Nachricht

May 18, 2023

Analyse nautischer Risikoindikatoren in Abhängigkeit von der Schiffsgebietsbreite für den ausgewählten Offshore-Windpark in der Ostsee

Wissenschaftliche Berichte Band 13,

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9269 (2023) Diesen Artikel zitieren

Details zu den Metriken

Diese Studie befasst sich mit der Analyse von Navigationsrisikoindikatoren als Funktion der Schiffsbereichsbreite, die für neun ausgewählte repräsentative Schiffe geschätzt wurde, die unter verschiedenen hydrometeorologischen Bedingungen (durchschnittliche und verschlechterte) fahren, die innerhalb des Offshore-Windparks beobachtet wurden, der in der polnischen Offshore-Zone errichtet werden soll Ostsee. Zu diesem Zweck vergleichen die Autoren drei Arten von Domänenparametern gemäß den Richtlinien von PIANC, Coldwell und Rutkowski (3D). Die Studie ermöglichte die Auswahl einer Gruppe von Schiffen, die als sicher gelten und optional in der unmittelbaren Umgebung und innerhalb des Offshore-Windparks fahren und/oder fischen dürfen. Die Analysen erforderten die Nutzung hydrometeorologischer Daten, mathematischer Modelle und Betriebsdaten, die mit Hilfe von maritimen Navigations- und Manövriersimulatoren gewonnen wurden.

Die Ostsee weist flache Gewässer, hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten, niedrige Wellenhöhen und schwache Gezeiten auf. Solche Bedingungen führen zu niedrigen Stromgestehungskosten (LCOE) für die Offshore-Windenergieerzeugung und machen die Ostsee zu einem potenziellen Gebiet für die Entwicklung von Offshore-Windparks (OWPs). Bisher wurden Offshore-Windkraftanlagen in Dänemark, Deutschland, Schweden und Finnland installiert, doch innerhalb der polnischen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) gibt es keinen Windpark. Polen ist das letzte EU-Land, das sich in der Vorentwicklungs- und Zustimmungsphase befindet; Allerdings wurden für mehrere dieser Investitionen zahlreiche Vorinvestitionsstudien und Umfragekampagnen durchgeführt1,2,3,4. Derzeit haben sich acht Projekte Differenzkontrakte (Contracts for Difference, CfD) gesichert, die von der polnischen Energieregulierungsbehörde (ERO) im Rahmen eines Verwaltungsverfahrens gemäß dem Offshore-Windgesetz gewährt wurden. Nach Angaben der Investoren sollen die am weitesten fortgeschrittenen Projekte zwischen 2026 und 2027 in Betrieb genommen werden2.

Die Ostsee ist eines der verkehrsreichsten Meere der Welt, wobei der Seetransport 15 % der weltweiten Seefracht ausmacht5. Laut Statistics Poland6 sind der Frachtumschlag, der Passagierverkehr und die Zahl der Schiffe, die polnische Seehäfen anlaufen, in den letzten Jahren gestiegen. Neben Transport und Tourismus sind menschliche Aktivitäten auf See auch mit der Erdöl- und Meeresfrüchteindustrie verbunden. Bei der Analyse des oben Gesagten wird deutlich, dass installierte Offshore-Windkraftanlagen zu Navigationshindernissen werden, die die Sicherheit der Navigation beeinträchtigen7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Daher ist es notwendig, Sicherheitszonen für repräsentative Schiffe festzulegen, die in der Nähe von OWF-Gebieten fahren, ihre Navigationssicherheit beim Manövrieren innerhalb der OWF-Gebiete zu bewerten und ihre sogenannten Navigationsrisikoindikatoren abzuschätzen.

Im Ostseeraum gelten unterschiedliche Regelungen für den Schiffsverkehr durch Windparks. In Belgien und Deutschland beispielsweise gelten Windparks als maritime Sperrzonen, um Unfälle oder Schäden an Turbinen zu verhindern, während Windparks im Vereinigten Königreich und in Dänemark für die Schifffahrt sowie für kommerzielle und Freizeitnutzung geöffnet sind. In Dänemark beispielsweise sind Windparks für die Durchfahrt von Schiffen mit einer Länge von bis zu 24 m geöffnet. Solche Einsätze dürfen nur tagsüber stattfinden, wenn das UKW- und AIS-System betriebsbereit und aktiviert ist. Meeresbodenstörende Aktivitäten und Tauchaktivitäten Dritter sind in Offshore-Windparks verboten. Um die Turbinen herum werden Sicherheitszonen von 50 m eingerichtet, die Sicherheitszonen von 500 m um Offshore-Umspannwerke bleiben bestehen. Bei neuen Offshore-Windparks wird über die Einrichtung eines Korridors nachgedacht, um die Durchfahrt von Schiffen bis zu 45 m Länge zu ermöglichen17.

Die britischen Anforderungen an sichere Navigationsrichtlinien für Offshore-Anlagen für erneuerbare Energien (UK Maritime and Coastguard Agency, 2016) geben die folgenden Empfehlungen zur Abschätzung des sicheren Abstands einer Turbine von der Schifffahrtsroute:

Beträgt der Abstand zwischen Anlagengrenze und Schifffahrtsweg weniger als < 0,5 sm (< 926 m), gilt dies als unzumutbar;

Wenn die Entfernung zwischen 0,5 und 3,5 Seemeilen (926–6482 m) liegt, gilt sie als tolerierbar, vorausgesetzt, dass das Risiko auf so gering wie möglich reduziert wird (ALARP) – zusätzliche Risikobewertung und vorgeschlagene Abhilfemaßnahmen erforderlich;

Beträgt die Entfernung mehr als > 3,5 Seemeilen (> 6482 m), gilt sie als weitgehend akzeptabel.

Derzeit sind die polnischen Seeverwaltungsbehörden gemäß Art. 24 in Verbindung mit Art. 47 des Gesetzes vom 21. März 1991 über Meeresgebiete der Republik Polen erwägen die Einführung von Sicherheitszonen um Bauwerke und Geräte, die Elemente von OWPs bilden, die sich in den Meeresgebieten der Republik Polen befinden. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels waren die oben genannten gesetzlichen Regelungen noch nicht entwickelt und/oder auf den offiziellen Websites der polnischen Seeverwaltungsbehörden veröffentlicht.

Allgemeine Leitlinien zu den Risiken der Schifffahrt und Sicherheitszonen in der Nähe von OWFs wurden von der World Association for Waterborne Transport Infrastructure PIANC18 vorgelegt, wonach der Grad des Schifffahrtsrisikos durch die OWF-Einwirkungen von der Entfernung zwischen einem Verkehrstrennungssystem (TSS) abhängt ) Schifffahrtsweg und die erste Reihe von Windkraftanlagen. Gemäß den PIANC-Richtlinien wird das Ausmaß des inakzeptablen Risikos für Schiffe geschätzt, für die das SOLAS-Übereinkommen19 gilt und die in einer Entfernung von weniger als 0,25 NM (463 m) und/oder 500 m von der ausgewiesenen hohen Dichte manövriert werden Schifffahrtsrouten.

Laut PIANC können Schiffe, die innerhalb des TSS-Gebiets in einer Entfernung von mehr als 5 NM (≈ 9260 m) vom OWF fahren, in eingeschränkten Seegebieten als sicher angesehen werden. Gemäß den PIANC-Richtlinien18 bezieht sich der Mindestabstand, der die Sicherheit der Navigation gewährleistet, auf die COLREG-Vorschriften20 und wird auf der Grundlage der Resolutionen von IMO21,22,23, MSC.137 (76)22 und MSC/Circ.105321 bestimmt, die sich mit diesen Themen befassen Manövrierfähigkeit des Schiffes und insbesondere die Parameter des Wendekreismanövers und des Notbremswegs. Gemäß den PIANC-Richtlinien sollte der Mindestsicherheitsabstand von einem Navigationshindernis, das den Bereich des Schiffes definiert, anhand der folgenden Formeln bestimmt werden:

wobei \({d}_{NP}\) = der Mindestabstand von einem Navigationshindernis auf der Backbordseite des Schiffes, identifiziert mit dem Schiffsbereich auf der Backbordseite (SDWP); ausgedrückt in Metern, [m]; \({d}_{NS}\) = Der Mindestabstand von einem Navigationshindernis auf der Steuerbordseite des Schiffes, identifiziert mit dem Schiffsbereich auf der Steuerbordseite (SDWP); ausgedrückt in Metern, [m]; LOA = Schiffslänge über alles, ausgedrückt in Metern, [m].

Der Begriff „Schiffsbereich“24 wurde in der vorhandenen Literatur zur Sicherheit der Schifffahrt25,26,27,28 und zur Bewertung des Navigationskollisionsrisikos26,29,30 umfassend analysiert und wird als der Bereich um ein Schiff definiert, der unverzichtbar ist zur Aufrechterhaltung der Sicherheit der Navigation. Daher erhöht sich das Navigationsrisiko, wenn innerhalb des Schiffsbereichs ein Navigationshindernis auftritt. Die meisten der vorgeschlagenen Schiffsdomänenmodelle sind zweidimensional (2D)28,31 und nicht räumlich (3D)27,32. In diesem Artikel werden drei Domänenmodelle gemäß den Richtlinien von PIANC, Coldwell und Rutkowski (3D) verglichen. Der Schiffsbereich von Rutkowski (3D), der auf der Grundlage eigener Forschungen des Autors entwickelt wurde, ist in Abb. 1 dargestellt.

Vereinfachte und zusammengesetzte Ansätze für das dreidimensionale (3D) Modell des Schiffsbereichs mit seiner Länge (SDL), Breite (SDW), Tiefe (SDD) und Höhe (SDH). Ein Modell basierend auf G. Rutkowskis eigener wissenschaftlicher Forschung.

Abbildung 2 zeigt die vereinfachten und zusammengesetzten Ansätze für das 3D-Modell des Schiffsbereichs in der XY-Horizontalebene mit seiner Länge nach vorne (SDLF), seiner Länge nach hinten (SDLA), seiner Breite nach Backbord (SDWP) und seiner Breite nach Steuerbord (SDWS). Aufgrund der begrenzten Natur unserer Arbeit konzentriert sich dieser Artikel jedoch nur auf die Analyse von zwei der sechs Parameter des 3D-Modells der Schiffsdomäne von Rutkowski12 und insbesondere auf die Schiffsdomänenbreite in der horizontalen Ebene auf der Backbordseite (SDWP) und Steuerbordseite (SDWS) des Schiffes.

Vereinfachte und zusammengesetzte Ansätze für das 3D-Modell des Schiffsbereichs in der XY-Horizontalebene mit seiner Länge nach vorne (SDLF), seiner Länge nach hinten (SDLA), seiner Breite nach Backbord (SDWP) und seiner Breite nach Steuerbord (SDWS). Ein Modell basierend auf G. Rutkowskis eigener wissenschaftlicher Forschung.

Diese Studie konzentrierte sich auf die folgenden Forschungsziele:

Bestimmung der numerischen Indikatoren für das Navigationsrisiko RNWP und RNWS im Hinblick auf die Einhaltung der für die Sicherheit erforderlichen Breite der Schiffsverkehrsspur auf der Backbord- und Steuerbordseite des Schiffes, geschätzt für eine Gruppe repräsentativer Schiffstypen, die innerhalb von OWF-Gebieten fahren dürfen;

Auswählen einer Gruppe von Schiffen aus den repräsentativen Schiffstypen, die eine besondere Gefahr für den OWF-Betrieb darstellen können, und einer Gruppe von Schiffen, die als sicher gelten können und optional in der unmittelbaren Umgebung und innerhalb der Anlage segeln und/oder fischen dürfen OWFs;

Vergleich der Domänenparameter für die ausgewählten repräsentativen Schiffstypen, zusammengestellt gemäß den Richtlinien von PIANC, Coldwell und Rutkowski (3D).

Gemäß der Definition des Navigationsrisikos (RN)12 bedeutet ein Risiko, das von den Faktoren Ai (Objekten) ausgeht und gleich 0 ist, die volle Sicherheit der Navigation in Bezug auf diese Faktoren (Objekte). Analog gilt: Je höher das Risiko (Parameter RN nähert sich 1), desto niedriger ist das Niveau der Schifffahrtssicherheit (SN) → (RN + SN = 1; SN = 1 − RN). Wenn der Navigationsrisikoindikator RN = 1 erreicht, bedeutet dies, dass solche Bedingungen und/oder Umstände eintreten, die eine sichere Navigation verhindern und eine Kollisionswahrscheinlichkeit von 100 % mit sich bringen können.

RN wird in dieser Arbeit auf der Grundlage der Definition des Schiffsbereichs (SD)12 und der Definition von RN12,13 analysiert, deren Werte unter Bezugnahme auf die vertikale Ebene OX und die horizontale Ebene OY33 bestimmt werden können. Die Analyse wird sich weiterhin insbesondere auf die Komponenten der RN konzentrieren, die in Bezug auf die OY-Ebene und in Bezug auf Objekte definiert sind, die sich auf der Backbordseite des Schiffes (RNWP) und der Steuerbordseite des Schiffes (RNWS) befinden und mit denen dargestellt werden können die Verwendung der folgenden Formeln:

Dabei ist RNWP ein dimensionsloser Wert, der eine Komponente von RN im Hinblick auf die Einhaltung der erforderlichen sicheren Breite der Schiffspassage (Abstand dNP von der nächsten auf der OY-Achse gelegenen Navigationsgefahr) auf der Backbordseite des Schiffes in Bezug auf die Möglichkeit des Schiffsdurchgangs definiert Kollision mit einem Navigationshindernis auf der Backbordseite des Schiffes; SDWP (Ship's Domain Wide Backbordseite) ist die Domänenbreite des Schiffs, gemessen auf der Backbordseite des Schiffes. Sie wird in Metern ausgedrückt, gemessen entlang der OY-Achse senkrecht zum Kurs des Schiffes (wahre Kurslinie TC) auf der Backbordseite des Schiffes; dNP ist der Abstand von der nächsten Gefahr (Navigationsgefahr), gemessen in Metern senkrecht zum Kurs des Schiffes (wahre Kurslinie TC) auf der Backbordseite des Schiffes; B ist die Schiffsbreite in Metern gemäß den Schiffsdaten, der Lotsenkarte oder dem AIS.

Dabei ist RNWS ein dimensionsloser Wert, der eine Komponente von RN im Hinblick auf die Einhaltung der erforderlichen sicheren Breite (Abstand dNS von der nächsten Navigationsgefahr auf der OY-Achse) auf der Steuerbordseite des Schiffes definiert (Index WS = Breite Steuerbordseite). Dieser Parameter beschreibt das Navigationsrisiko (geschätzt auf 0 bis 1) im Zusammenhang mit der Möglichkeit, dass das Schiff mit einem Navigationshindernis auf der Steuerbordseite des Schiffes kollidiert (angemessener erforderlicher Sicherheitsabstand von der nächsten Gefahr auf der Steuerbordseite des Schiffes); SDWS (Schiffsdomänenbreite Steuerbordseite) ist die Schiffsdomänenbreite, gemessen auf der Steuerbordseite des Schiffes. Sie wird in Metern ausgedrückt, gemessen entlang der OY-Achse senkrecht zum Kurs des Schiffes (wahre Kurslinie TC) auf der Steuerbordseite des Schiffes, [m]; dNS ist der Abstand von der nächsten Gefahr, gemessen in Metern senkrecht zur Kurslinie des Schiffes auf der Steuerbordseite des Schiffes, [m].

Gemäß der Definition des Schiffsbereichs12 ist jedes Schiff (im Sinne der Navigation) sicher, solange es das ausschließliche Objekt ist, das innerhalb seines Bereichs Gefahren erzeugen kann.

Unter Bezugnahme auf die horizontale Ebene OY unterscheidet man zwischen RNWP und RNWS des Navigationsrisikos RN, die als horizontale Komponenten des Navigationsrisikos bezeichnet werden können, die sich darauf beziehen, einen ausreichenden Sicherheitsabstand zur nächsten Gefahr auf der Backbord- und Steuerbordseite einzuhalten Das Risiko eines Sicherheitsabstandes zur Backbord- und Steuerbordseite lässt sich mit den Formeln (3) und (4) abbilden. Gemäß den oben dargestellten Mustern gewährleisten (RNWP-Formel 3) mit der Bedingung (dNP > SDWP) und (RNWS-Formel 4) mit der Bedingung (dNS > SDWS) eine sichere Navigation des Schiffes in Bezug auf die am Steuerbord des Schiffes erkannten Objekte Seite bzw. Backbordseite. Bei der Analyse der Formeln 3 und 4 kann man auch feststellen, dass der Wert des Navigationsrisikos RNW nur ​​dann auf einen Bereich zwischen Null und Eins (RNW ϵ7) begrenzt wird, wenn der Abstand von der nächsten Gefahr auf der Backbordseite (dNP) oder Steuerbordseite beträgt (dNS) ist entweder kleiner oder gleich der Schiffsbereichsbreite, die jeweils für die Backbordseite (SDWP) und/oder Steuerbordseite (SDWS) des Schiffes berechnet wurde. Aller Wahrscheinlichkeit nach weist die Annahme \({d}_{N}\le \frac{B}{2}\) auf einen Navigationsunfall oder eine Kollision mit einigen Objekten (Hindernissen) hin, die jeweils auf der Backbordseite des Schiffes erkannt wurden (Formel 3\( : {d}_{NP}\le \frac{B}{2}\)) und/oder Steuerbordseite (Formel 4: \({d}_{NS}\le \frac{B}{2}\ )) und/oder ein unbestreitbares (100 %) Risiko einer Kollision mit diesen Objekten.

Eine grafische Darstellung der RN als Funktion der Parameter des Schiffsbereichs (SDWP, SDWS) und der Entfernung von der nächsten Navigationsgefahr (dN) ist in Abb. 3 dargestellt. Die analysierten RN-Faktoren in der horizontalen Ebene OY in Bezug auf die platzierten Objekte Auf der Backbord- und Steuerbordseite des Schiffes werden im Folgenden für verschiedene Schiffstypen, die im OWF-Seegebiet fahren, ermittelte Werte dargestellt.

Eine grafische Darstellung der Navigationsrisikoindikatoren (RN) als Funktion der Schiffsbereichsparameter (SDWP, SDWS) und der Entfernung vom nächsten Navigationshindernis (dN).

Für die Zwecke des Papiers umfasste unsere Analyse neun repräsentative Schiffstypen (Tabelle 1) mit mathematischen Modellen und Betriebsdaten (Manöver), die mithilfe der maritimen Navigations- und Manövriersimulatoren der Fakultät für Navigation der Maritimen Universität Gdynia gewonnen wurden:

Polaris Ships Bridge-Simulator, Version 8.0.0 Build 384 mit einem dynamischen DP-K-Pos-Positionierungssimulator von Kongsberg Digital AS (Schiffsmodelle gemäß Kongsberg Digital Doc Nr.: SO-0609-E7/ 22.04.2017, Polaris Ship's Bridge Simulator Technisches Handbuch Abschnitt 2 – Technische Daten, v.7.6.0);

K-Sim Navigation (Vollmissionsbrücke) von Kongsberg Digital AS (Schiffsmodelle gemäß Kongsberg Digital Doc Nr.: SM-0521-J / 26.08.2016, Anhang B – Hydrodynamische Modelle Nr.:SM-0521-K / 26.08 .2016 K-Sim Schiffsbrückensimulator) und

NaviTrainer 5000 Professional (Schiffsmodelle gemäß Wärtsilä Navi-Trainer Professional 6, Technische Beschreibung und Installationshandbuch Version 6.0, Ausgabedatum: Dezember 2022) kombiniert mit einem elektronischen Kartensystem ECDIS NaviSailor 4000 von Transas, das zur Wärtsilä-Gruppe gehört.

Die Parameter räumlicher Domänenmodelle wurden für repräsentative Schiffstypen geschätzt, die unter durchschnittlichen hydrometeorologischen Bedingungen, die für das analysierte schiffbare Seegebiet angemessen sind, und unter verschlechterten Bedingungen navigieren. Die Wetterparameter und Informationen über die im südlichen Ostseeraum vorherrschenden hydrologischen Bedingungen, die für eine sichere Schifffahrt in diesem Becken erforderlich sind, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Daten stammen aus der Veröffentlichung „Sailing Directions“34. Die Informationen beziehen sich auf die Gewässer der Ostsee entlang der polnischen Küste und können sich auf das Projektgebiet beziehen. Die dargestellten Wetterparameter und hydrologischen Verhältnisse decken Durchschnittswerte langjähriger Forschung ab.

Für die Zwecke des Artikels haben wir uns auf drei räumliche Modelle der Schiffsbereiche bezogen: die PIANC-Richtlinien18 (Formeln 1 und 2), den 2D-Bereich von Coldwell31:

und der 3D-Bereich von Rutkowski, beschrieben unter Bezugnahme auf das XYZ-Koordinatensystem von G. Rutkowski in den Jahren 2000–202112,13,24,32,33,35,36:

wobei SOG = Schiffsgeschwindigkeit über Grund in Knoten, ermittelt aus Doppler-Log oder ortsfestem Schiffspositionierungssystem wie GNSS/GPS, (SOG = Vd) wobei \(\overrightarrow{{V}_{d}}=[COG, SOG]\) , der in Knoten ausgedrückte Wert, [kn], COG = Schiffskurs über Grund (\(\overrightarrow{{V}_{d}}=[COG, SOG]\)), ausgedrückt in Winkelgraden, [°], B = Schiffsbreite (Breite) in Metern basierend auf den Schiffsmerkmalen, [m], ∆B = ein Faktor, der eine Vergrößerung der Breite (Breite) des Schiffsbereichs angibt. Die Erhöhung beträgt den Fehler MOY der gesamten Ellipsenfehler δy(Bi) für alle Faktoren Bi, die SDWS beeinflussen, geschätzt mit dem Wahrscheinlichkeitsniveau von p = 95 % (C = 2,44); In dieser Arbeit wird Folgendes angenommen: ΔB = 10 m, BC = Scheinbare Breite der Schiffsspur horizontal berechnet in Metern [m], mit Wind-Abweichungswinkel α [°], Strömungsabweichung (Driftwinkel) β [°], und Schiffsgieren Δ[°]:

TRmax = Maximalwerte der Schiffsübertragung, gemessen in Metern als maximale Bewegung des Schiffs zur Backbord- oder Steuerbordseite (quer horizontal zur ursprünglichen Kurslinie des Schiffs), die nach einer Kursänderung ∆TC ≥ 180° oder nach dem Stoppmanöver des Schiffes beobachtet wird abgeschlossen, [m],

TRneg = der in Metern gemessene „negative“ Transfer (Höchstwert) des Schiffes, der auf der der allgemeinen Richtung entgegengesetzten Seite während des Wende- und/oder Stoppmanövers des Schiffes beobachtet wird, in der maritimen Terminologie auch als „Kick“-Distanz auf dem Wendekreis bekannt Diagramme. TRneg wird für Handelsschiffe als Wert zwischen 1,0 und 1,5 der Schiffsbreite B (für Wendezirkulation) bzw. etwa 1,5 der Schiffslänge L (für Notmanöver Crash Stop (Voll voraus-voll rückwärts)) angegeben, [m] . tm = der Zeitraum, der benötigt wird, um das Schiff anzuhalten oder die Richtung der Schiffsbewegung um ∆TC ≥ 090° zu ändern, ausgedrückt in Minuten basierend auf der Lotsenkarte, dem Steuerhausplakat oder den Wendekreisdiagrammen, [min], tr = der Zeitraum Zeit, die für die richtige Reaktion, also die richtige Einschätzung der Navigationssituation und die Erteilung eines Manöverbefehls, benötigt wird. In der Praxis beträgt tr ≈ 0,5 min bis 3,0 min, abhängig von der Kompetenz des Seemanns und seiner Berufserfahrung, [min],

Drift = der gesamte aktuelle Geschwindigkeitswert in Knoten (Drift = Vz), wobei \(\overrightarrow{{V}_{z}}=[Set, Drift]\) und Gesamtstrom = Wasserdurchfluss = Meeresströmung + Gezeitenstrom, [kn],

Set = die gesamte aktuelle (\(\overrightarrow{{V}_{z}}=[Set, Drift]\)) Richtung in Grad,

p = ein Faktor (Zahlenkoeffizient) abhängig von der Schädlichkeit der an Bord des Schiffes beförderten Ladung. Dieser Faktor (1 ≤ p ≤ 2) erhöht die Sicherheitsmarge der Navigationsreserve im Falle einer außergewöhnlichen Situation, die entweder zu einer Katastrophe (Katastrophe) oder einer Umweltverschmutzung führen kann. In dieser Arbeit empfehlen wir die Verwendung folgender Werte für den Faktor p: für Schiffe im Ballastzustand ohne gefährliche Ladung oder ungefährliche Ladung, neutral für Mensch und Umwelt: p = 1; für Schiffe, die eine Ladung befördern, die eine große Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt, z. B. brennbare Stoffe, Öl, Erdgas: p = 1,5; für Schiffe mit einer sehr schädlichen Belastung für Mensch und Umwelt, z. B. radioaktive Stoffe, ätzende Chemikalien, explosive Stoffe: p = 2,0,rW = ein numerischer Koeffizient (Faktor), der die Breite (rW) des Schiffsbereichs korrigiert (0 ≤ rW ≤ 2), abhängig von ihrer Situation (Privileg) gemäß den COLREG-Regeln. In dieser Arbeit empfehlen wir folgende Werte für den Faktor rW: für ein auf Grund liegendes oder vor Anker liegendes Schiff: rW = 0; für Schiffe mit eingeschränktem Tiefgang: rW = 1; für privilegierte Schiffe wie Fahrzeuge mit eingeschränkter Manövrierfähigkeit (ausgenommen Minenräumschiffe und Fischereifahrzeuge): rW = 1,5; für Segelschiffe und nicht unter Kommando stehende Schiffe: rW = 2, sW = ein numerischer Koeffizient ( Faktor) zur Korrektur des Schiffstransferparameters (TR) auf dem Wendekreis im Falle unerwarteter meteorologischer Bedingungen, die nicht zuvor bei Probefahrten beobachtet und in der Lotsenkarte und den Ruderhausplakaten aufgezeichnet wurden (derzeit ausgeschlossen).

Die Parameter wurden für das Wendemanöver mit voller Seefahrt voraus (FSAH) und einem Ruderwinkel von 35° Steuerbord sowie für Notstoppmanöver durch Umkehren des Motors auf volle Rückwärtsfahrt (FSAH-FAS und HAH-FAS) geschätzt. Die Ergebnisse werden im weiteren Teil dieser Arbeit vorgestellt.

In dieser Arbeit wurde davon ausgegangen, dass die tatsächlichen Abstände zwischen einzelnen Offshore-Anlagen innerhalb des OWP-Gebiets zwischen dmin1 = 700 m (bei Umspannwerken) und bei Messabständen zwischen dmin2 = 1000 m und dmin3 = 2000 m liegen einzelne Offshore-Windkraftanlagen, unsere Analyse wurde jedoch auf sieben verschiedene Entfernungen erweitert: 300 m, 500 m, 600 m, 700 m, 800 m, 1000 m und 2000 m. Bei der Analyse von Notfällen, wenn Schiffe in das OWF-Gebiet einfahren dürfen, wurde davon ausgegangen, dass sie in einem optimalen (maximalen) Abstand zu allen in der Nähe erkannten Schifffahrtsgefahren fahren, die sich jeweils vor ihrem Bug und auf ihrer Backbord- und Steuerbordseite befinden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass in der Nähe von Umspannwerken der Mindestabstand zur nächsten Gefahr einem Wert entspricht, der als halber Abstand zwischen einzelnen Offshore-Anlagen definiert ist, d. h. dN1 = 0,5∙dmin1 = 350 m, und für die Standort von Windkraftanlagen innerhalb des OWP-Gebiets ist dies der Abstand im Bereich von dN2 = 0,5∙dmin2 = 500 m bis dN3 = 0,5∙dmin3 = 1000 m.

Tabelle 3 stellt die Domänenparameter für die neun Schiffstypen (Tabelle 1) dar, die gemäß den PIANC-Richtlinien18, 2D-Domäne von Coldwell und der Methode von Rutkowski13 unter Verwendung der Manövriereigenschaften, die mit dem Manövriersimulator der Maritimen Universität Gdynia ermittelt wurden, für durchschnittlich und verschlechtert zusammengestellt wurden hydrometeorologische Bedingungen.

Tabelle 4 zeigt beispielhafte Navigationsrisikoindikatoren \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) und \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) in Bezug auf um den erforderlichen Abstand zu nautischen Gefahren einzuhalten, die auf der Backbordseite bzw. Steuerbordseite des Schiffes erkannt werden. Diese Indikatoren wurden für neun repräsentative Schiffstypen (Tabelle 1) als Funktion der Breite ihrer Domänen geschätzt, die für durchschnittliche hydrometeorologische Bedingungen berechnet wurden (Tabelle 2). Die numerischen Faktoren des Navigationsrisikos \({R}_{NWP}\) und \({R}_{NWS}\) wurden unter Verwendung der Domänenparameter \({SD}_{WP}\) und \({SD }_{WS}\) in den Tabellen zusammengestellt (Tabelle 3). In Tabelle 4 werden die numerischen RN-Indikatoren im Bereich von 0 bis 33 % (\({0\le R}_{N}\le 0,33\)) als akzeptabel angenommen und sind in Grüntönen markiert. Sie bezeichnen eine Navigationssituation, bei der die Werte der geschätzten RN-Faktoren als sicher gelten und die Durchführung einer Reise möglich ist. Die numerischen RN-Indikatoren im Bereich von 66 bis 100 % (\({0,66\le R}_{N}\le 1\)) gelten als gefährlich oder hochriskant und sind in Rottönen gekennzeichnet. Die RN-Indikatoren, die mittlere Werte darstellen (\({0,33

Gemäß der Analyse der Indikatoren \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) und \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) (Tabelle 4), abhängig von der angewandten Methode (in diesem Fall die PIANC-Richtlinien, der 2D-Bereich von Coldwell und der 3D-Bereich von Rutkowski, geschätzt für die Wendekreismanöver bei FSAH mit dem Ruderwinkel von 35° Steuerbord und Notstoppmanöver durch Rückwärtsfahren). Bei Vollrückfahrt des Motors (FSAH-FAS und HAH-FAS) nehmen die RN-Indikatoren manchmal völlig unterschiedliche Werte an. Darüber hinaus scheint die PIANC-Methode die restriktivste zu sein (rote Felder in Tabelle 4). Nach der PIANC-Methode hängen die Werte des geschätzten \({{R}_{NW}(SD}_{W})\) jedoch nur in geringem Maße von den Gesamtabmessungen der analysierten repräsentativen Schiffe ab Darüber hinaus werden bei dieser Methode ihre tatsächlichen Manövrierparameter nicht berücksichtigt. Daher ist es zweifelhaft, ob diese Methode zur praktischen Abschätzung der nautischen Risikofaktoren für kleine Überwasserschiffe der Typen D, E, F und I verwendet werden sollte, für die gemäß der PIANC-Methode für die Entfernung von der nächsten Gefahr \( {d}_{N1}=350 m\) auf der Backbord- und Steuerbordseite des Schiffes liegen die geschätzten Navigationsrisikoindikatoren zwischen 39 % für Schiff E und 61 % für Schiff D, 46 % für Schiff F und 55 % für Schiff I , unter Berücksichtigung der für die Backbordseite geschätzten Risikofaktoren: \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\in \left(0.39;0.46;0.55; 0.61\right),\) und von 69 % für Schiff E bis 76 % für Schiff D, 71 % für Schiff F und 74 % für Schiff I, unter Berücksichtigung der für die Steuerbordseite geschätzten Risikofaktoren: \({{R}_{NWS}(SD} _{WS})\in (0,69;0,71;0,74;0,76)\).

Was die 2D-Domänenmethode von Coldwell und die 3D-Domänenmethode von Rutkowski betrifft, erweist sich die Navigation der Schiffstypen D, E, F und I als völlig sicher, wenn man das Vorhandensein von Navigationsgefahren auf der Backbord- bzw. Steuerbordseite des Schiffes berücksichtigt . Darüber hinaus sind die Parameter des 2D-Bereichs von Coldwell denen des 3D-Bereichs von Rutkowski sehr ähnlich, wie sie für das Notwendekreismanöver geschätzt wurden, das bei voller Geschwindigkeit voraus FSAH und einem Ruderwinkel von 35° Steuerbord durchgeführt wurde. Darüber hinaus ist der 2D-Bereich von Coldwell ein empirischer Bereich, der nur in der horizontalen XY-Ebene geschätzt wird und das Navigationsrisiko, das durch Navigationshindernisse über und unter Wasser entsteht, nicht berücksichtigt. Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Bereich von Rutkowski die Auswahl des richtigen Antikollisionsmanövers, das durch eine Kursänderung (Wendekreismanöver) und/oder eine Änderung der Schiffsgeschwindigkeit (FSAH oder HAH) durchgeführt wird. Beispielsweise wurde eine Analyse von \({{R}_{NWP}(SD}_{WP})\) und \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})\) für das Schiff durchgeführt A (ein VLCC) unter der Annahme, dass der Abstand von der nächsten Gefahr auf der Backbord- und Steuerbordseite des Schiffes \({d}_{N2}=500 m\) beträgt, beweist, dass ein Wendekreismanöver nach Steuerbord mit voller Geschwindigkeit vor FSAH durchgeführt wird erzeugt auf der Steuerbordseite des Schiffes ein Navigationsrisiko von 42 % = \({{R}_{NWS}(SD}_{WS})=\) 0,42. Im Falle der Durchführung eines Notstoppmanövers durch Umkehren des Motors auf Voll-Rückwärts-FSAH-FAS wird der auf der Steuerbordseite des Schiffes erzeugte Navigationsrisikofaktor auf 18 % reduziert \({{=R}_{NWS}(SD}_ {WS})=\) 0,18. Andererseits führt die Durchführung des gleichen Manövers bei einer auf die Hälfte der Geschwindigkeit des Schiffes reduzierten Geschwindigkeit (HAH-FAS) zu einem Navigationsrisikofaktor von nur 5 % = \({{R}_{NWS}(SD}_{ WS})=0,05\) (siehe Tabelle 4).

In diesem Dokument werden die geschätzten numerischen Indikatoren des Navigationsrisikos RN für neun repräsentative Schiffstypen unter Bezugnahme auf Navigationshindernisse auf der Backbordseite bzw. Steuerbordseite des Schiffes vorgestellt. Eine umfassende Analyse des Navigationsrisikos im analysierten schiffbaren Seegebiet erfordert jedoch, dass die Verteilung aller Navigationsgefahren innerhalb der drei XYZ-Achsen als Funktion relevanter Parameter des 3D-Domänenmodells des Schiffes untersucht wird.

Der Artikel vergleicht drei Arten von Domänenparametern gemäß den Richtlinien von PIANC, Coldwell und Rutkowski (3D). Die für RN-Indikatoren erhaltenen Ergebnisse gehen teilweise von völlig unterschiedlichen Werten aus, wobei das Domänenmodell von Rutkowski das genaueste zu sein scheint. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nach der 2D-Domänenmethode von Coldwell und der 3D-Domänenmethode von Rutkowski die Navigation der folgenden Schiffstypen erfolgt: Fischerschiff (D), Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahl-Rettungsschiff (E), Fischerboot (F) und z- Antriebsverhinderungsreaktionsschlepper (I) erweist sich als absolut sicher. Die durchgeführten Analysen erforderten die Verwendung geeigneter hydrometeorologischer Daten für das betrachtete Gebiet.

Die vorgestellte Methode kann als universell angesehen werden, da sie nur von der Wechselbeziehung zwischen der Schiffsposition und der Position des erkannten Navigationshindernisses abhängt, wobei es sich bei dem Hindernis um Land, ein anderes Schiff oder Objekt (z. B. eine Offshore-Anlage) handeln kann hydrometeorologischer Faktor, der ein Risiko für die Sicherheit der Schifffahrt in einem bestimmten schiffbaren Seegebiet (offenes und/oder eingeschränktes) darstellt.

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind auf begründete Anfrage vom Erstautor Grzegorz Rutkowski ([email protected]) zur Verfügung zu stellen.

Bednarska, M., Brzeska-Roszczyk, P., Dawidowicz, D., Dembska, G., Drgas, A., Dworniczak, J., Fey, D., Gajewski, J. et al. Bericht über die Umweltauswirkungen des Offshore-Windparks Baltica. (Konsortium des Maritimen Instituts in Danzig und MEWO SA, Danzig, Polen, 2017) http://portalgis.gdansk.rdos.gov.pl/morskafarwiatrowa-Baltica/Raport_OOS_PL_vA.pdf (auf Polnisch).

H-BLIX, Verfügbarkeit von Offshore-Windschiffen bis 2030: Ostsee und polnische Perspektive – Juni 2022, http://h-blix.com.pl

Kubacka, M., Matczak, M., Kałas, M., Gajewski, L. & Burchacz, M. Wetterrisikomanagement in Meeresuntersuchungskampagnen für Offshore-Investitionsprojekte in der polnischen ausschließlichen Wirtschaftszone. Wetter Clim. Soc. 13, 899–911 (2021).

ADS Google Scholar

Offshore-Windpark SMDI Central Baltic II. Bericht zur Umweltverträglichkeitsprüfung, Warschau, Polen (2015) (auf Polnisch).

Madjidian, J., Björk, S., Nilsson, A. & Halén, T. CLEANSHIP – Abschlussbericht des Projekts. (CLEANSHIP-Projektbericht 2013).

Statistik Polen (Zentrales Statistisches Amt). Abgerufen am 06. Mai 2022. https://stat.gov.pl/

Abramowicz-Gerigk, T., Burciu, Z. & Kamiński, P. Kriterien für die Risikoakzeptanz in der Seeschifffahrt. sci. Brei. Universität Warschau Technol. Transp. 96, 7–17 (2013) (auf Polnisch).

Google Scholar

Gucma, L. Modellierung des Risikos von Schiffskollisionen mit Hafen- und Offshore-Strukturen. Zucht. Maritime Univ. Szczecin 44, 3–239 (2005) (auf Polnisch).

Google Scholar

Gucma, S. & Jagniszczak, I. Navigation für Kapitäne. (Stiftung zur Förderung der Schiffbauindustrie und der maritimen Wirtschaft, 2006) (auf Polnisch).

Gucma, S. & Ślączka, W. Umfassende Methode zur formalen Sicherheitsbewertung von Schiffsmanövern auf Wasserstraßen. Wissenschaft. J. Maritime Univ. Stettin 54, 110–119 (2018).

Google Scholar

Pietrzykowski, Z. Schiffs-Fuzzy-Domäne – Ein Kriterium für die Navigationssicherheit in engen Fahrrinnen. J. Navig. 61, 499–514 (2008).

Artikel Google Scholar

Rutkowski, G. Modellierung des Schiffsbereichs beim Manövrieren in eingeschränkten Seegebieten. Doktorarbeit, Technische Universität Warschau, Fakultät für Verkehrswesen (2000) (auf Polnisch).

Rutkowski, G. Optimierung der Betriebsgeschwindigkeit des Schiffes, geschätzt im Kontext der in verschiedenen Reisephasen auftretenden Risiken (Gdynia Maritime University Press, 2021) (auf Polnisch).

Google Scholar

Wielgosz, M. & Pietrzykowski, Z. Schiffsgebiet im Sperrgebiet – Analyse des Einflusses der Schiffsgeschwindigkeit auf die Form und Größe des Gebiets. Wissenschaft. J. Maritime Univ. Szczecin 30(102), 138–142 (2012).

Google Scholar

Wróbel, F. Navigator's Handbook (Trademar Press, 2019).

Google Scholar

Rawson, A. & Brito, B. Bewertung der Gültigkeit von Navigationsrisikobewertungen: Eine Studie über Offshore-Windparks im Vereinigten Königreich. Ozeanküste. Geschäftsführer 219, 106078 (2022).

Artikel Google Scholar

Konfliktfiche 7 der europäischen MSP-Plattform. Seeverkehr und Offshore-Windenergie (2019). https://maritime-spatial-planning.ec.europa.eu/sites/default/files/7_transport_offshore_wind_kg_0.pdf. Zugriffsdatum: 15.05.2023.

PIANC Der Weltverband für wasserbasierte Transportinfrastruktur. Abgerufen am 23.05.2022. https://www.pianc.org/

Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO). Internationales Übereinkommen zum Schutz des menschlichen Lebens auf See, 1974, SOLAS. Konsolidierter Text, abgerufen am 06.05.2022. (2015). http://orka.sejm.gov.pl/

COLREG. Übereinkommen über die Internationalen Vorschriften zur Verhütung von Kollisionen auf See (1972).

Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO). MSC/Circ.1053. Erläuterungen zu den Normen für die Manövrierfähigkeit von Schiffen. Abgerufen am 06.05.2022 (2002a). https://www.register-iri.com/wp-content/uploads/MSC.1-Circ.1053.pdf

Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO). Resolution MSC.137(76) (angenommen am 4. Dezember 2002). Standards für die Manövrierfähigkeit von Schiffen (2002b).

Webseite der International Maritime Organization (IMO). Abgerufen am 06.05.2022. http://www.imo.org

Rutkowski, G. Analyse einer praktischen Methode zur Schätzung der bestmöglichen Schiffsgeschwindigkeit beim Durchfahren von Brücken oder anderen schwebenden Hindernissen. Ocean Eng. 225, 108790 (2021).

Artikel Google Scholar

Rawson, A. & Brito, B. Eine Kritik der Verwendung der Domänenanalyse zur räumlichen Kollisionsrisikobewertung. Ocean Eng. 219, 108259 (2021).

Artikel Google Scholar

Pietrzykowski, Z. & Uriasz, J. Der Schiffsbereich – Ein Kriterium für die Bewertung der Navigationssicherheit in einem offenen Seegebiet. J. Navig. 62(1), 93–108 (2009).

Artikel Google Scholar

Cheng, Z., Xu, X., Zeng, X. & Fan, Y. Ein dynamisches dreidimensionales Schiffsdomänenmodell für Schiffe in Hafengewässern. In Proceedings, 2. Internationale Konferenz für Energie, Energie und Elektrotechnik (EPEE, 2017). ISBN: 978-1-60595-514-8.

Hansen, M. et al. Empirischer Schiffsbereich basierend auf AIS-Daten. J. Navig. 66(6), 931–940 (2013).

Artikel Google Scholar

Ozturk, U., Birbil, SI & Cicek, K. Bewertung des Navigationsrisikos von Hafenanflugmanövern mit Expertenbewertungen und maschinellem Lernen. Ocean Eng. 192, 106558 (2019).

Artikel Google Scholar

Wang, YY Ein empirisch kalibrierter Schiffsbereich als Sicherheitskriterium für die Navigation in begrenzten Gewässern. J. Navig. 69, 257–276 (2016).

Artikel Google Scholar

Coldwell, TG Verhalten des Seeverkehrs in eingeschränkten Gewässern. J. Navig. 36, 431–444 (1983).

Artikel Google Scholar

Rutkowski, G. Bestimmung der bestmöglichen Geschwindigkeit des Schiffes in flachem Wasser, geschätzt auf der Grundlage des verwendeten Modells zur Berechnung der Schiffsdomänentiefe. Polnische Maritime Res. 27, 140–148 (2020).

Artikel Google Scholar

Rutkowski, G. Sicherheit der Schifffahrt beim Navigieren auf dem Containerschiff der PS-Klasse „Emma Maersk“ beim Anlaufen des DCT-Terminals im Danziger Hafen Północny. TransNav Int. J. Mar. Navig. Sicher. Seetransport 10, 481–488 (2016).

Google Scholar

Nowakowski, Z., Magierek, R. & Deorocki, M. (Hrsg.) Lotsendienst der Ostsee. Polnische Küste 10. Aufl. (Hydrographisches Amt der polnischen Marine, Gdynia, 2016) (auf Polnisch).

Rutkowski, G. Risikoanalyse bei der Navigation in eingeschränkten Seegebieten. Ann. Navigieren. 11, 103–122 (2006).

Google Scholar

Rutkowski, G. & Królikowski, A. Analyse der Tiefe der Einflugschneise südlich des Stolpe-Ufers unter Berücksichtigung der Schiffe mit maximalen Abmessungen und Tiefgang. Polnische Marineakademie, NAVSUP'08, Die Rolle der Navigation bei der Unterstützung menschlicher Aktivitäten auf See, 22.–24. Oktober, Gdynia (2008).

Referenzen herunterladen

Diese Studie wurde von der Maritimen Universität Gdynia finanziert, die Forschungsprojekte: WN/2023/PZ/07 und IM/2023/PZ/01.

Abteilung für Navigation, Fakultät für Navigation, Maritime Universität Gdynia, 81-225, Gdynia, Polen

Grzegorz Rutkowski

Abteilung für Betriebsozeanographie, Maritimes Institut, Maritime Universität Gdynia, 80-830, Danzig, Polen

Maria Kubacka

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Konzeptualisierung GR und MK; Methodik GR; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung MK und GR Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Maria Kubacka.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Rutkowski, G., Kubacka, M. Analyse von Navigationsrisikoindikatoren als Funktion der Schiffsdomänenbreite für den ausgewählten Offshore-Windpark in der Ostsee. Sci Rep 13, 9269 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36114-3

Zitat herunterladen

Eingegangen: 4. April 2023

Angenommen: 30. Mai 2023

Veröffentlicht: 07. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36114-3

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.