Sicherung von Schifffahrtsrouten durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI)

Künstliche Intelligenz, oder KI, erobert weiterhin die Welt im Sturm. Ihre Wirkung beschränkt sich jedoch nicht nur auf Unterhaltungen über Chatbots und virtuelle Assistenten. Sie wird vielmehr in verschiedenen Branchen eingesetzt, um Kosten und das Risiko menschlicher Fehler zu senken, die Effizienz zu steigern, mehr Nachhaltigkeit zu schaffen und bessere Sicherheitsvorkehrungen einzuführen.

Die Schifffahrt ist eine solche Branche, in der KI enormes Potenzial zeigt und die Art und Weise, wie sie arbeitet, revolutioniert, was von großer Bedeutung ist, da die maritime Industrie für den Transport von mehr als 90 % des Welthandels verantwortlich ist.

Angesichts der Bedeutung des maritimen Sektors für den globalen Handel und dem Bestreben von Unternehmen, wettbewerbsfähig zu bleiben, ist der Einsatz von Machine‑Learning‑Algorithmen in den Schifffahrtsabläufen entscheidend. Da die globale Wirtschaft ein komplexes und herausforderndes Umfeld darstellt, können selbst kleine Verbesserungen erhebliche Vorteile bringen.

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Der Umfang von KI in der Schifffahrtsindustrie

Wie wir wissen, haben Schifffahrtsrouten in der globalen Wirtschaft enorme Bedeutung, da sie kostengünstig und umweltfreundlich sind. Dies erfordert sichere und effiziente Transportmittel, um Güter über Länder hinweg zu bewegen. Daher ist es entscheidend, KI einzusetzen, um diese Routen zu sichern.

In diesem Kontext werden fortschrittliche Technologien genutzt, um Daten zu sammeln, zu analysieren, zu überwachen und auf verschiedene Herausforderungen zu reagieren, denen Schifffahrtslinien gegenüberstehen. KI‑gestützte Systeme liefern Echtzeitdaten für Schiffswege und verbessern die Navigation, während permanente Überwachung durch Sensoren Sicherheitsbedrohungen verhindert. Darüber hinaus analysieren KI‑Algorithmen Daten, um Wartungsbedarfe vorherzusagen, wodurch Ausfallzeiten reduziert und sichergestellt wird, dass Schiffe mit maximaler Leistung betrieben werden.

Wie NauticExpo vor einigen Jahren schätzte, kann der Umsatz des globalen maritimen Frachttransports bis 2023 200 Milliarden $ übersteigen, doch dafür muss die Branche „KI zu ihrem Arsenal digitaler Technologien hinzufügen“.

In der Schifffahrtsbranche kann KI Schifffahrtsunternehmen dabei unterstützen, Aufgaben zu automatisieren, die Planung zu verbessern, Abläufe zu optimieren, bessere Entscheidungen zu treffen und die Sicherheit zu erhöhen. Sie hilft zudem bei der Distributionsplanung, der Optimierung von Lade‑ und Entladevorgängen, intelligenter Terminplanung und der Anpassung an sich ändernde Marktbedingungen und -nachfrage. Darüber hinaus kann der Einsatz von KI bei Navigationskontrollen, der Sicherung von Kommunikationssystemen und der Verbesserung der Notfallreaktion von großem Nutzen sein und so zur Gesamtsicherheit der Schifffahrt beitragen.

Eine Umfrage von Navis ergab, dass eine große Anzahl von Teilnehmern zustimmt, dass KI bei der Automatisierung von Prozessen eingesetzt werden könnte, insbesondere bei der Zuweisung von Container‑Handling‑Geräten und Decksystemen. Andere Teilnehmer sehen den Einsatz von KI bei empfohlenen Maßnahmen, der Vorhersage von Gate‑Volumina sowie der Ladungsplanung von Schiffen. Der größte Herausforderung stellt jedoch der Mangel an Technologie und Fachwissen dar, was angesichts der noch jungen Technologie verständlich ist.

Um dem entgegenzuwirken, haben Unternehmen bereits Maßnahmen ergriffen. Beispielsweise hat die Orient Overseas Container Line (OOCL) mit dem asiatischen Forschungsteil von Microsoft zusammengearbeitet, um die Schifffahrtsnetzwerke mithilfe von KI zu verbessern. Im Rahmen der Partnerschaft soll KI‑Entwickler durch Machine‑Learning‑ und intensive Schulungen ausgebildet werden.

Nutzung von Daten für die Sicherheit

Es ist wichtig zu beachten, dass effektive KI von Daten abhängt – für alles von Lernen bis Vorhersage benötigt KI vielfältige und umfangreiche Datensätze, um gut zu funktionieren. Wenn die Schifffahrtsbranche also immer besser im Umgang mit komplexen und großen Datenmengen wird, kann sie neue KI‑Systeme entwickeln, die Menschen dabei unterstützen, Schiffe wesentlich effizienter und sicherer zu betreiben.

Kürzlich haben Wissenschaftler der University of Victoria und des Niels‑Bohr‑Instituts der Universität Kopenhagen KI eingesetzt, um das Auftreten großer Rogue‑Wellen vorherzusagen, die nicht nur Schiffe, sondern auch Ölplattformen beschädigen. Die Forscher nutzten enorme Mengen an Big Data – Daten über 700 Jahre zu Meeresbewegungen – um ein mathematisches Modell zu entdecken, das die Wahrscheinlichkeit solcher Wellen vorhersagen kann.

“In der Studie haben wir die ursächlichen Variablen, die Rogue‑Wellen erzeugen, kartiert und Künstliche Intelligenz verwendet, um sie in ein Modell zu integrieren”, sagte Dion Häfner, ehemaliger Doktorand am Niels‑Bohr‑Institut und Autor der wissenschaftlichen Studie, “das die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Rogue‑Wellen berechnen kann”.

Hierfür wurden die Daten von Bojen an über 150 verschiedenen Standorten entlang der US‑Küste sowie in Überseegebieten rund um die Uhr gesammelt. Die Studie verzeichnete 100.000 Wellen als Rogue‑Wellen. Durch den Einsatz von Machine Learning verwandelten die Forscher diese Daten in einen Algorithmus. Die Studie ergab, dass diese Rogue‑Welle durch den Faktor “lineare Superposition” entsteht, ein Phänomen, das seit 300 Jahren bekannt ist, nun jedoch durch Daten gestützt wird.

Für die Schifffahrtsindustrie bedeutet das, dass Frachtschiffunternehmen diesen Algorithmus nutzen können, um vorherzusagen, wann das Risiko einer solchen gefährlichen Welle besteht, und ihre Routen im Voraus planen können.

Zusätzlich arbeiten Organisationen wie die Singapore Management University (SMU), Fujitsu und das Institute of High‑Performance Computing (IHPC) von A*STAR seit einiger Zeit an der Entwicklung von Big‑Data‑ und KI‑Technologien für das Schiffsverkehrsmanagement im Hafen von Singapur sowie in den weltweit verkehrsreichsten Seewegen, den Straßen von Singapur und Malakka.

Diese Organisationen entwickeln Technologien, die reale Daten nutzen, um die Vorhersage von Staus zu verbessern und potenzielle Kollisionen zu erkennen. Ziel ist es, eine nächste Generation von maritimen Verkehrskoordinationstechnologien zu schaffen, ähnlich der Flugsicherung.

Mit diesem Fortschritt autonomer Schiffe, so Professor Lau Hoong Chuin, Laborleiter von SMU und leitender Forscher des Urban Computing and Engineering Centre of Excellence (UCE CoE):

“Die Technologie kann das Schiffsverkehrsmanagement potenziell disruptieren, um menschliche Fehler zu reduzieren und die Navigationssicherheit zu verbessern.”

Unterdessen strebt Singapurs Tuas Port an, bis 2040 der weltweit größte vollständig automatisierte Hafen zu werden, indem das vom Singapore Maritime Port Authority entwickelte Next Generation Vessel Traffic Management System (NGVTMS) genutzt wird.

Automatisierung der Schifffahrtsindustrie

Seit über einem Jahrzehnt prägen Machine Learning und KI die maritime Landschaft, und sie wachsen weiter. Ein Bereich, in dem sich die Entwicklung abspielt, ist die unbemannte Navigation für bestimmte Aufgaben, wie autonome Schiffe, die belebte Schifffahrtsrouten sicher überqueren oder durch komplexe Transportkanäle navigieren.

Laut einem 2023 joint report by Lloyd’s Register and Thetius, einer maritimen Innovationsberatung, werden die Märkte für Schiffautonomie und KI‑gesteuerte Systeme in fünf Jahren zusammen einen Wert von 5 Milliarden $ erreichen.

Mit der Zunahme von Anzahl und Größe der Schiffe hat auch das Potenzial für Kollisionen zugenommen. Laut der European Maritime Safety Agency wurden zwischen 2014 und 2019 jährlich 4.000 Kollisionen und Vorfälle gemeldet, wobei der überwiegende Teil (bis zu 96 %) auf menschliches Versagen zurückzuführen ist.

Infolgedessen werden autonome und ferngesteuerte Schiffe mit Sensoren getestet, die mithilfe von Radar, LIDAR (Light Detection and Ranging), Sonar, GPS und AIS Daten zur Unterstützung der Navigation liefern.

Im Jahr 2018 arbeiteten Sea Machines Robotics und das dänische Unternehmen A.P. Moller‑Maersk zusammen, um ein KI‑gestütztes System auf einem Containerschiff zu testen, was das erste Mal war, dass die Schifffahrtsindustrie die Installation von Computer Vision zusammen mit LiDAR und Wahrnehmungssoftware an Bord sah, um die Transitabläufe zu verbessern und zu modernisieren.

Dafür setzte Sea Machines eine KI‑basierte Lösung ein, die den datengetriebenen Assistenzsystemen in Autos ähnelt, um das Situationsbewusstsein auf See zu verbessern sowie Objekte zu identifizieren und zu verfolgen. Die Lösung nutzt fortschrittliche Sensoren, um einen kontinuierlichen Strom von Informationen aus der Umgebung eines Schiffs zu sammeln, die zur Identifizierung und Verfolgung potenzieller Konflikte verwendet und anschließend effizient angezeigt werden, um sicherere und effizientere maritime Operationen zu ermöglichen.

Die Automatisierung der Schifffahrtsindustrie gewinnt zunehmend an Bedeutung. Das japanische Schifffahrtsunternehmen Mitsui OSK Lines (MOL) und das chinesische Technologieunternehmen SenseTime, das für die Zusammenarbeit mit Honda an selbstfahrenden Autos bekannt ist, führen nun Forschungen durch, um KI in Schiff‑Bild­erkennungs‑Systemen zu nutzen.

Im Rahmen dessen verwendet das System von SenseTime ultra‑hochauflösende Kameras und eine GPU, um Schiffe in der Umgebung automatisch zu identifizieren, um Kollisionen großer Schiffe mit kleineren zu verhindern und die Sicherheit zu erhöhen.

Diese Bild­erkennungs‑Technologie, die durch die Kombination von KI‑Deep‑Learning‑Technologie mit der umfangreichen maritimen Erfahrung von MOL entwickelt wurde, kann zudem zur Überwachung von Schifffahrtsrouten eingesetzt werden.

Kürzlich, im November, startete Michigan Central, der Mobilitäts‑Innovationszweig von Ford und Technologie‑Hub Newlab, ein Pilotprojekt zur Automatisierung der Schifffahrtsindustrie. Während dieses achtwöchigen Projekts testeten die Partner ein selbstfahrendes Schiff von Mythos AI, das die Unterwasserlandschaft im Hafen von Monroe in Detroit und den umliegenden Großen Seen digital kartiert.

Durch die Erstellung eines digitalen Zwillings des Gebiets soll das Schiff Frachtschiffen tiefere Einblicke geben, um ihre Prozesse zu verbessern. Die gesammelten Daten werden verwendet, um vollständig autonome Schifffahrtsrouten zu erstellen, autonome Schiffe in Zukunft zu schulen und autonome, emissionsarme Boote einzuführen. Mythos AI‑CEO Geoff Douglass:

“Die Technologie selbstfahrender Schiffe wird die maritime Logistik neu gestalten. Die Skalierung dieser Innovation auf andere Häfen wird veraltete Systeme transformieren, Emissionen reduzieren und das Wirtschaftswachstum weltweit vorantreiben.”

Unternehmen, die KI zur Sicherung von Schifffahrtsrouten einsetzen

Eine McKinsey Global AI Survey aus dem Jahr 2019 ergab einen fast 25 %igen Jahreszuwachs (YoY) bei der Nutzung von KI in standardisierten Geschäftsprozessen über verschiedene Unternehmensbereiche hinweg. Insbesondere die Logistik ist eine KI‑getriebene Branche, da die Technologie ein großes Potenzial hat, die maritime Industrie zu verbessern, indem reguläre Aufgaben eliminiert werden.

Doch das ist nicht alles. Eine separate branchenübergreifende Studie von McKinsey zur KI‑Einführung ergab, dass Frühadopter mit einer proaktiven Strategie im Logistiksektor Gewinnmargen von über 5 % erzielten.

KI kann eindeutig erhebliche Vorteile für Schiffsoperationen bieten, und diejenigen, die aktiv werden und KI in ihr Geschäft integrieren, können effizientere Netzwerke aufbauen, einen Vorsprung gegenüber der Konkurrenz erlangen und am besten für die Zukunft gerüstet sein.

Heute gibt es mehrere Unternehmen, die KI für sichere Schifffahrtsrouten erforschen und implementieren.

1. Rolls Royce

Rolls‑Royce ist ein solches Unternehmen, das an autonomem Schiffsverkehr arbeitet und KI einsetzt, um Navigation und Sicherheit in maritimen Operationen zu verbessern. In den vergangenen Jahren hat das Unternehmen mehrere Lösungen zur Risikominimierung vorgestellt, darunter das Intelligent Awareness (IA)‑System und vollständig autonome kommerzielle Schiffe. Für diese Bemühungen hat Rolls‑Royce Partnerschaften mit Intel (INTC ) und Google geschlossen.

Im Jahr 2022 verzeichnete Rolls‑Royce einen bemerkenswerten finanziellen Aufschwung, wobei der Umsatz auf 12,691 Milliarden £ anstieg, ein erheblicher Zuwachs gegenüber den 10,947 Milliarden £ des Vorjahres. Das Unternehmen meldete zudem einen signifikanten Anstieg des zugrunde liegenden Betriebsgewinns auf 652 Millionen £, was einer Verbesserung von 238 Millionen £ im Vergleich zum Vorjahr entspricht.

2. Wärtsilä

Das Technologieunternehmen Wärtsilä ist ein weiteres Unternehmen, das an der Entwicklung intelligenter Schifffahrtstechnologien arbeitet, einschließlich des Einsatzes von KI für Navigation und Sicherheit. Das Unternehmen entwickelt intelligente Hafenlösungen, sichere Datenkommunikation zwischen Schiff und Ufer sowie Interoperabilität im E‑Navigation.

Das Unternehmen meldete einen 6 %igen Anstieg des Auftragsvolumens auf 6.074 Millionen EUR, gegenüber 5.735 Millionen EUR im Vorjahr. Zudem verzeichnete es einen signifikanten Anstieg des Nettoumsatzes um 22 % auf 5.842 Millionen EUR im Vergleich zu 4.778 Millionen EUR im Jahr 2021, wobei 48 % dieses Umsatzes auf Dienstleistungen entfallen.

3. Nippon Yusen Kabushiki Kaisha

Nippon Yusen Kabushiki Kaisha (NYK), ein bedeutendes japanisches Schifffahrtsunternehmen, präsentierte 2021 sein Kollisionsvermeidungssystem. Orca AI, das neben KI‑basierten Algorithmen Vision‑Sensoren und Wärmebildkameras nutzt, wurde für Schiffe entwickelt, um ein neues Ausguck‑Unterstützungssystem zu bieten, das insbesondere unter schwierigen Bedingungen die Sichtbarkeit verbessert und somit menschliche Fehler verhindert.

Im Geschäftsjahr 2022 verfügte Nippon Yusen Kabushiki Kaisha (NYK) über erhebliche Liquidität mit Bargeld und Einlagen von etwa 1,9 Milliarden $, sowie über Forderungen, einschließlich Handels- und Vertragsvermögen, in Höhe von fast 2,9 Milliarden $, und Lagerbeständen von rund 466 Millionen $.

Notable Players

A.P. Moller‑Maersk, eines der weltweit größten Schifffahrtsunternehmen, nutzt aktiv digitale Technologien und KI, um Schiffsoperationen zu optimieren und die Sicherheit zu verbessern.

Unterdessen ist Sea Machines Robotics ein Unternehmen mit Sitz in Boston, das autonome Schiffssteuerungssysteme entwickelt, die KI für erhöhte Sicherheit und Effizienz in maritimen Operationen integrieren. Das Unternehmen wird dafür anerkannt, das erste industrietaugliche Steuerungssystem entwickelt zu haben, das autonome und ferngesteuerte Operationen von kommerziellen Marinefahrzeugen, einschließlich Arbeitsschiffen, ermöglicht. Es entwickelt zudem fortschrittliche Wahrnehmungstechnologien für verschiedene Schiffstypen sowie Navigation‑Assistenztechnologien.

Dann gibt es den Schifffahrtsgiganten MSC, der die Einführung der ID‑basierten Containerabholung verkündet, ein Novum in der Branche. Anstatt einen PIN‑Code zu verwenden, um Container freizugeben und zu transportieren, nutzt die Technologie im Wesentlichen ID‑ und biometrische Daten, wodurch der Prozess effizienter und sicherer wird.

Die in Norwegen ansässige Kongsberg Gruppen ist ebenfalls an der Entwicklung autonomer und KI‑gesteuerter Lösungen für die Branche beteiligt, wobei weitere Akteure Bedrock Ocean Exploration, Ladar, Soshianest, i4 Insight, Buffalo Automation, Arinto Maritime GmbH, Vake und Massterly sind.

Fazit

Wie wir gesehen haben, wird KI in der Schifffahrtsindustrie umfassend implementiert und bietet Vorteile in Bereichen wie vorausschauende Planung und Wartung, autonome Schiffe, Routenprognosen, Organisation der Containerpositionierung, Optimierung des Kraftstoffverbrauchs, Emissionsreduktion, Rationalisierung von Back‑Office‑Prozessen, Nachfrageprognosen und dynamische Preisgestaltung.

Natürlich ist KI nicht ohne Probleme; zentrale Hindernisse für ihre breite Einführung sind ein Mangel an spezifischen Fachkräften, schlechte Datenqualität, das Fehlen einer klaren Strategie und Vertrauensprobleme. Ganz zu schweigen davon, dass die überwiegende Mehrheit großer Schiffe nicht über die erforderliche Kommunikationskapazität verfügt. Zudem gibt es regulatorische Hürden für die weitreichende Nutzung von KI.

Trotz alledem ist das Potenzial von KI kaum zu ignorieren, und ihre Implementierung erfährt zunehmende Unterstützung. Im Laufe der Zeit, wenn die Technologie voranschreitet und der Einsatz von KI im Sektor wächst, werden wir zweifellos eine große Transformation der Schifffahrtsindustrie erleben.

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