FleetMon in der Forschung: Verwendung von AIS-Daten zur Bestimmung der Stärke von niederfrequenten Schiffswellen

FleetMon unterstützt derzeit das Forschungsprojekt von Dr. Alexandra Muscalus vom Georgia Institute of Technology ("Georgia Tech") in Atlanta, Georgia. Sie nutzt AIS-Daten von FleetMon, um die Auswirkungen von niederfrequenten Schiffswinden auf Küstenlinien im Fernfeld zu untersuchen.

Dr. Alexandra Muscalus hat gerade ihre Promotion im Studiengang Ocean Science & Engineering an der Georgia Tech abgeschlossen und plant eine Karriere in der Forschung im Bereich Küsteningenieurwesen. Ihr Ziel war es, herauszufinden, wo sich tieffrequente Schiffswellen aus der Fahrrinne ausbreiten, wie weit entfernt von der Fahrrinne ihre hydrodynamische Signatur nachgewiesen werden kann und wie viel Energie sie zu den Küstenlinien im Fernfeld beitragen. Niederfrequente Schiffswellen sind wichtig, weil sie Erosion verursachen, die öffentliche Sicherheit gefährden, Küstenstrukturen beschädigen und Küstenökosysteme beeinträchtigen können, die empfindlich auf Hydrodynamik reagieren, sagt sie.

Zusammenfassung des Projekts

In diesem Projekt wird die Ausbreitung niederfrequenter Schiffswellen von einem Schifffahrtskanal in ein "Fernfeld"-System verbundener sekundärer Gezeitenwasserstraßen verfolgt. Druck- und Geschwindigkeitssensoren werden sowohl im Hauptschifffahrtskanal als auch im Fernfeldnetz eingesetzt, und AIS-Daten werden aus mehreren Quellen kombiniert, um hochauflösende Schiff Spuren für den Schiffsverkehr im Kanal zu erstellen. Die Spuren werden verwendet, um die genauen Zeitpunkte zu ermitteln, zu denen große Schiffe mehrere Quellpunkte oder Unterbrechungen in der Schifffahrtsrinne passieren, die eine Ausbreitung von Wirbelschleppen in das Fernfeld ermöglichen können. Die lineare Langwellentheorie wird dann angewandt, um vorherzusagen, wann die Nachlaufströmung, die sich auf verschiedenen Wegen durch das Netz ausbreitet, voraussichtlich die Messstellen im Fernfeld erreicht. Diese Vorhersagen werden mit den gemessenen Zeitreihen verglichen, um zu bestätigen, welche Quellpunkte und Pfade tatsächlich Nachlaufströmungen übertragen. Die Studie zeigt, dass sich die Nachlaufströmung an allen untersuchten Quellpunkten aus der Fahrrinne heraus ausbreitet und sich mindestens 11 km von der Fahrrinne entfernen kann.

Projekt-Hintergrund

Das niederfrequente Kielwasser von Schiffen, das manchmal auch als "primäres Kielwasser" oder "Absenkung und Schwall" bezeichnet wird, ist ein 1 bis 3 Minuten dauernder Mini-Tsunami-ähnlicher Kielwassereffekt, der an den Küsten in der Nähe von Fahrrinnen entsteht. Eine frühere Studie, die ich im Rahmen meiner Doktorarbeit durchgeführt habe, ergab, dass die niederfrequente Schiffswelle die dominierende Quelle hydrodynamischer Kräfte in der Nähe einer schnell erodierenden Uferlinie entlang der Fahrrinne des Savannah River in Georgia ist. In dieser Studie wurde auch festgestellt, dass das Kielwasser von Schiffen die dominierende Kraftquelle auf der Rückseite einer Insel ist, die dem Schifffahrtskanal zugewandt ist, was bedeutet, dass die Kielwassereffekte über die Uferlinie des Schifffahrtskanals hinausgehen. In Anbetracht der relativen Bedeutung der mit dem Kielwasser verbundenen Energie wurde eine Folgestudie durchgeführt, um die Quellen und das Ausmaß der sich außerhalb der Fahrrinne ausbreitenden niederfrequenten Schiffswellen zu untersuchen.

Welche Daten haben Sie von FleetMon erhalten?

Ich erhielt Schiff Position, Zeit, Geschwindigkeit, Abmessungen und Identifikationsnummern während des Zeitraums, in dem ich Feldmessungen durchführte. Ich kombinierte die bereitgestellten Daten mit anderen AIS-Quellen, um sehr hochauflösende Schiffsspuren zu erstellen. Auf diese Weise konnte ich genau bestimmen, wann jedes Schiff die einzelnen "Quellpunkte" passierte, was im Wesentlichen der Startzeit des Ausbreitungsprozesses von dieser Quelle aus entspricht. Die Ermittlung genauer Startzeiten war entscheidend für die erfolgreiche Verfolgung der Wirbelschleppenausbreitung durch das Fernfeld-Wasserstraßennetz und die Verknüpfung der Hydrodynamik im Fernfeld mit dem Verkehr auf Schiff in der Fahrrinne.

Welche Herausforderungen gab es?

Ursprünglich erwarteten wir nur einen Quellpunkt: einen Bruch im Kanal direkt neben dem Fernfeld-Wasserstraßennetz. Unsere Feldmessungen ergaben jedoch, dass das Wake das Fernfeld auch von zwei weiteren Quellpunkten erreichte, die beide mehrere Kilometer flussaufwärts/flussabwärts vom Haupteingang des Netzes lagen. Da das Fernfeld aus einem Netz miteinander verbundener Wasserstraßen bestand, gab es außerdem mehrere mögliche Ausbreitungspfade von jeder Quelle. Dadurch wurde die Vorhersage, wann die Heckwelle eines bestimmten Schiffes die Fernfeld-Instrumente erreichen würde, noch komplexer. Bei dem von uns untersuchten Netzwerk konnte jede Passage von Schiff bis zu vier Nachläufe im Fernfeld erzeugen.

Was ist die Schlussfolgerung?

Niederfrequentes Kielwasser breitet sich leicht aus den Unterbrechungen der Fahrrinne heraus und in ein weiträumiges Wasserstraßennetz aus. Sie kann sich über mindestens 11 km ausbreiten, was der räumlichen Ausdehnung der Studie entspricht, und ihre Fernfeldleistung an der Küste ist mit der von Gezeitenströmungen vergleichbar.

Diese Veröffentlichung wurde zum Teil durch einen institutionellen Zuschuss (NA18OAR4170084) des National Sea Grant Office, National Oceanic and Atmospheric Administration, U.S. Department of Commerce, an das Georgia Sea Grant College Program unterstützt. Alle Ansichten, Meinungen, Erkenntnisse, Schlussfolgerungen und Empfehlungen, die in diesem Material geäußert werden, sind die des Autors/der Autoren und geben nicht unbedingt die Meinung des Georgia Sea Grant College Program oder der National Oceanic and Atmospheric Administration wieder.

Forschung und Entwicklung bei FleetMon

Bei FleetMon haben wir nicht nur die weltweit erste Schiffsdatenbank geschaffen, sondern wir haben auch eine große Leidenschaft für Forschung und Entwicklung. Wir motivieren Wissenschaftler, Institute und Universitäten, unsere leistungsstarken und maßgeschneiderten API-Lösungen zu nutzen und bieten Zugang zu unserer historischen Schiffspositionsdatenbank.

Die Bereitstellung von AIS-Daten ist für Forschungsprojekte auf der ganzen Welt von großer Bedeutung. Wir werden Sie weiterhin über Alexandras Forschung auf dem Laufenden halten.