Een schreeuwend tekort aan schippers is slechts een van de  vele uitdagingen die de scheepvaart sector voor de boeg heeft. Tegelijkertijd is deze sector de kurk waarop onze wereldeconomie drijft en de motor achter de globalisering. Het moet echter duurzamer en slimmer. Op technisch vlak – denk aan kites, rotorzeilen en nieuwe scheepsschroeven – maar ook op technologisch vlak. Zodat de scheepsvaart ook richting de toekomst kan blijven voldoen aan de weer groeiende volumes. De sleuteltermen? Smart Shipping en de Virtual Captain!

Smart Shipping is een ontwikkeling die grote kansen biedt om de scheepvaart groener, veiliger en efficiënter te maken. Denk bij het ‘Slimme Schip’ aan veilige onbemande schepen die, met een optimale snelheid en in afstemming met de gehele logistieke keten, energiezuinig en just-in-time hun route afleggen. Een mooie droom voor de toekomst, maar misschien ook niet meer zo ver weg als u wellicht denkt. Zo komen al in 2018 de eerste volledige zelfvarende schepen op de markt. En in augustus is de eerste onbemande container lijn aangekondigd tussen Japan en Noord-Amerika. Het kan dan ook niet lang meer duren voordat de eerste slimme onbemande schepen de haven van Rotterdam aandoen, iets wat ook Mare Straetmans van PortXL al constateerde.

Wat is Smart Shipping nou echt?

Praat je over Slimme Schepen, dan heb je het feitelijk over twee elkaar versterkende concepten: het ‘autonome schip’ en het ‘connected schip’. Simpel gezegd: het ‘autonome schip’ kan zelfstandig varen. Een slimme automatische piloot alleen is echter niet genoeg, omdat een schip ook vele afhankelijkheden heeft. Denk daarbij aan de drukte op de vaarweg, brugopeningstijden, beschikbaarheid van de ligplaats en de planning van de rederij. Het ‘connected schip’ maakt deze afstemming van het schip met zijn omgeving mogelijk, zodat het  ook daadwerkelijk veilig en efficiënt van A naar B kan komen. In een wereld met slimme schepen en slimme objecten zie je feitelijk vier vormen van interactie (zie figuur 1).

Figuur 1

  • Ship2ship interactie is de onderlinge afstemming tussen schepen (bijvoorbeeld schepen die onderling hun koers onderhandelen om elkaar veilig te passeren).
  • Ship2infra en infra2ship is de interactie tussen schepen en infrastructuur als bruggen, sluizen, terminals en ligplaatsen (bijvoorbeeld schepen die een slotreservering bij een sluis maken en daarop hun snelheid aanpassen).
  • Infra2infra is de overkoepelende afstemming over de keten die Smart Shipping mogelijk maakt (bijvoorbeeld bruggen die onderling hun openingstijden afstemmen).

Parallel zie je dat de technologie op het schip steeds beter en geavanceerder wordt. Steeds meer aansturingfuncties worden geautomatiseerd. Er is een gelaagde ontwikkeling gaande waarin de systemen op het schip stapsgewijs steeds meer functies van de mens gaan overnemen. Dit wordt treffend geïllustreerd aan de hand van de ‘levels of autonomy’ (zie figuur 2). Deze niveaus worden veelvuldig gehanteerd binnen het werkveld van Intelligent Transport Systems (ITS), dat onder andere werkt aan autonoom vervoer op de weg.

Figuur 2

Bovenstaand figuur toont hoe de automatisering van systemen zich ontwikkelt van volledige menselijke aansturing (level 0), naar assistentie bij het varen (level 1 en 2), naar systemen die steeds meer keuzes maken (met menselijke assistentie, level 3 en 4), naar volledig zelfsturend autonoom (zonder enige vorm van menselijke assistentie, level 5). Momenteel zit de scheepsvaart nog op de levels 0 tot 2, maar de ontwikkelingen gaan vermoedelijk snel.

Met de Virtual Captain veilig, duurzaam en efficiënt van A naar B

Een van de grote uitdagingen binnen Smart Shipping is de coördinatie. Welke koers moet een schip aanhouden? En hoe snel moet een schip op elk moment van zijn reis varen om veilig en efficiënt van A naar B te komen? Richting de toekomst is dat dé vraag voor onbemande schepen. Maar zover zijn we nog niet. Inmiddels werken wij samen met scheepsbouwers, operators en infrastructuurpartijen hard aan de oplossing: de ‘Virtual Captain’.

De ‘Virtual Captain’ is een dynamisch algoritme in de Cloud, dat gedurende de reis constant een optimale route – bestaande uit aansluitende tijdstippen en ‘waypoints’ – naar het schip stuurt. Op het schip wordt vervolgens berekend welke ‘optimale snelheid en koers’ het schip aan moet houden om op tijd bij het eerste ‘waypoint’ te zijn. De operator bepaalt hierbij de definitie van ‘optimaal’. Wil hij zo economisch varen? Zo snel mogelijk? Of just-in-time?. Waarbij de operator uiteraard rekening houdt met de mate waarin andere schepen of objecten (zoals kunstwerken) op de route liggen.

Hoe werkt de Virtual Captain?

Het ‘Virtuele Captain’-concept bestaat uit drie hoofdcomponenten: het schip, de ‘Virtual Captain’ en de input vanuit aanleverende bronnen (zie figuur 3). 

Figuur 3Download PDF

De aansturing van het schip bestaat in de basis uit het ‘klassieke’ motormanagement systeem (onder andere de centrale aansturing, het Alarm Management Control System en zaken als navigatie, roer en maps). Een slimme overkoepelende aansturing, interactie en communicatielaag maken het mogelijk het schip ook vanaf een ‘externe bron’ aan te sturen – zie ter illustratie de concepten van Sagar Defence/Oceanos.

Het voeden van deze externe aansturing gebeurt vanuit de ‘Virtual Captain’, het algoritme dat per schip een optimale route uitstippelt (een opeenvolgende serie waypoints en tijdstippen) en deze real-time communiceert naar de ‘virtual operator’, de slimme aansturingslaag van het schip. Dit algoritme wordt gevoed door onder andere informatie vanuit de rederij (planning en beoogde manier van varen), het schip (locatie, snelheid, koers, bestemming), de objecten op de route (bruggen en sluizen die elk bepaalde openingstijden en openingsduur hebben), de stroomsnelheid, de weer- en getijdeninformatie en de beschikbaarheden bij terminals, depots en wachtlocaties in het havengebied.

Het concept van de Virtual Captain realiseert ‘live’ interactie tussen schip, operator en omgeving. Zo is het schip in (constante) afstemming met haar omgeving. Het schip vaart constant de optimale route en daarmee de optimale snelheid en koers. Deze kunnen probleemloos aangepast worden gedurende de reis. Bijvoorbeeld als de planning verandert of een brug toch op een ander moment pas kan openen. Dit zorgt voor optimalisatie van brandstofgebruik, minimalisatie van de uitstoot van CO2 en andere fijnstoffen, optimale aansluiting in de keten en optimale afstemming met andere modaliteiten als weg en spoor. Deze afstemming minimaliseert vervolgens weer het risico voor de schipper, kan op termijn de drukke punten op het waternet balanceren en is dé opstap naar autono(o)m(er) varen.

‘Smart Shipping’-demonstratie op 30 november

Op dit moment zijn we een werkend prototype van het ‘Virtual Captain’-concept aan het ontwikkelen. Eerste stap hierbij is wat ons betreft de realisatie van de autonome afstemming tussen schip en brug (ship2infra uit figuur 2). We laten op 30 november tijdens de Smart Shipping Challenge (SMASH) in de Rijnhaven in Rotterdam zien dat een schip in ‘live’ interactie staat met de brug en – op basis van aangepaste openingstijden van deze brug – constant zijn snelheid aanpast, zodat hij precies op tijd aan gaat komen.

SMASH is een initiatief vanuit het Ministerie van Infrastructuur en Milieu, waarbij het bedrijfsleven de kans krijgt te laten zien wat er al allemaal mogelijk is op het vlak van slim en geautomatiseerd varen. CGI is hier aanwezig met enkele partners (waaronder scheepsbouwers, operators en infrastructuurpartijen) die allen hun eigen bijdrage hebben geleverd aan de eerste versie van de ‘Virtual Captain’, onze oplossing om Smart Shipping mogelijk te maken. Slimme schepen zijn de toekomst. Laten we er dus nu al mee aan de slag gaan, voor een groenere, veiligere en efficiëntere scheepsvaart.

Over de auteur

Picture of Tom van Dijk

Tom van Dijk

Business Consultant

Over Tom van Dijk Tom van Dijk is een gedreven Business Consultant die organisaties helpt bij het ontwikkelen van innovatieve producten, processen en services. Zijn focus en expertise liggen binnen het Logistieke domein, met name als het gaat om (nieuwe) technologische toepassingen ...

Voeg commentaar toe

Comment editor

  • No HTML tags allowed.
  • Lines and paragraphs break automatically.
Blog richtlijnen en gebruiksvoorwaarden