür. Vor 100 Jahren wurden Innovationen durch die Kombination aus Krieg und Handel angetrieben. Heutzutage haben Entwicklungen im globalen Handel wohl die größten Auswirkungen – was auch viele Jahre lang noch so bleiben wird.

Einer der wichtigsten bahnbrechenden Erfolge der jüngsten Zeit war die Entwicklung, Einführung und internationale Implementierung des Automatischen Identifikationssystems (AIS). Die AIS-Technologie erfuhr ihre erste weitreichende Einführung nach 2002, als die SOLAS-Konvention (1) der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) dahingehend abgeändert wurde, dass ein Großteil der Schiffe über 300 BRZ (ca. 100.000 weltweit) auf internationalen Fahrten mit einem AIS-Transceiver der Klasse A ausgerüstet sein muss.

2006 veröffentlichte der AIS-Normenausschuss dann die Spezifikation für AIS-Transceiver der Klasse B, die zur Entwicklung günstigerer und wirtschaftlich tragbarerer AIS-Geräte führte, die in ein breiteres Spektrum kleinerer Handelsschiffe eingebaut werden konnten. Lokale und regionale Gesetze legten anschließend fest, welche Schiffe mit einem Gerät ausgestattet sein müssen und in welchen Gewässern deren Einsatz erforderlich ist.

ais data map

Die revolutionäre Rolle des Satelliten

Das AIS war ursprünglich als leistungsstarkes Kurzstrecken-Identifikations- und Kollisionswarnsystem zwischen Schiffen vorgesehen, das sich zur Nutzung als Ortungsnetzwerk für die Kontrolle von Schiffen in Reichweite von Landstationen in Hoheitsgewässern anbot.

2001 trat ein Forschungsprofessor des Labors für Angewandte Physik der John Hopkins University (JHU) gemeinsam mit der US-Regierung an ORBCOMM heran. Da die begrenzte Reichweite bestehender bodengestützter AIS-Empfänger bekannt war und Einigkeit darüber bestand, dass das AIS durch den Einsatz satellitengestützter Empfänger zu einem weltweiten Hilfsmittel werden könnte, um die Aufklärung im maritimen Bereich zu stärken, erhielt ORBCOMM 2004 von der US-Küstenwache den Auftrag, diese Funktionalität zu entwickeln und ihre Einsatzfähigkeit vom Weltraum aus zu demonstrieren.  In den darauffolgenden Jahren wurden Nutzen und Funktionen der AIS-Daten umfassend erweitert und auch andere Unternehmen begannen erste Versuche mit dem Empfang von AIS-Übertragungen unter Verwendung von Satellitenempfängern. Als Vorreiter bei der Entwicklung von Satellitentechnik wurde ORBCOMM 2008 mit dem Start sechs AIS-fähiger Satelliten der erste Anbieter kommerziell erhältlicher AIS-Daten. Infolgedessen können Schiffe nun überall auf der Welt innerhalb der Ausleuchtungszone eines Satelliten und nicht nur in Hoheitsgewässern geortet werden.

ORBCOMM betreibt ein globales M2M-Satellitennetzwerk und bietet AIS-Daten von 18 AIS-fähigen Satelliten, die an 17 Bodenstationen an strategischen Standorten weltweit gesendet werden. Die erste Gruppe von sechs ORBCOMM-Satelliten der 2. Generation (OG2) wurde im Juli 2014 ins All geschossen und im Dezember 2015 wurde die Konstellation um 11 weitere Satelliten ergänzt. Diese OG2-Satelliten, die verglichen mit der OG1-Konstellation einige Verbesserungen bieten, wurden speziell entwickelt, um durch eine höhere Netzwerkgeschwindigkeit und -kapazität bei gleichzeitig größerer Abdeckung in höheren Breiten auf die moderneren Anforderungen von ORBCOMMs Kunden und ihren Betrieben eingehen zu können. Durch diese neue Konstellation kommen Schiffe alle 8 bis 15 Minuten in die Reichweite eines Satelliten, was eine durchschnittliche Latenz von 10 Minuten weltweit ergibt.

Seit diesem bedeutenden Meilenstein und der Einbindung von AIS-Signalen in ein größeres M2M-Netzwerk hat die Satellitenortung im Hinblick auf die von ihr gebotenen Möglichkeiten einen Paradigmenwechsel durchlaufen. Durch die Erweiterung der Erkennungsgrenzen und die Nutzung verfügbarer Informationen haben satellitenbasierte Systeme inzwischen große Auswirkungen auf viele andere Bereiche des Seeverkehrs. Die lange Liste der Unternehmen, die am AIS mitwirken und dessen Funktionen sowie andere Seeverkehrsdaten nutzen, unterstreicht die weitreichende Attraktivität dieser Informationen.

Sicherer Seehandel dank AIS   

Regierungen nutzen AIS-Daten für eine Reihe von Initiativen, die über den ursprünglichen Verwendungszweck als Kollisionswarnsystem hinausgehen. Neben dem Einsatz zur Überwachung und Wahrung der Sicherheit wird Satelliten-AIS für die Suche und Rettung verwendet und die zur Verfügung gestellten Daten werden mit Informationen von anderen Datenquellen verknüpft, um Seeverkehr und Schiffsbetrieb in einem größeren Zusammenhang betrachten zu können. In Zusammenarbeit mit Handelsunternehmen nutzen Regierungen Satelliten-AIS auch zur Abwehr von Piratenangriffen, Umweltüberwachung, Regulierung der Fischerei und Untersuchung von Zwischenfällen.

Eine nähere Betrachtung der einzelnen Anwendungen ergibt, dass Sicherheit und Überwachung zwei der wichtigsten Triebkräfte für die Einführung der AIS-Technologie waren. Nach den Terroranschlägen am 11. September 2001 wurde der Seetransport als ein zentraler Angriffsvektor identifiziert und war einer der Gründe dafür, dass die US-Küstenwache sich für mehr Transparenz einsetzte. Durch die Überwachung von Schiffen und einen Abgleich von Kurs und Geschwindigkeit mit Einschiffungs- und Zielhäfen können Grenzkontrollbehörden den Seeverkehr bedeutend besser regeln.

Ein weiterer Bereich, der von der Nutzung der AIS-Daten profitiert, ist die Kontrolle der Einhaltung von Fischereibestimmungen. Der durchschnittliche Fischkonsum weltweit liegt bei 160 Millionen Tonnen pro Jahr, wobei China ein Drittel davon ausmacht. Dementsprechend werden Vorschriften zur Bekämpfung der Überfischung benötigt, die eine Erholung des Fischbestands ermöglichen, um eine vollständige Erschöpfung der Meeresbestände zu verhindern. In diesem hochsensiblen Bereich bahnen sich weitere Entwicklungen an und es wird daran gearbeitet, selbst die einfachsten Fischerboote und Fischereiflotten mit wirtschaftlich realisierbarer Technologie auszustatten.

class B AIS device

Die von ORBCOMM, Pole Star und Weatherdock entwickelte Lösung Hali, kombiniert terrestrisches AIS, Satelliten-AIS und ORBCOMMs proprietäre M2M-Satellitentechnologie in einer erschwinglichen und zuverlässigen Lösung, so dass Schutz und Kontrolle nicht länger großen Schiffen und hohen Budgets vorbehalten sind. Bei der Plattform zur Datenanzeige handelt es sich um einen webfähigen Dienst, der Gesetzgebungsorganen die Erstellung von Zollzonen und Geo-Fences, die Einrichtung detaillierter Benutzerberechtigungen sowie die Filterung nach benutzerdefinierten Flotten, Teilflotten und Häfen ermöglicht. Diese Lösung ist nicht nur ein unglaublich leistungsstarkes Werkzeug zur Fischereiüberwachung, sondern kann auch Küstenwachen dabei helfen, Such- und Rettungseinsätze sowie die Überwachung geschützter Gebiete zu verbessern, um die Aufklärung im maritimen Bereich zu stärken.

Auch die Umwelt profitiert von der AIS-Technologie, da Schiffskurse und Geschwindigkeitsdaten mit Satellitenbildern kombiniert werden können, um Verschmutzungsquellen wie Ölunfälle oder illegale Chemikalienentsorgung ausfindig zu machen. Kurse können auch aufgezeichnet werden, um zu überprüfen, ob Schiffe innerhalb vorgegebener Schifffahrtswege bleiben – bekannte Beispiele für vom Weg abgekommene Schiffe, die Schlagzeilen gemacht haben, sind die auf das Great Barrier Reef aufgelaufene Shen Neng und die vor der Insel Giglio auf Grund gelaufene Costa Concordia.

Unterstützung der Seefrachtlogistik und des Seehandels

Geschäftskunden erkennen dagegen das Potential des Satelliten-AIS, für mehr Transparenz im kritischen Bereich des globalen Seehandels und der Seefrachtlogistik zu sorgen, indem die gesamte Palette von der Überwachung von Energieträger- und Rohstofflieferungen bis hin zur Ortung von Containerschiffen, die Konsum- und Industriegüter befördern, abgedeckt wird.

Rohstoffortung und -handel ist ein interessantes Beispiel. Unter Verwendung von AIS-Daten können Unternehmen komplexe Algorithmen auf die Positionen eines Schiffs anwenden, um Frachtbewegungen zu ermitteln und diese mit historischen Daten zu vergleichen, um finanzielle Fehlbewertungen auf dem Markt aufzudecken. Da der Rohstoffhandel aufgrund von Angebot und Nachfrage täglichen Schwankungen unterliegt, könnte man ihn als eine Art maritimer Börse betrachten, an welcher der Wert von Handelswaren von physischen Rohstoffen auf sich langsam fortbewegenden Schiffen anstatt durch Soforthandel über das Internet bestimmt wird.

Die größten Auswirkungen werden sich in Zukunft wohl auf die globalen Lieferkettenabläufe ergeben und damit einhergehende Vorteile betreffen dann nicht nur Akteure in der Schifffahrt.  Erste Anwender der Technologie unter den Hafenbetrieben nutzen AIS-Daten zum Beispiel schon, um die Ankunfts-, Anlege- und Abfahrtszeiten von Schiffen genau zu überwachen. Dieses Vorgehen kann zur Steigerung der Effizienz beim Hafen- und Terminalbetrieb beitragen, beispielweise durch eine verbesserte Abstimmung der zahlreichen Hafendienstleistungen, die mit jedem anlegenden Schiff einhergehen.

Bei den heutigen Mega-Schiffen, die über 10.000 Container gleichzeitig verladen und abladen, könnten genauere Daten zu An- und Ablegezeiten auch wesentliche Vorteile für die Lieferkette bedeuten, da sie Frachtführern, Spediteuren, Eisenbahnbetreibern und anderen Parteien, die landseitig die Koordination der komplexen, weitreichenden Logistikabläufe übernehmen, bereits im Voraus einen besseren Überblick verschaffen.

Und das ist noch nicht alles. Man verbinde erweiterte Satellitenabdeckung und -bandbreite mit neuen Entwicklungen bei M2M-Telematik und Sensoren für die Überwachung einzelner Container und Auflieger sowie ihrer Fracht und die möglichen Auswirkungen auf den weltweiten Seehandel sind enorm.

Fortschritte bei GPS-Ortung, Mobilfunk-, WLAN- und Satellitenkommunikation, M2M-Telematik und Sensoren fließen ineinander und fördern die Entstehung vernetzter, intelligenter „Dinge“ – einschließlich Containern, Aufliegern und anderen Transportmitteln – als Teil des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT).  Die durch die IoT-Konnektivität erzeugten riesigen Datenmengen tragen wiederum verstärkt zum Einsatz fortschrittlicher Software bei, die sich künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen zunutze macht, um fundiertere Entscheidungen bei Produktion, Lieferkette und Logistik zu ermöglichen.

In Zukunft werden AIS-Daten mit einer ganzen Reihe anderer M2M-, IoT- und digitalen Datenquellen kombiniert werden, um ein vollständiges Bild der Lieferkette zu schaffen. Von der Fertigung und Lagerung am Herkunftsort über den Land- und Seetransport bis hin zur Lieferung an die Haustür verfügen wir nun über die Möglichkeit, uns im Hinblick auf Sendungsort- und zustand ein viel umfassenderes Bild zu machen und es ist eben dieses auf vorhandenen Konnektivitätsknoten basierende „umfassende Bild“, das in den nächsten Jahren noch detaillierter werden wird.

Big Data und das IoT haben bereits begonnen, die landbasierte Logistik zu unterstützen. Mit dem Vormarsch schiffsseitiger Mobilfunk- und Drahtlosnetzwerke sowie wirtschaftlich rentableren Methoden für die Übertragung und den Empfang von Daten werden diese Vorteile, die sich bisher nur im Landtransport bemerkbar machen, schon bald an Bord der Schiffe gehen. Die weltgrößte Container-Reederei hat bereits nahezu 300.000 Kühlcontainer mit Geräten zur Fernortung und -temperaturregelung ausgestattet und ihre Schiffe verfügen außerdem über Mobilfunknetzwerke zur bordseitigen Überwachung dieser Container. Die Daten werden über ein kostengünstiges Flotten-Breitbandnetz der neuesten Generation an Land übertragen. Weitere Entwicklungen dieser Art werden folgen.

Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der ein Frachtführer von Frischware seine Smartphone-App öffnen kann, um Standort und Zustand einer einzelnen Palette Beeren, Avocados oder Mangos in einem von 2.000 Kühlcontainern auf einem Mega-Schiff mit 20.000 TEU mitten im Atlantik zu überprüfen. Von diesem Szenario sind wir heute gar nicht mehr so weit entfernt.

Wir erleben die Geburt einer vollständigen, durchgängigen Lieferkettentransparenz, die unabhängig von Standort und Transportmitteln ist und über Land und Wasser reicht. Es entsteht ein neues technologisches Ökosystem, das letztendlich allen Parteien der land- und seeseitigen Lieferkette die genaue Verfolgung einzelner Sendungen bis auf ein Zeitfenster von wenigen Minuten ermöglichen wird – sowohl nach Längen- als auch nach Breitengraden.

(1) Internationales Übereinkommen zum Schutz des menschlichen Lebens auf See
(2) M2M = Maschine-zu-Maschine

 Eine Fassung dieses Artikels erschien ursprünglich in The Maritime Executive.

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