Das Boot, das weiß, was es tut

Öffnen Sie das Menü eines modernen Marineinstruments, und Sie finden dieselbe lange Liste von Schaltern, die Sie im Kopf behalten sollen. Ankerwache ein / aus. Passage-Modus. Tag- / Nachtanzeige. Alarmschwellen für Küsten- versus Hochseefahrt. Unterwegs versus vor Anker. Modus für eingeschränkte Sicht. Ansteuerungsmodus. Regattamodus.

Jeder dieser Schalter ist in gewissem Sinne eine kleine Wette, dass Sie daran denken werden, ihn im richtigen Moment umzulegen. Die Wette richtet sich gegen die zwei Dinge, die bei einer langen Passage als Erstes nachlassen: Ihr Gedächtnis und Ihre Disziplin.

Das Problem mit „Modi”

Das Problem mit einem Boot voller Modi besteht darin, dass es nur zwei Arten gibt, wie die Mensch-Instrument-Schleife versagen kann — und beide sind gefährlich.

Der Alarm löst aus, wenn er nicht sollte. Sie sind im Morgengrauen aus der Bucht ausgelaufen, ohne den Ankeralarm zu deaktivieren. Fünf Minuten später piept es, weil das System davon überzeugt ist, das Boot habe eine halbe Meile gedriftet. Sie quittieren den Alarm. Sie quittieren ihn erneut. Beim dritten Mal hat sich Ihre Beziehung zum Ankeralarm dauerhaft verändert — er ist zu einem Gerät geworden, das grundlos piept. Zwei Monate später, in einer Nacht, in der das Boot tatsächlich driftet, ertönt derselbe Piepton, und der Teil Ihres Gehirns, der für Bootsalarme zuständig ist, greift automatisch nach der Quittierungstaste.

Der Alarm löst nicht aus, wenn er sollte. Sie haben in der Abenddämmerung geankert, die Kette gesetzt, eine Flasche Wein geöffnet und vergessen, die Ankerwache zu aktivieren. Das Boot driftet um drei Uhr morgens. Niemand bemerkt es.

Beide Versagensfälle haben eine gemeinsame Ursache: Das Instrument wusste nicht, was das Boot gerade tat. Es war darauf angewiesen, dass Sie es informieren. Und auf einer langen Passage mit einer erschöpften Crew ist genau diese Abhängigkeit die Fehlerquelle.

Der Wandel — alles, was das Boot benötigt, liegt bereits auf dem Bus

Das Konzept hinter der autonomen Kontexterkennung des Galvanic Voice ist schlüssig. Jedes Signal, das einem außenstehenden Beobachter ermöglichen würde zu sagen, „diese Yacht liegt dort drüben vor Anker” oder „diese Yacht segelt am Wind”, ist bereits in maschinenlesbarer Form auf dem bordeigenen NMEA 2000-Backbone verfügbar — dem Branchenstandard-Datenbus, der formal unter IEC 61162-3 definiert ist.

• Die GPS-Geschwindigkeit über Grund teilt dem Boot mit, ob es sich bewegt und wie schnell.
• Die Motordrehzahl vom Motorgateway teilt dem Boot mit, ob der „Eisenfock” gesetzt ist.
• Die GPS-Positionsstreuung, über einige Minuten integriert, teilt dem Boot mit, ob es an einem Steg festgemacht ist (Gaußsches Rauschen um einen festen Punkt) oder vor Anker liegt (ein deutlich größeres, nicht-Gaußsches Muster, während das Boot Wind und Tide folgt).
• Der Kurs in Verbindung mit dem scheinbaren Windwinkel teilt dem Boot mit, ob es relativ zu einem Steg fixiert ist oder sich mit dem Wind dreht.
• Die Wassertiefe unter dem Kiel, die Landstromversorgung am Wechselstromeingang sowie die Heave-, Trimm- und Rollsignale des Lagesensors liefern weitere Hinweise.

Jedes dieser Signale für sich wäre mehrdeutig. In Kombination und mit geeigneter Filterung und Hysterese sind sie es nicht. Die Fusion wird mittels eines Kalman-Filters durchgeführt (Kalman, Trans. ASME J. Basic Eng., 1960) — desselben rekursiven Schätzverfahrens, das Flugzeuge trotz ungenauer Sensoren navigierbar macht und das wir im System auch für das empirische Polardiagramm und die AIS-Kollisionsvermeidungslogik einsetzen.

Was das Boot tatsächlich entscheidet

Der Klassifikator fasst die oben genannten Datenströme in einen von wenigen Betriebszuständen zusammen. Die aktuelle Implementierung umfasst fünf — zuzüglich eines ehrlichen Unbekannt für das Startfenster, bevor genügend Daten für eine zuverlässige Aussage gesammelt wurden:

• HAFEN — festgemacht oder längsseits an einem Steg; Geschwindigkeit nahe null mit dem GPS-Muster eines ortsfesten Punktes.
• VOR ANKER — ruhend, aber auf der Kette schwojend, der Kurs folgt dem Wind, und das GPS beschreibt einen Bogen statt eines Punktes.
• UNTERWEGS_MOTOR — Fahrt unter Motor, wobei die Motordrehzahl bestätigt, dass das Segelwerk unten ist.
• UNTERWEGS_SEGEL — Fahrt bei abgestelltem Motor, wobei Krängung und scheinbare Windgeometrie mit Windantrieb übereinstimmen.
• MOTORSEGELN — beides gleichzeitig; das empirische Polardiagramm aus Galvanic Polars dient als Referenz, anhand derer der Beitrag des Motors zur Fahrt erkannt wird (das Polardiagramm ist die ruhige, motorfreie Grundwahrheit; eine Geschwindigkeit, die das Polardiagramm für den aktuellen Wind und Seegang übertrifft, bei gleichzeitig nicht-null Motordrehzahl, ist das charakteristische Merkmal).

Jeder Zustandswechsel wird durch Hysterese abgesichert: Das Boot bezeichnet sich nicht sofort als vor Anker liegend, sobald die Geschwindigkeit unter einen halben Knoten fällt, da dieselbe Bedingung auch einem Aufschießer in einer vorbeiziehenden Böe entsprechen könnte. Es wartet, bis die Geschwindigkeit für ein definiertes Zeitfenster — derzeit zwei Minuten — niedrig bleibt, bevor der Zustand wechselt. Die entsprechende Ausgangsschwelle ist bewusst höher angesetzt (eine anhaltende Geschwindigkeit von mehr als 1,5 Knoten weg von der Ankerposition ist das eindeutige Zeichen für „wir haben den Ankerplatz verlassen”), um bei einem Gezeitenwechsel ein Flackern zwischen den beiden Zuständen zu vermeiden, wenn das Boot über seinen eigenen Anker segelt.

Der schwierige Fall: Hafen und Ankerplatz unterscheiden

Die meisten Zustandswechsel sind unkompliziert. Der Moment, in dem der Motor anspringt, der Moment, in dem die Geschwindigkeit über Grund einen Schwellenwert überschreitet, der Moment, in dem das Boot für mehr als einige Sekunden Krängung zeigt — diese Ereignisse sind eindeutig. Das eigentlich schwierige Problem ist jenes, bei dem das Boot nicht in Bewegung ist, sich aber in zwei betrieblich unterschiedlichen Situationen befinden kann: längsseits in einer Marina festgemacht oder in einer stillen Bucht vor Anker.

In beiden Fällen liegt die Geschwindigkeit über Grund nahe null. In beiden Fällen kann der Wind identisch sein. In beiden Fällen kann es dieselbe Tageszeit sein. Die Konsequenzen hingegen könnten unterschiedlicher nicht sein: Ein vor Anker liegendes Boot benötigt eine aktivierte Ankerwache und einen aktiven Treibalarm; ein festgemachtes Boot nicht. Ein falsch negativer Befund — einen tatsächlichen Ankerplatz als „Hafen” einzustufen — ist ein Sicherheitsproblem. Ein falsch positiver Befund — einen tatsächlichen Liegeplatz als „Ankerplatz” einzustufen — ist eine geringfügige Unannehmlichkeit mit einem Piepton.

Der Klassifikator überführt den Unterschied in eine Reihe von Indizien:

• Landstrom. Wenn der Wechselstromeingang unter Spannung steht, liegt das Boot am Steg — Punkt. Niemand ankert mit angeschlossenem Landstromkabel.
• GPS-Streuung. Ein am Steg festgemachtes Boot erzeugt eine Gaußsche Wolke von GPS-Fixes mit einem Durchmesser von wenigen Metern — das unvermeidliche Rauschen ziviler GNSS-Empfänger. Ein Boot auf dem Haken erzeugt ein größeres, nicht-Gaußsches Muster, das den Schwojradius abfährt, wenn der Wind dreht. Die Form der Verteilung ist selbst das Signal.
• Kurs versus Wind. Vor Anker folgt das Boot dem Wind — der scheinbare Windwinkel bleibt nahe null, während der Magnetkurs schwankt. Am Steg ist der Kurs fest, und der scheinbare Windwinkel schwankt.
• Tiefe. Marinas und Ankerplätze können sich in der Tiefe überschneiden, aber sehr flaches Wasser ohne weitere Hinweise spricht für eine Marina. Eine dem Ankerplatz angemessene Tiefe unter dem Kiel mit dem Schwojraum einer Kettenkatenary spricht für einen Ankerplatz.

Im Zweifelsfall bezeichnet sich das Boot als vor Anker liegend

Wir wollen nicht vorgeben, dass der Klassifikator unfehlbar ist. Es gibt echte Grenzfälle — eine Yacht, die bei absoluter Flaute mit dem Wind genau auf dem Bug vor Anker liegt, kann statistisch wie eine Yacht in einer Marina aussehen; eine Yacht, die bei einer leichten Strömung unter nackten Masten treibt, kann vorübergehend wie eine Yacht unter Fahrt aussehen. Der Klassifikator kann in beide Richtungen irren, und wir gehen offen damit um.

Das Gestaltungsprinzip ist in solchen Zweifelsmomenten klar: Bei mehrdeutiger Datenlage bezeichnet sich das Boot als vor Anker liegend. Ein falsch positiver Befund (einen tatsächlichen Liegeplatz als Ankerplatz einzustufen) ist ein unnötiger Piepton und eine aktivierte Ankerwache für ein Boot, das nicht treiben kann. Ein falsch negativer Befund (einen tatsächlichen Ankerplatz als Marina einzustufen) ist eine stumme Ankerwache für ein Boot, das es kann. Die Asymmetrie der Konsequenzen bestimmt die Asymmetrie der Voreinstellung. Das Boot wäre lieber einmal zu viel lästig als einmal zu wenig.

Was sich für die Person am Ruder ändert

Sobald das Boot weiß, was es gerade ist, hört jeder mögliche Alarm auf, eine Einstellung zu sein, und wird zu einer Konsequenz. Der Skipper hört auf, der Modusschalter des Bootes zu sein. Konkret:

• Die Ankerwache aktiviert sich selbst, wenn das Boot entschieden hat, dass es tatsächlich vor Anker liegt, und deaktiviert sich selbst, wenn das Boot entschieden hat, dass es sich wieder in Fahrt befindet — kein Schalter, an den man in der Abenddämmerung denken muss, kein Schalter, an den man bei Tagesanbruch denken muss.
• Kollisionsvermeidungsschwellen verschärfen sich, wenn das Boot entschieden hat, dass es auf See ist, und lockern sich, wenn das Boot längsseits liegt — ein Ziel in einer Seemeile Entfernung hat auf einer Nachtpassage eine ganz andere Bedeutung als in einer überfüllten Marina.
• Wacherinnerungen folgen, wenn das Boot tatsächlich unterwegs ist, einem Rhythmus, der der aktuellen Wache der Crew angemessen ist; im Hafen lösen sie schlicht nicht aus.
• Motorbetriebsstunden und die Generatorprotokollierung erfolgen, weil das Boot bemerkt hat, dass der Motor läuft — nicht weil jemand daran gedacht hat, einen Timer zu starten.
• Das Polardiagramm zeichnet Daten nur auf, wenn das Boot tatsächlich segelt (und Motorsegeldaten werden gesondert abgelegt, wie Galvanic Polars beschreibt).

Ein offensichtlicher Fall — und eine Asymmetrie, die das Boot berücksichtigt

Wir haben an anderer Stelle über den Segler geschrieben, dem wir am Steg in Ortigia in Syrakus begegnet sind und der gerade eine Nachtpassage von Malta abgeschlossen hatte — und der uns erzählte, dass er am Ruder eingeschlafen war, allein auf Wache, und von einem Fremden am Ufer durch Rufen geweckt worden war, weil sein Boot ruhig und gleichmäßig auf die Felsen der sizilianischen Küste zusteuerte. Die vollständige Version dieser Geschichte findet sich in Schrödinger’s Watchkeeper; wir werden sie hier nicht vollständig wiederholen. Der für diesen Beitrag relevante Teil ist die Geometrie des Geschehens. Ein Boot, das mit konstanter, gemächlicher Fahrt unterwegs ist, mit dem Autopiloten auf Kurs, und einem Ziel, das im Laufe der Stunden zu einer Küstenlinie geworden war.

Das Boot, das weiß, was es tut, weiß auch, wo es das tut. Und es weiß — anhand des Echolots, der Karte, der GPS-Spur und der einfachen Differenzialrechnung des „Diese Zahl wird kleiner, nicht größer” —, wann die Situation gefährlicher wird, nicht sicherer. Diese Asymmetrie ist das Zweite, worauf das Boot reagiert.

Eine Küste anzusteuern ist nicht dasselbe wie eine Küste zu verlassen. Ein Boot, dessen Küstenabstand abnimmt, dessen Tiefe geringer wird, dessen CPA gegenüber einer festen Gefahrenstelle sich verringert — dieses Boot befindet sich in einer Aufmerksamkeitskategorie, in der sich dasselbe Boot in der entgegengesetzten Richtung nicht befindet. Der Galvanic Voice behandelt diese Asymmetrie genau so, wie ein verantwortungsvoller Skipper es täte: Die Ansteuerung der Küste erfordert eine verbindliche Bestätigung durch die Crew. Der Alarm erlischt nicht von selbst. Die Voice meldet sich; eine Hand am Ruder, eine Handgelenksgeste am Armband oder eine ausdrückliche Sprachantwort aus dem Cockpit schließt die Schleife. Bis dahin behandelt das Boot die Stille so, wie der Segler in Ortigia es sich nicht leisten konnte, sie zu behandeln — als Problem, nicht als Einverständnis.

Dieselbe Asymmetrie durchzieht die Tiefenlogik. Eine zunehmende Tiefe bedeutet, dass das Boot in tieferes Wasser fährt, was selten das Problem ist. Eine abnehmende Tiefe, insbesondere wenn der Trend über Minuten anhält, bedeutet, dass das Boot auf Flachwasser zuläuft — auf Grund, der möglicherweise nicht in der Auflösung in der Karte verzeichnet ist, in der die Karte ihn führt. Die Voice gibt die Tiefe nur bekannt, wenn sie abnimmt; eine stabile oder zunehmende Tiefe erzeugt keine Ausgabe, da sie keine Aufmerksamkeit der Crew erfordert. Die Formulierung ist der Gefahr angepasst: „Geschwindigkeit verringern. Acht Meter Tiefe. Die Tiefe hat in fünfzehn Sekunden um einen Meter abgenommen.” Das Boot berichtet keine Zahl — es berichtet eine Richtung.

Diese Art des asymmetrischen Denkens ist allgegenwärtig in der Architektur des Galvanic Voice. Der CPA verschärft sich, wenn Ziele näherkommen; Alarmrhythmen beschleunigen sich, wenn sich ein Problem entwickelt; Wachintervalle verkürzen sich, wenn das Boot in Gebiete mit höherem Verkehrsaufkommen einfährt; die Bestätigung wird verbindlich, wenn die Gefahrenkurve die falsche Richtung einschlägt. Das Prinzip, das wir offen benennen: Die Kosten, die Crew mit etwas zu behelligen, das sich als harmlos herausstellt, sind gering. Die Kosten, die Crew nicht mit etwas zu behelligen, das sich als nicht harmlos herausstellt, sind das Boot.“>