FAST-CAST 2: Automatisierte Routenplanung optimiert Navigation im Meereis
Noch Zukunftsmusik, aber der erste Test war erfolgreich: Das im Rahmen des deutschen Forschungsprojekts FAST-CAST 2 entwickelte automatisierte Verfahren zur Berechnung von optimalen Schiffsrouten durch treibendes Meereis wird die Navigation im Eis in Zukunft wohl einfacher machen.
Hier dünnes einjähriges Meereis, dort meterdickes Packeis, dazwischen offenes Wasser — die Navigation durch eisbedeckte Gewässer ist eine Herausforderung und macht die Planung der Route sehr aufwendig. Während der am 13. Oktober 2024 zu Ende gegangenen Polarstern-Arktis-Expedition ArcWatch 2 durfte die Besatzung auf der Brücke des Forschungseisbrechers schon einmal erfahren, wie die Navigation durch treibendes Meereis für alle Schiffe bald optimiert und erleichtert werden könnte.
Zwischen 22. September und 2. Oktober testeten Forschende aus dem FAST-CAST 2-Projektteam unweit vom Nordpol ihren neu entwickelten Algorithmus zur automatisierten Routenberechnung an Bord der Polarstern. Auf Basis hochaufgelöster Radar-Satellitenaufnahmen und Eisdrift-Vorhersagemodellen ist das KI – Verfahren erstmals in der Lage, die optimale Route durch driftende Eisschollen und sich verändernde Eisfelder zu berechnen.
«Ein Quantensprung»
Das am FAST-CAST 2-Projekt beteiligte Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bezeichnet die Neuentwicklung als einen Quantensprung. Während über die vergangenen Jahrzehnte die Planung von Schiffsrouten durch das Eis allein auf Meereiskarten auf der Grundlage von Radar-Satellitenbildern beruhte, ermöglicht der neue Algorithmus viel mehr als nur die Erstellung eines Lagebildes.
Dieser nutzt hochaufgelöste Radar-Satellitendaten, die am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) verarbeitet werden, und hochaufgelöste Modelle zur Vorhersage der Eisdrift, um die Bewegungen des treibenden Meereises abzuschätzen. Aus diesem räumlich-zeitlichen Datensatz berechnen die Projektpartner an der Universität Bremen optimale Schiffsrouten durch das Meereis, mit einer Genauigkeit von 160 Metern für die nächsten 72 Stunden. Innerhalb kürzester Zeit erhalten die Navigatoren auf der Brücke der Polarstern mittels einer von Drift+Noise Polar Services GmbH entwickelten App IcySea die so berechnete Route.
Nach einem vorbereitenden Test im Frühjahr diesen Jahres vor Westgrönland, bei dem die Routen noch auf statischen Eiskarten basierten, konnte an Bord der Polarstern erstmals die gesamte Prozesskette unter Einbeziehung der dynamischen Eisbewegungen während der Fahrt zwischen den Stationen getestet werden.
Schnellster Weg durch’s Labyrinth
Obwohl im Arktischen Ozean die eisbedeckte Fläche und die Dicke des Meereises aufgrund der globalen Erwärmung abnimmt, gibt es auch Gebiete, in denen die Eisdecke ungewöhnlich dicht ist. So auch an den Stationen, die die Polarstern während des Testzeitraums ansteuerte.
Die Radar-Satellitenaufnahmen zeigen um die Polarstern eine Eisdecke, die der Beschreibung der DLR zufolge in einem Umkreis von 100 Kilometern dominiert war von mehrjährigem Eis, wobei es auch Bereiche mit einjährigem und jüngerem Eis gab sowie vereinzelt offene Fahrrinnen. Vom Schiffsradar, das nur wenige Kilometer weit reicht, kann die Eissituation in diesem Umfang nicht erfasst werden, ebensowenig die zukünftige Eisdrift.
Der neue Algorithmus hingegen ist in der Lage, die Route über eine deutlich größere Entfernung zu berechnen und den optimalen und somit schnellsten Weg durch das Labyrinth aus driftendem Meereis zu finden. Die Route plant er bevorzugt durch offenes Wasser und jüngeres Eis und meidet auch gefährliche Gebiete wie beispielsweise Untiefen.
«Nach jahrelanger Entwicklungsarbeit war dieser Test eine großartige Gelegenheit, wertvolles Feedback zu sammeln. Wir sind damit unserem Ziel, die polare Schifffahrt sicherer und effizienter zu machen, ein wesentliches Stück näher gekommen», sagt Dr. Christine Eis, Wissenschaftlerin an der Universität Bremen und wissenschaftliche Leiterin des Projekts.
Die Tests des neuen Verfahrens verliefen erfolgreich und haben gezeigt, dass die Navigation insbesondere bei längeren Strecken durch das Eis davon profitieren kann. Auch auf der Brücke der Polarstern zeigte man sich sehr interessiert gegenüber der neuen Technik.
Das zum Großteil vom deutschen Bundesministerium für Digitales und Verkehr finanzierte und vor drei Jahren gestartete Projekt hat das übergeordnete Ziel, die Handelswege zwischen Europa und Asien zu verkürzen. Derzeit verkehren Handelsschiffe fast ausschließlich durch den Suezkanal. Die Route durch den Arktischen Ozean, beispielsweise von Shanghai nach Rotterdam, wäre jedoch etwa 2.500 Seemeilen kürzer und brächte eine enorme Ersparnis an Zeit, Treibstoffkosten und Emissionen. Dank der Erfolge des Projekts, das mit dem heutigem Tag endet, könnte nach Abschluss weiterer Tests unter verschiedenen Umweltbedingungen die Nordostpassage bald zu einer geeigneten Alternativroute werden.
Julia Hager, Polar Journal AG
