Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Wasserfahrzeugs mittels optischer Peilung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung bei der terrestrischen Navigation.

Wenngleich die Standortbestimmung von Wasserfahrzeugen im zivilen und militärischen Schiffsverkehr heutzutage mithilfe von Navigationssatellitensystem in einfacher Weise schnell, zuverlässig und vor allem automatisiert vorgenommen werden kann, sind vielfach Situationen bekannt, in denen die Standortbestimmung manuell durchgeführt werden muss - sei es, weil das entsprechende Navigationssatellitensystem wegen Ausfall oder Störung nicht verfügbar ist oder weil eine manuelle Standortbestimmung zum Abgleich mit den Daten des Navigationssatellitensystems vorgeschrieben ist.

Für die manuelle Standortbestimmung wird im Rahmen der terrestrischen Navigation unter Zuhilfenahme eines Peilplans, in dem die Zeiten und die Häufigkeit der Peilung festgelegt sind, eine optische Peilung von Marken bekannter Position vorgenommen. Hierzu befinden sich üblicherweise - zumindest auf großen Wasserfahrzeugen, beispielsweise Container- und Kreuzfahrtschiffen - auf der Kommandobrücke des Wasserfahrzeugs außerhalb des Ruderhauses auf den Nocken angeordnete Peileinrichtungen, mit denen eine (vorbestimmte) Marke bekannter Position angepeilt und der entsprechende Richtungswinkel abgelesen werden kann.

Für die terrestrische Navigation ist dabei die Peilung von zwei Marken notwendig, wobei die Positionsbestimmung durch Kreuzpeilung, Querab -Peilung oder Versegelungspeilung erfolgt.

Problematisch bei diesem Vorgehen ist der hohe apparative und personelle Aufwand und die Fehlerträchtigkeit bei der Übertragung der bei der Peilung aufgenommenen Daten. Zum einen müssen die optischen Peilgeräte an einem Ort, beispielsweise auf den Nocken der Kommandobrücke, installiert sein, der einerseits vom Ruderhaus leicht zugänglich ist, gleichzeitig aber einen möglichst freien Rundumblick ermöglicht. Die an diesem Ort manuell ermittelte Richtungswinkel muss darauf dem im Ruderhaus befindlichen Navigator mitgeteilt werden, damit dieser die Standlinien in die Seekarte eintragen kann. Insbesondere bei schwerer See sind also die Peilung als solche aufgrund der Roll- und Stampfbewegungen des Wasserfahrzeugs wie auch die Übermittlung des Richtungswinkels, die häufig durch Rufen erfolgt, sehr fehleranfällig. Darüber hinaus kann auch das Verlassen des Ruderhauses für das schiffsführende Personal sehr gefährlich sein, sodass eine Peilung vom Innern des Ruderhauses erfolgen muss, wobei in diesem Fall eine nur eingeschränkte Sicht nach Außen ermöglicht und eine Peilung daher stark erschwert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, insbesondere für die terrestrische Navigation ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Wasserfahrzeugs durch optische Peilung von wenigstens zwei Marken bekannter Position zu schaffen, das mit geringem Aufwand zuverlässig, schnell und robust ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die optische Peilung und Ermittlung der Standlinien in einem Schritt im Ruderhaus zusammenzufassen. Hierfür ist bevorzugt eine außerhalb des Ruderhauses angeordnete Kamera vorgesehen, die insbesondere bei einer hohen Winkelauflösung eine hohe Winkelgenauigkeit, also eine winkeltreue Auflösung aufweist. Die Kamera weist also möglichst keine zu einer Winkelverzerrung beitragende Verzeichnung auf und ist dabei so angeordnet, dass sich die Schiffsaufbauten nicht störend auf das aufgenommene Bild auswirken, also möglichst nicht im Öffnungswinkel der Kamera angeordnet sind. Die Ausrichtung der optischen Achse der Kamera im Verhältnis zu einem vorbestimmten Koordinatensystem, beispielsweise zu einer Kompassrose oder wenigstens zur Längsachse des Wasserfahrzeugs wird als bekannt vorausgesetzt, damit eine Einordnung in ein globales Koordinationssystem möglich ist. Die anzupeilenden Marken werden dabei im von der Kamera aufgenommenen Bild, das auf einem auf der Brücke, insbesondere auf einem im Ruderhaus angeordneten Monitor wiedergegeben wird, markiert, sodass der Richtungswinkel der Marken - die Winkeltreue der Kamera vorausgesetzt - unmittelbar abgelesen, die Standlinien ermittelt und die Position des Wasserfahrzeugs automatisch berechnet werden können. Erfindungsgemäß entfällt das mitunter bei schwerer See schwierig durchzuführende Peilen und das damit verbundene Ablesen des Richtungswinkels sowie die störanfällige Übermittlung des Richtungswinkels zum Steuermann. Vielmehr kann der Navigator das Markieren wenigstens einer Marke in einem zuvor aufgenommenen Bild selbst erledigen, wobei das Ermitteln des Richtungswinkels und die Bestimmung der Position automatisiert erfolgen kann. Werden zwei Marken in einem Bild markiert, wird die Genauigkeit dadurch erhöht, dass die Richtungswinkel der Marken im selben Zeitpunkt ermittelt werden, also eine Versegelung nicht erfolgt. Nichtsdestoweniger ist es mit dem Verfahren auch möglich, eine Versegelungspeilung durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Wasserfahrzeugs durch optische Peilung von wenigstens zwei Marken bekannter Position bereitgestellt, mit den Schritten:

- Aufnehmen wenigstens eines wenigstens eine erste Marke bekannter Position aufweisenden ersten Bilds mittels einer an Bord des Wasserfahrzeugs angeordneten Kamera, deren optische Achse relativ zu einem vorbestimmten Koordinatensystem in einem bekannten Kamerawinkel ausgerichtet ist und eine wenigstens in der Horizontalen winkeltreue Auflösung aufweist,

- Ermitteln der die erste Marke mit der Kamera verbindenden ersten Standlinie durch Markieren der ersten Marke in dem von der Kamera aufgenommenen ersten Bild,

- Ermitteln einer eine zweite Marke mit der Kamera verbindenden zweiten Standlinie durch Markieren einer zweiten Marke dem von der Kamera aufgenommenen ersten Bild oder in einem von der Kamera aufgenommenen zweiten Bild, und

- Bestimmen der Position des Wasserfahrzeugs mittels der ersten Standlinie und der zweiten Standlinie.

Die erste Marke und/oder die zweite Marke ist bevorzugt eine Landmarke. Alternativ kann die erste Marke und/oder die zweite Marke auch ein Fixstern oder ein Sternbild sein. Schließlich ist es möglich, ein Radarziel als erste Marke und/oder die zweite Marke zu verwenden.

Die erste Marke und die zweite Marke können bevorzugt auch identisch sein, wenn die Versegelungspeilung verwendet wird. Hierfür ist es unter Kenntnis von Fahrt und Kurs über Grund zwingend notwendig zwei Bilder in einem zeitlich voneinander getrennten Abstand aufzunehmen und in diesen Bildern dieselbe Marke zu markieren und dadurch den jeweiligen Richtungswinkel zu ermitteln. Bei dem Bild bzw. den Bildern kann es sich auch um Videobilder handeln.

Die erste Marke und die zweite Marke können schließlich auch im Rahmen einer Querab- Peilung im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das von der Kamera aufgenommene erste Bild und das von der Kamera aufgenommene zweite Bild mittels eines mechanischen, einer optomechani sehen, einer elektronischen und/oder einer informationstechnischen Bildstabilisierung stabilisiert. Insbesondere erfolgt die Bildstabilisierung derart, dass das von der Kamera aufgenommene Bild stets den Horizont erfasst und dadurch die für das Peilen notwendigen Landmarken erfasst sind. Die beim manuellen Peilen auftretenden Probleme während des Stampfens des Wasserfahrzeugs in schwerer See entfallen somit.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, wonach die erste Marke und/oder die zweite Marke durch Abgleichen mit in einer Datenbank, insbesondere in einer Bilddatenbank hinterlegten Marken automatisch markiert wird. Durch ein geeignetes Bildverarbeitungs- und Objekterkennungsverfahren können die von der Kamera aufgenommenen Bilder auf von der Kamera erfasste Objekte, die als Marken dienen, untersucht werden, sodass die Ortsbestimmung des Wasserfahrzeugs vollautomatisch erfolgen kann.

Zur Kalibrierung des Systems ist die optische Achse der Kamera (zunächst) in einem zur Längsachse des Wasserfahrzeugs bekannten Kamerawinkel ausgerichtet ist. Dieser Kamerawinkel kann auch auf ein als Bezugssystem verwendetes vorbestimmtes Koordinatensystem bezogen werden, dass das Koordinatensystem des Wasserfahrzeugs ersetzt.

Das Bestimmen der Position des Wasserfahrzeugs mittels der ersten Standlinie und der zweiten Standlinie kann unter Verrechnung eines vorbestimmten Bezugspunkts, beispielsweise der Schiffsmittelpunkts, erfolgen. Hierfür muss lediglich eine rechnerische Korrektur der Kameraposition im Verhältnis zum Bezugspunkt erfolgen, die vollautomatisch durchgeführt werden kann. Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die mittels Peilung bestimmte Position des Wasserfahrzeugs mit Positionsdaten eines weiteren, sich von der Peilung unterscheidenden Verfahrens zur Positionsbestimmung abgeglichen und bei Überschreitung einer vorbestimmten Toleranz ein Warnsignal ausgegeben wird.

Entsprechend ist zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung vorgesehen, die die für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Mittel zur Verfügung stellt. Insbesondere ist hierfür eine Vorrichtung für die Positionsbestimmung eines ein Ruderhaus aufweisenden Wasserfahrzeugs durch optische Peilung von wenigstens zwei Marken bekannter Position vorgesehen, mit

- wenigstens einer Kamera, deren optische Achse relativ zu einem vorbestimmten Koordinatensystem in einem bekannten Kamerawinkel ausgerichtet ist und eine wenigstens in der Horizontalen winkeltreue Auflösung aufweist,

- einem im Ruderhaus des Wasserfahrzeugs angeordneten, mit der Kamera verbundenen Monitor zur Wiedergabe des von der Kamera aufgenommenen Bilds, im Ruderhaus angeordneten Markierungsmitteln zum Markieren der Marken (Ml,

M2) in wenigstens einem von der Kamera aufgenommenen Bild, und

- Mitteln zum Ermitteln von die Kamera mit den Marken (Ml, M2) verbindenden Standlinien (Sl, S2) und zur Berechnung der Position des Wasserfahrzeugs (CS) mittels der Standlinien (Sl, S2).

Bevorzugt ist die Kamera außerhalb des Ruderhauses bzw. der Brücke angeordnet. Insbesondere ist die Kamera in einem Bereich des Wasserfahrzeugs angeordnet, der ohne Störung der Schiffsaufbauten einen 360°-Rundumblick gewährleistet, beispielsweise auf dem Dach der Kommandobrücke/Brücke bzw. des Ruderhauses.

Die Kamera weist aus den oben genannten Gründen bevorzugt eine mechanische, eine optomechanische, eine elektronische und/oder eine informationstechnische Bildstabilisierung auf.

Die Kamera kann - unter der Voraussetzung, dass eine winkeltreue Abbildung möglich ist - beispielsweise ein Fischaugenobjektiv aufweisen, wobei das durch das Fischaugenobjektiv aufgenommene Bild informationstechnisch entzerrt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Kamera bevorzugt als eine Mehrzahl von Kameras ausgebildet sein, wobei die Öffnungswinkel der Kameras höchst bevorzugt überlappend angeordnet sind, wobei Mittel zum Zusammensetzen eines einzigen Bilds aus der Mehrzahl von von den Kameras aufgenommenen Bildern vorgesehen sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bzw. die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung bedienen sich zu deren Verwirklichung einer computergestützten Einrichtung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit terrestrischer Navigation fahrenden Containerschiffs;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines von einer auf dem Containerschiff angeordnete Kamera aufgenommen Bilds; und

Fig. 3 eine schematische Ansicht des mit terrestrischer Navigation fahrenden Containerschiffs aus Fig. 1 mit eingezeichneten Standlinien.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines mit terrestrischer Navigation fahrenden Containerschiffs. Das Containerschiff CS befindet sich auf einem nördlichen Kurs entlang der Küstenlinie K in Sichtweite der ersten Landmarke Ml und der zweiten Landmarke M2.

Mittels einer an Bord des Wasserfahrzeugs CS angeordneten, eine winkeltreue Auflösung aufweisenden Kamera, deren optische Achse relativ zu einem vorbestimmten Koordinatensystem in einem bekannten Kamerawinkel, hier: 0°, ausgerichtet ist, wird das in Fig. 2 schematische dargestellte Bild aufgenommen. Das in Fig. 2 dargestellte Bild weist die nach 0° ausgerichtete optische Achse der Kamera aus, wobei die im Öffnungswinkel der Kamera liegende Umgebung abgebildet wird. Insbesondere sind im Bild die Landmarke Ml und die Landmarke M2 zu erkennen. Das Bild wird auf einem im Ruderhaus des Wasserfahrzeugs angeordneten, mit der Kamera verbundenen Monitor wiedergegeben, wobei der Navigator computergestützte Markierungsmitteln zum Markieren der Marken Ml, M2 in dem von der Kamera aufgenommenen Bild verwendet. Aufgrund der in diesem Fall manuell am Bildschirm vorgenommenen Markierung werden die die Kamera mit den Landmarken Ml, M2 verbindenden - in Fig. 3 dargestellten - Standlinien Sl, S2 ermittelt und die Position des Wasserfahrzeugs CS mittels der Standlinien Sl, S2 rechnergestützt ermittelt.

Alternativ kann die Erkennung und Markierung der Landmarken Ml, M2 softwaregestützt mittels einer eine Mehrzahl von Marken aufweisenden Datenbank erfolgen, sodass kein

Eingriff des Steuermanns notwendig ist. Dabei werden die Richtungswinkel, gegebenenfalls auf einen vorbestimmten Bezugspunkt im Bild angezeigt, sodass zusätzlich auch eine manuelle Eintragung der Richtungswinkel in eine Seekarte möglich ist.