Digitalisation leap in marine radio

The world of work is changing rapidly through the use of artificial intelligence. There are many opportunities for its use, especially in the maritime environment.

Today's "digital" marine radio systems are a safety-relevant component and have a proven and robust technology that works reliably over long distances. They are therefore essential, as mobile radio networks are no longer available just a few kilometres from the coast.

Die Verbindungsqualität schwankt allerdings je nach Entfernung zwischen Sender und Empfänger sowie der Höhe der verwendeten Antennen und kann durch die vor Ort herrschenden Wetterbedingungen weiter beeinträchtigt werden. Dann „rauschen“ Funkgeräte und lärmender Schiffsbetrieb aus Antriebs-, Kühl- und Lüftungsanlagen sowie Seegang und Fahrtwind erschweren die Kommunikation zusätzlich. All dies kann im Seefunk problematisch und im schlimmsten Fall lebensbedrohlich werden.[ds_preview]

Bereits im Normalbetrieb ist eine schnelle und einfache Verständigung auf UKW zwischen den Seefunkstellen auf der Brücke oder im Funkraum an Bord und den Verantwortlichen in den Koordinationszentren an Land, den Küstenfunkstellen, von Bedeutung.

In Seenotfällen müssen als wesentliche Informationen der Schiffsname, die geografische Position und die konkret erforderliche Hilfe eindeutig und verständlich übertragen werden. Die dazu auf jedem Schiff eingesetzten UKW-Funkgeräte haben sich über Jahrzehnte bewährt und gehören deshalb nach dem Internationalen Übereinkommen zum Schutz des menschlichen Lebens auf See zur Ausrüstungspflicht größerer Schiffe. Um Missverständnissen zwischen Funkakteuren vorzubeugen, hat die Internationale Seeschifffahrtsorganisation IMO ein Regelwerk eingeführt, das standardisierte englischsprachige Redewendungen enthält. Allerdings werden diese nicht stringent genutzt. Zudem haben Besatzungsangehörige unterschiedlich ausgeprägte Englischkenntnisse und sprechen verschiedene Dialekte.

Fraunhofer-CML in Hamburg, Foto: Fraunhofer CML

Das Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen (CML) hat eine Spracherkennungssoftware entwickelt, die die Seefunkkommunikation vereinfachen und verbessern soll. Die Technologie mit dem Namen marFM wandelt mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) maritime Funksprüche in Text um. Das Herz von marFM ist die Datenbasis, die das Fraunhofer CML in den letzten Jahren aufgebaut hat und mit echten Funksprüchen „trainiert“ hat. Um die beschriebenen akustischen und sprachlichen Herausforderungen im Seefunkdienst zu überwinden, enthält die Spracherkennungstechnologie im Wesentlichen zwei Komponenten: Zum einen werden Funksprüche mit Hilfe von KI verlässlich transkribiert und chronologisch dokumentiert. Zum anderen kann durch den Einsatz von Funkpeilung der Absender eines Funkspruchs identifiziert und geortet werden.
Allen Beteiligten wird dadurch die jederzeitige Einsicht in den Gesprächsverlauf ermöglicht, was Missverständnisse vermeidet. Die Einsatzkräfte erhalten so verständlich und übersichtlich alle Informationen darüber, wer was wann und von wo gesendet hat. Sie können auf diese Weise vorausschauender agieren und zukünftig in Situationen, in denen ein Schiff keine Position über das automatische Identifikationssystem AIS übermittelt, schneller am Unglücksort sein.

Erprobung

Gemeinsam mit dem Fraunhofer CML hat das Vessel Traffic Service Center (VTS) Fintraffic, das zuständig ist für die gesamte finnische Küste, im Jahr 2023 ein Forschungsprojekt gestartet, bei dem der UKW-Seefunkverkehr rund um die Uhr in Echtzeit durch die Spracherkennungssoftware marFM in Text transkribiert wird. Im Mai 2024 wurde dann im VTS Helsinki ein Prototyp integriert, um damit die automatische Spracherkennung in der praktischen Anwendung zu testen und weiter zu erforschen. Bislang liegen noch keine Ergebnisse dieses Projekts vor.

Funkraum auf der Polarstern, Foto: AWI/Hannes Grobe

Zusätzlich entwickelt Fintraffic zeitgleich ein analytisches Dashboard, das Kontextinformationen auf Basis der Transkripte visuell darstellt. Dabei werden Funksprüche den Kategorien Information, Warnung und Ratschlag anhand bestimmter Schlüsselwörter wie pilot oder traffic zugeordnet. Im Rahmen dieser Entwicklung wird auch eine Grundlage für die Erstellung von Einweg-UKW-Sprechfunkdurchsagen geschaffen.

Auch durch die Bremer Leitstelle der Deutschen Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger (DGzRS) wurde in einem Forschungsvorhaben zwischen 2019 und 2022 die Automatische Transkription von UKW-Seefunkkommunikation zur Einsatzkoordination (Artus) getestet. Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten und vom Fraunhofer Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) begleiteten Projekts war es, ein mit künstlicher Intelligenz arbeitendes Spracherkennungssystem auf die geringe Sprachqualität des UKW-Seefunks zu trainieren, damit in Seenot geratene Menschen zukünftig schneller und zuverlässiger gefunden und gerettet werden können.
Aufgrund verschiedener technischer und betrieblicher Herausforderungen und pandemiebedingter Schutzmaßnahmen konnte das Artus-System bisher nur unter Laborbedingungen mit Demonstratoren getestet werden. Die Erprobung im realen Einsatz mit einem Prototyp steht noch aus, ist aber noch nicht terminiert. Dann wird sich erweisen, inwieweit die entwickelte Lösung in der Lage ist, die besonderen Herausforderungen auf See und in Küstennähe zu meistern. Die bisherigen Erkenntnisse sowie die positive Resonanz von Endnutzern wie DGzRS, Bundespolizei See, Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie und Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellschaft, bilden bereits jetzt eine solide Grundlage für die zukünftige Nutzung der Artus-Technologie in der Einsatzpraxis.

Funker in Dresden im Jahr 1978 an einem Teltow 215B, Foto: CC BY-SA 3.0 de

Die korrekte Interpretation und Verschriftlichung von Funksprüchen durch „trainiertes“, spezifisches Funkvokabular kann Schiffsführungen und Einsatzkräfte nachhaltig unterstützen, wenn die Software souverän mit Sprachdialekten und lauten Hintergrundgeräuschen gerade auch in Notsituationen fertig wird.

Diese vielversprechenden Entwicklungen verknüpfen maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz mit dem traditionellen Seefunk. Wurden im Bordbetrieb bisher überwiegend Arbeitsschritte automatisiert, beinhalten die derzeitigen KI-Projekte einen enormen Digitalisierungssprung auf eine neue, chancenreiche Ebene.

Klaus Klages