Transfer of autonomous mapping concepts to a small uncrewed surface vehicle

Approximately 70 % of the Earth’s surface is comprised of water, yet our understanding of its rivers, lakes and especially its oceans remain surprisingly limited. By employing state-of-the-art mapping technologies, uncrewed vessels can efficiently survey underwater terrain and gather valuable data, thereby reducing operational time and costs significantly. This paper examines the adaptation of autonomous mapping principles to a compact, uncrewed autonomous surface vessel (ASV), demonstrating practical applications for aquatic data gathering. Particular emphasis is placed on the bathymetry data obtained through the use of the ASV, exemplifying its potential to offer precise underwater terrain maps, which are indispensable for comprehensive environmental monitoring, authorities and scientific research. The results demonstrate successful multi-domain mapping of various inland water environments, including harbours and lakes, using a compact ASV equipped with algorithms from Fraunhofer IOSB’s Autonomy Toolbox (ATB). Additionally, the study achieved effective sensor fusion of geo-referenced LiDAR, sonar and camera data, providing a comprehensive hydrographic dataset for detailed environmental analysis. We find that autonomy functions of ASVs are already suitable for practical use; however, manual verification cannot be entirely eliminated yet.

autonomy | mapping | obstacle | sonar | autonomous surface vessel – ASV

Etwa 70 % der Erdoberfläche bestehen aus Wasser, doch unser Wissen über die Flüsse, Seen und insbesondere die Ozeane ist erstaunlich begrenzt. Durch den Einsatz modernster Kartierungstechnologien können unbemannte Schiffe das Unterwassergelände effizient vermessen und wertvolle Daten sammeln, wodurch sich die Betriebszeit und -kosten erheblich verringern. In diesem Beitrag wird die Anpassung der Prinzipien der autonomen Kartierung an ein kompaktes, unbemanntes Oberflächenfahrzeug (USV) untersucht, um praktische Anwendungen für die Datenerfassung unter Wasser zu erläutern. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Bathymetriedaten, die durch den Einsatz des ASV gewonnen werden, um das Potenzial für präzise Unter-Wasser-Geländekarten zu verdeutlichen, die für eine umfassende Umweltüberwachung, für Behörden und die wissenschaftliche Forschung unerlässlich sind. Die Ergebnisse zeigen, dass ein kompaktes ASV, das mit Algorithmen aus der Autonomy Toolbox (ATB) des Fraunhofer IOSB ausgestattet ist, erfolgreich eine Multidomänenkartierung verschiedener Binnengewässer, einschließlich Häfen und Seen, durchführt. Darüber hinaus wurde in der Studie eine effektive Sensorfusion von georeferenzierten LiDAR-, Sonar- und Kameradaten erreicht, die einen umfassenden hydrographischen Datensatz für detaillierte Umweltanalysen liefert. Wir stellen fest, dass die Autonomiefunktionen von ASVs bereits für den praktischen Einsatz geeignet sind; die manuelle Verifizierung kann jedoch noch nicht vollständig eliminiert werden.

Autonomie | Kartierung | Hindernis | Sonar | autonomes Überwasserfahrzeug

• Ausgabe: HN 129, Seite 20–29
• DOI: 10.23784/HN129-03
• Autor/en: Tom Schmidt, Jan Witte, Uwe Lichtenstein, Angelika Zube, Philipp Woock

HyFiVe: hydrography on fishing vessels
A new monitoring system enables cost effective and scalable ocean monitoring

Whether for modelling climate change or understanding fish stocks, ocean data is essential across many disciplines. Traditionally, such data has been collected by research vessels, which are costly and limited in scope. To enhance data resolution, the concept of ships-of-opportunity presents a scalable alternative, utilising vessels originally financed for non-scientific purposes. Fishing vessels, in particular, offer unique advantages as they operate in deep waters, allowing access to the entire water column for attached measuring systems. We developed a highly flexible, autonomous measuring system within the HyFiVe project over the past three years. This system comprises three main components: a sensor carrier mounted on fishing gear for underwater data collection, a deck unit for geo-referencing and data transfer, and an onshore server for automatic quality control and data storage. In this article, we provide an overview of the HyFiVe measuring system, summarise the results of measurement campaigns to date, and discuss the system’s benefits to the community.

hydrography | monitoring system | ships of opportunity | open source | citizen science | future fishery

Ob für die Modellierung des Klimawandels oder das Verständnis von Fischbeständen – Meeresdaten sind für viele Disziplinen unerlässlich. Traditionell werden solche Daten von Forschungsschiffen gesammelt, die kostspielig und in ihrer Reichweite begrenzt sind. Um die Datenauflösung zu verbessern, stellt das Konzept der Ships of Opportunity eine skalierbare Alternative dar, bei der Schiffe eingesetzt werden, die ursprünglich für nicht-wissenschaftliche Zwecke finanziert wurden. Insbesondere Fischereifahrzeuge bieten einzigartige Vorteile, da sie in tiefen Gewässern operieren und den Zugang zur gesamten Wassersäule für die angebrachten Messsysteme ermöglichen. Im Rahmen des HyFiVe-Projekts haben wir in den vergangenen drei Jahren ein hochflexibles, autonomes Messsystem entwickelt. Dieses System besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Sensorträger, der an einem Fanggerät für die Datenerfassung unter Wasser angebracht ist, einer Deckseinheit für die Georeferenzierung und Datenübertragung sowie einem Server an Land für die automatische Qualitätskontrolle und Datenspeicherung. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über das HyFiVe-Messsystem, fassen die Ergebnisse der bisherigen Messkampagnen zusammen und diskutieren den Nutzen des Systems für die Gemeinschaft.

Hydrographie | Überwachungssystem | Nicht-Forschungsschiffe | Open Source | Bürgerwissenschaft | Fischerei der Zukunft

• Ausgabe: HN 129, Seite 12–18
• DOI: 10.23784/HN129-02
• Autor/en: Andreas Hermann, Frederik Furkert, Mathis Björner, Michael Naumann, Daniel Stepputtis, Martin Gag, Stanislas Klein

Hydro Portal
Enhancing hydrographic data management in the Port of Hamburg

The Port of Hamburg has experienced significant modernisation in hydrographic data processing and presentation through the development of the Hydro Portal. This web-based platform, which provides an integrated view of harbour operations, is the result of collaboration between the Hamburg Port Authority (HPA) and Hamburg-based software company SenseLabs. The Hydro Portal serves as an efficient interface to ¬Teledyne Geospatial’s Caris Bathy DataBASE, providing access to HPA’s more than 30,000 survey data records, expanding daily.

hydrographic data management | digital transformation in maritime operations | collaborative software development | user-centred design | GIS | cloud technology

Der Hamburger Hafen hat durch die Entwicklung des Hydro Portals eine bedeutende Modernisierung in der Verarbeitung und Darstellung hydrographischer Daten erlebt. Diese webbasierte Plattform, die einen integrierten Überblick über den Hafenbetrieb bietet, ist das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen der Hamburg Port Authority (HPA) und dem in Hamburg ansässigen Softwareunternehmen SenseLabs. Das Hydro Portal dient als effiziente Schnittstelle zur Caris Bathy DataBASE von Teledyne Geospatial und liefert somit den Zugang zu über 30 000 Peildatensätzen, deren Anzahl täglich wächst.

hydrographisches Datenmanagement | digitale Transformation im maritimen Bereich | kollaborative Softwareentwicklung | nutzerzentriertes Design | GIS | Cloud-Technologie

• Ausgabe: HN 129, Seite 6–11
• DOI: 10.23784/HN129-01
• Autor/en: Marylou Gentilhomme, Frank Josuttis-Köster, Michael Kowalczyk, Jasmin Wellnitz

Werner Nicola ist tot

Im Jahr 1971 hat Werner Nicola seine erste Firma gegründet, aus der sich dann die heutige Nicola Engineering GmbH entwickelt hat. Schon bald standen erste Gewässervermessungsaufträge an, was dazu führte, dass Werner Nicola bereits 1984 – im Gründungsjahr – Mitglied der DHyG wurde. Nun ist er mit nur 78 Jahren verstorben.

Werner Nicola founded his first company in 1971, which then developed into today’s Nicola Engineering GmbH. It wasn’t long before the first water surveying contracts were lined up, which led to Werner Nicola becoming a member of the DHyG in 1984, the year it was founded. He has now passed away at the age of 78.

• Ausgabe: HN 128, Seite 58
• DOI: 10.23784/HN128-10
• Autor/en: Andres Nicola

Auf welche Weise wird das maritime Ökosystem durch Weltkriegsmunition beeinflusst?

Bei diesem Beitrag handelt es sich um eine Facharbeit aus dem Jahr 2022. Der Autor besuchte damals die 10. Klasse des Gymnasiums Reutershagen in Rostock. Für seine Facharbeit erhielt er den Anerkennungspreis des 20. Schüler¬projekt¬wett¬bewerbs »Schüler staunen …« in Mecklenburg-Vorpommern, der im Juni vergeben wurde. Wir veröffentlichen Auszüge der insgesamt 38-seitigen Facharbeit.

Ökosystem Meer | Verklappung | Munition Compounds | Bergung | Entsorgungsplattform

This article is a project paper from the year 2022, when the author was in year 10 at Reutershagen Grammar School in Rostock. He received the recognition prize of the 20th student project competition »Schüler staunen …« in Mecklenburg-Vorpommern, which was awarded in June. We are publishing extracts from the 38-page project paper.

marine eco system | dumping | munition compounds | salvage | disposal platform

• Ausgabe: HN 128, Seite 55–57
• DOI: 10.23784/HN128-09
• Autor/en: Arian Wulf