Wer ist an Deck? Das Armband weiß es.

Wer diese Seiten aufmerksam liest — und für jeden aufmerksamen Leser sind wir dankbar —, hat sich inzwischen ein recht klares Bild davon gemacht, was das Galvanic Pulse Armband leistet. Erkennung von Mann über Bord über das fehlende Signal, beschrieben in Schrödinger’s Watchkeeper. Das Ableiten von Müdigkeit und Schlafzustand. Ein sanfter Impuls am Handgelenk, der an die nächste Wache erinnert — oder eine Bestätigungsgeste, die der Träger zurück an das Boot sendet. Ein kleines, stilles Ding am Handgelenk, das mehrere stille Aufgaben erfüllt.

Dem weniger aufmerksamen Leser dürfte jedoch entgangen sein — und der weniger aufmerksame Leser, so vermuten wir, sind die meisten von uns —, dass das Armband noch eine weitere Aufgabe erfüllt. Und genau diese eine Aufgabe ist es in vielerlei Hinsicht, die das übrige System zusammenhält. Das Armband ist, über alles andere hinaus, das Mittel, mit dem das Boot weiß, wo sich jede Person an Bord befindet und wer jede Person ist — in jedem Augenblick.

Kurze Zusammenfassung — was das Armband bereits leistet

Für alle, die die anderen Beiträge noch nicht gelesen haben — und als kurze Einordnung für den Rest dieses Textes —: Das Galvanic Pulse erfüllt bereits vier gut dokumentierte Aufgaben:

• Erkennung von Mann über Bord über das fehlende Signal. Das Armband führt einen fortlaufenden, stromsparenden Funkdialog mit dem Boot. Bricht dieser Dialog ab — weil das Handgelenk das Schiff verlassen hat —, ist das der MOB-Alarm. Der Verunglückte muss keinen Knopf drücken.
• Ableiten von Müdigkeit und Schlafzustand. Beschleunigungsmessung am Handgelenk steuert eine Schlaf-Wach-Klassifizierung; das Aktivitätsintegral über die Zeit fließt in die Müdigkeitskurve ein, die der Wachplan berücksichtigt.
• Benachrichtigungen. Eine leise Vibration am Handgelenk, wenn die Galvanic Voice etwas mitzuteilen hat — eine Wacherinnerung, ein Ereignis der Stufe ACHTUNG, ein Hinweis zum Ankern —, gerichtet allein an die betreffende Person und nicht über das ganze Boot verteilt.
• Bestätigungen. Eine Geste am Handgelenk, zurückgesendet an das System: Der Träger hat den Alarm registriert und kümmert sich darum.

Das ist die Geschichte des Galvanic Pulse, die wir bisher erzählt haben. Sie ist, ganz bewusst, nur ein Teil der Geschichte.

Die stille fünfte Aufgabe: zu wissen, wo jeder ist

Jede an Bord installierte Galvanic Voice ist zugleich ein Bluetooth-Empfänger. Während jedes Armband seine Anwesenheit viele Male pro Sekunde aussendet, misst jede Voice in Reichweite die Stärke des empfangenen Signals — was Funktechniker als RSSI bezeichnen, den Received Signal Strength Indicator. Ein Armband nahe einer Voice erzeugt dort einen lauten RSSI; ein Armband zwei Kajüten weiter einen leiseren; ein Armband an Deck, während die Voice im Salon steht, etwas dazwischen.

Sind mehrere Voice-Einheiten an bekannten Stellen im Boot installiert — am Steuerstand, im Cockpit, im Salon, in der Vorschiffskajüte, in der Achterkajüte —, meldet jede von ihnen in jedem Augenblick den RSSI jedes Armbands. Ein Fusionsverfahren an Bord verarbeitet diese Datenströme und stellt die richtige Frage: Wenn dieses Armband auf der Voice der Achterkajüte am lautesten erscheint, auf der Salon-Einheit am zweitlautesten und auf der Voice der Vorschiffskajüte sehr leise — wo befindet sich das Armband? Die Antwort: in der Achterkajüte.

Das Verfahren nennt sich BLE-RSSI-Triangulation über mehrere Stationen, und es liefert in jedem Augenblick eine schiffsbezogene Position für jedes Armband an Bord — keine GPS-Position, sondern einen konkreten Raum oder Bereich: Steuerstand, Cockpit, Salon, Vorschiffskajüte, Achterkajüte, Nasszelle, Vordeck. Die Infrastruktur kostet nichts, denn die empfangenden Voice-Einheiten sind dieselben, die ohnehin schon jede andere Aufgabe an Bord erledigen. Die Bluetooth-Empfänger, die wir für den MOB-Dialog benötigten, sind ohne jede zusätzliche Hardware zugleich die Empfänger für die Ortung. (Das Verfahren zur Crew-Ortung über mehrere Stationen ist Gegenstand einer angemeldeten Patentanmeldung im Portfolio von Galvanic Works.)

Wie das System entscheidet, wer wo ist

Im Einsatz sind drei Klassifizierer-Varianten, in aufsteigender Komplexität — ausgewählt danach, wie viele Voice-Einheiten installiert sind und wie sauber die Geometrie des Bootsinneren sie voneinander trennt:

• Argmax der nächsten Station. Das Armband befindet sich in dem Bereich, dessen Voice gerade den stärksten RSSI meldet — vorausgesetzt, der Vorsprung gegenüber der zweitbesten Einheit überschreitet einen sinnvollen Abstand (wir verwenden sechs Dezibel). Das ist der Arbeitspferd-Klassifizierer: robust, rechnerisch trivial und für die raumgenaue Auflösung auf Booten mit einer Voice in jedem wichtigen Bereich vollkommen ausreichend.
• Multilateration über Pfadverlust. Der RSSI jeder Station wird mithilfe eines kalibrierten Log-Distanz-Pfadverlustmodells in eine Entfernungsschätzung umgerechnet; drei oder mehr Stationen erlauben dem System, über die Methode der kleinsten Quadrate eine zweidimensionale schiffsbezogene Position zu bestimmen. Nützlich dort, wo Bereiche nicht von Natur aus durch Schotten getrennt sind — etwa auf einer offen gestalteten Motoryacht.
• Fingerprinting. Bei der einmaligen Inbetriebnahme trägt der Skipper ein Armband und besucht der Reihe nach jeden benannten Bereich; das System erfasst für jeden Bereich die RSSI-Signatur pro Station. Im laufenden Betrieb wird der momentane RSSI-Vektor eines Armbands mit den gespeicherten Signaturen abgeglichen. Das ist die genaueste Variante und kommt auf Booten zum Einsatz, deren Innengeometrie so ungewöhnlich ist, dass Allzweck-Klassifizierer an ihre Grenzen stoßen.

Welcher Klassifizierer auch immer im Einsatz ist — das Ergebnis wird durch einen kurzen Modusfilter sanft geglättet. Ein flüchtiger Gang durch die Pantry macht den Träger nicht zu jemandem, der „in der Pantry” ist, wenn er zwei Sekunden zuvor im Vorschiff schlief und zwei Sekunden später wieder dort schläft.

In einem Punkt wollen wir ehrlich sein: Die Qualität der Ortung hängt vom Boot ab. Ein Einrumpfboot mit Voice-Einheiten in gut getrennten Kajüten, hinter echten Schotten, liefert saubere, eindeutige Zuordnungen. Ein offen gestalteter Katamaran mit einem großen Salon und einem Dutzend Sichtachsen ist die schwierigere Aufgabe; hier gleicht das System dies mit Multilateration über Pfadverlust aus. Eine sehr große Yacht mit vielen Bereichen braucht womöglich Fingerprinting, um benachbarte Bereiche zuverlässig zu unterscheiden. Das System wählt den passenden Klassifizierer für die jeweilige Topologie — und teilt dem Skipper mit, wie sicher es sich ist.

Wo Sie schlafen — und das System, das es weiß

Eine der nützlichsten Dinge, die das Boot mit dem Ortungsstrom je Armband anfangen kann, ist die Beantwortung einer Frage, die sich der Skipper sonst merken müsste: In welcher Kajüte schläft heute Nacht welches Crewmitglied?

Der ehrliche Klassifizierer ist hier ein besonders elegantes Stück des Systems. Die momentane Position eines Armbands kann flackern — jemand schaut kurz in die Pantry, geht durch den Salon, holt sich eine Jacke aus einer Kajüte, die nicht die seine ist. Würde man in jedem Augenblick eine Stichprobe nehmen, ergäbe das eine verrauschte, nutzlose Ausgabe der „aktuellen Kajüte”. Die richtige Frage lautet nicht „wo ist diese Person jetzt?”, sondern „wo schläft diese Person tatsächlich?” — und die richtige Antwort ist die zeitgewichtete Mehrheit der Zuordnungen zur nächsten Voice, gefiltert durch das Schlafzustandssignal des Armbands selbst. Wer sich in einer Kajüte hinlegt und über Stunden die Schlaf-Klassifizierung aufrechterhält, schläft in dieser Kajüte; wer nur kurz hineingeht, um einen Pullover zu holen, nicht.

Steht die Zuordnung erst einmal fest, wird sie genutzt. Wenn die Galvanic Voice die nächste Wache für die kommende Schicht wecken muss, fragt sie den Skipper nicht, welche Kajüte sie ansprechen soll — das System weiß es bereits. Wenn ein Alarm der Notfallstufe vom Handgelenk auf das ganze Boot eskaliert, spricht er zuerst in die Kajüte des betreffenden Crewmitglieds, statt wahllos in die Freiwache hinein zu senden. Wenn der Skipper geweckt werden muss — und nur der Skipper —, wird der Alarm in die Kajüte geleitet, in der der Skipper diese Nacht tatsächlich geschlafen hat, und nicht in die Kajüte, die auf den Plänen des Konstrukteurs mit „Skipper” beschriftet ist.

Sie dürfen sogar jede Nacht die Kajüte wechseln. Das System verfolgt es mit. (Wir wissen, dass Sie es nicht tun. Aber es würde — falls doch.) (Das Verfahren zur automatischen Kajütenzuordnung, gefiltert durch den Schlafzustand des Armbands, ist ebenfalls Gegenstand einer angemeldeten Patentanmeldung.)

Identität — wer hat das getan, und wann

Eine zweite Nutzung des Armbands, über die wir klar sprechen wollen, ist die Identitätszuordnung. Die Voice, die einen Alarm ausgibt, weiß, welche Armbänder sich in ihrem Bereich befinden, im Moment der Bestätigung des Alarms. Wenn jemand am Steuerstand eine Ankerwache-ACHTUNG mit einer Handgelenksgeste quittiert, vermerkt das System nicht nur „bestätigt”, sondern „bestätigt vom Träger des Armbands X, am Steuerstand, zu diesem Zeitstempel”. Jede Interaktion mit dem System ist somit an eine Person und an einen Augenblick gebunden.

Daraus ergeben sich zwei praktische Folgen.

Die eine betrifft die Nachvollziehbarkeit. Wenn auf einer Passage etwas schiefgelaufen ist und hinterher die Frage steht „wer hat in jener denkwürdigen Nacht um halb drei den Ankeralarm quittiert?”, dann steht die Antwort im Logbuch. Nicht als Anschuldigung — als Aufzeichnung. Boote werden von Menschen gefahren, Menschen treffen Entscheidungen, und diese Entscheidungen sollten sich hinterher von denen abrufen lassen, denen sie wichtig sind. Der Kartenplotter, der Autopilot, das Alarmpanel des durchschnittlichen modernen Fahrtenseglers haben in dieser Hinsicht überhaupt kein Gedächtnis.

Die andere betrifft den Betrieb. Der Skipper kann in jedem Augenblick sehen, wer an Deck ist und wer nicht. Wer um drei Uhr morgens im Cockpit ist — die Wache, vermutlich, aber das System zeigt es, statt es zu vermuten — und wer unter Deck in seiner Kajüte schläft, während sich seine Müdigkeitskurve weiter erholt. Der Skipper, der im ersten Morgenlicht als Einziger wach ist, drei Stunden bevor sich sonst jemand rührt, kann ohne weitere Nachforschung wissen, dass niemand sonst auf den Beinen ist. Der Skipper, der eben einen dumpfen Schlag an Deck gehört hat, kann wissen, ob jemand dort oben ist oder ob das Boot das Geräusch von selbst macht.

Crews auf langer Passage sprechen von einer besonderen Art beiläufiger Aufmerksamkeit, die sich erst über Jahre entwickelt — „ich wusste, dass jemand oben war, noch bevor ich die Winsch hörte”. Das Armband gibt dem Boot diese Aufmerksamkeit unmittelbar, ohne die Jahre.

Je größer das Boot, desto schärfer das Bild

Es ist wert, es deutlich zu sagen: Je mehr Galvanic Voice-Einheiten ein Boot mitführt, desto schärfer wird die Ortung. Eine einzelne Voice auf einem Vierzig-Fuß-Fahrtensegler unterscheidet noch zuverlässig an Deck von unter Deck; eine Voice am Steuerstand und eine im Salon unterscheiden Steuerstand von Cockpit von Salon von Kajüte; eine Yacht mit einer Voice in jeder benannten Kajüte liefert eine Ortung auf Bereichsebene mit sehr geringer Mehrdeutigkeit.

Die Geometrie des Bootes zählt ebenso viel wie die Zahl der Einheiten. Schotten dämpfen Bluetooth-Signale; Sichtachsen nicht. Die natürliche Unterteilung eines Einrumpfboots nimmt dem Klassifizierer die Arbeit ab. Ein offen gestalteter Katamaran mit einem großen Salon und ohne Wände zwischen den Bereichen ist die schwierigere Aufgabe — gelöst durch Multilateration über Pfadverlust und, wo sinnvoll, durch einen einmaligen Fingerprinting-Durchgang bei der Inbetriebnahme. Das System wählt den passenden Klassifizierer für die Topologie des Bootes, auf dem es installiert ist, und der Skipper sieht in der App eine Anzeige des Vertrauensgrads.

Warum das für die Menschen an Bord zählt

Für den Skipper bedeutet es ein Boot, das weiß, wo die Crew ist — und damit, wer die Wache hat, wer bereitsteht, wer in der Kajüte ist, die als Nächste geweckt werden muss, wer gerade an Deck gekommen ist und wer noch unten liegt. Entscheidungen über Routing, Eskalation und Aufmerksamkeit fallen vor dem Hintergrund eines realen Bildes davon, wo sich die Crew befindet — nicht aufgrund einer Vermutung.

Für das Crewmitglied bedeutet es ein Boot, das es mit Namen und Rolle anspricht, ohne Menü zum Durchklicken und ohne Profil zum Einrichten — und das es nur dann stört, wenn der Alarm wirklich ihm gilt. Der Schlaf der Freiwache ist tatsächlich der Schlaf der Freiwache. Die anstehende Wache wird zur Übernahme geweckt, die Freiwache nicht.

Für die Familie oder den Charter-Gast bedeutet es ein Boot, dessen Alarme glaubwürdig sind, weil sie bei der betreffenden Person ankommen, statt durch jede Kajüte zu hallen. Das vorn schlafende Kind wird nicht von einer WARNUNG geweckt, die dem achtern liegenden Skipper gilt. Das System achtet den Schlaf dort, wo der Schlaf geachtet werden soll, und stört ihn nur dort, wo es sein muss.

Für den Flottenmanager oder Betreiber bedeutet es eine manipulationssichere Aufzeichnung darüber, wer wann und von welcher Stelle an Bord mit dem System interagiert hat. Die Frage nach einem Vorfall lässt sich aus einem Logbuch beantworten, nicht aus dem Gedächtnis.

Das Armband ist am Ende das Mittel, mit dem das Boot jeder einzelnen Person an Bord Aufmerksamkeit schenkt — und der Rest des Systems nutzt diese Aufmerksamkeit, um alles andere, was es tut, genauer zu machen, gezielter und respektvoller gegenüber den Menschen, denen es dienen soll.

Quellen

1. Bluetooth SIG. Bluetooth Core Specification, Version 5.x. Der Standard, der das BLE-Advertising und die RSSI-Messung regelt, auf denen die Ortungs-Pipeline beruht.
2. Rappaport, T.S. Wireless Communications: Principles and Practice. 2. Aufl. Prentice Hall, 2002. (Das Standardwerk zum Log-Distanz-Pfadverlustmodell, das dem Multilaterations-Klassifizierer zugrunde liegt.)
3. Kalman, R.E. „A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems.” Transactions of the ASME — Journal of Basic Engineering, 1960. (Der rekursive Schätzer, der den Ortungsstrom je Armband über die Zeit glättet.)
4. International Maritime Organization. Resolution MSC.302(87): Adoption of Performance Standards for Bridge Alert Management. (Der IMO-Rahmen für Routing und Bestätigung von Alarmen — das Prinzip der gezielten statt breit gestreuten Alarmierung, die die Ortung ermöglicht.)