Een schip dat afwijkt van de gebruikelijke vaarroute, onverwachts vaart mindert of buiten de ankergebieden stil ligt: voor de kustwacht en douane is het essentieel om te weten wat zich op de wateren afspeelt, om patronen te herkennen en vooral afwijkingen hierop te kunnen vaststellen, zo legt kennismanager Joris van den Aker van ESI uit.

Op het water zijn meerdere instanties actief, elk met hun eigen taken en verantwoordelijkheden en gebruikmakend van diverse informatiesystemen, zoals radar, internet en het transpondersysteem AIS (Automatic Identification System). Voor een operator van de kunstwacht of douane is het niet te doen om al die gegevens direct te overzien, te analyseren, interpreteren en om, in geval van abnormaal en mogelijk gevaarlijk gedrag, snel te kunnen handelen. “Met behulp van een geautomatiseerde oplossing kunnen verantwoordelijke instanties sneller, gerichter en effectiever optreden”, aldus Van den Aker. “Dit als aanvulling op inspecties aan boord van schepen zoals die nu reeds plaatsvinden.”

Met Poseidon wil ESI komen tot een koppeling van op zee gebruikte databronnen tot een zogenoemd ‘system-of-systems, “dat we bovenal dynamischer, flexibeler en intelligenter willen maken dan de huidige systemen”, benadrukt Van den Aker. Zo moet een dergelijke kring van systemen niet alleen realtime de situatie op zee kunnen analyseren en visualiseren; ook moeten de deelnemende systemen onder meer veilig informatie kunnen uitwisselen, elkaar op betrouwbaarheid kunnen beoordelen en zelflerend zijn.

Van den Aker: “Beveiliging en veiligheid zijn op steeds meer terreinen, bijvoorbeeld voor defensie of het beheren van de openbare ruimte, cruciaal; je deelt niet zomaar informatie. Als je in een bepaald gebied bijvoorbeeld een risicoanalyse uitvoert, is het belangrijk om helder te hebben wie welke informatie wel of niet mag zien of aanleveren. Het onderzoek gaat daarom verder dan simpel systemen koppelen. Binnen Poseidon wordt een compleet systeemconcept ontwikkeld waarmee je een veiligheidsbeleid met bijbehorende protocollen kunt implementeren.”

Het onderzoek binnen Poseidon is gesplitst in drie hoofdlijnen: analyse van situaties en visualisatie hiervan, betrouwbare en veilige samenwerking tussen systemen, en integratie en acceptatie. Hieraan werken in totaal dertien onderzoekers (promovendi en postdocs) aan de TU/e, de TU Delft, de VU en UvA in Amsterdam en de Universiteit van Tilburg. Industriële partners zijn Thales en Noldus Information Technology.

Een Tilburgse onderzoeksgroep op het gebied van artificial intelligence maakt, met behulp van onder meer radarinformatie en AIS, analyses van situaties op zee. Ze verzamelen alle mogelijke data over de bewegingen van schepen, ordenen en structureren deze en zoeken afwijkende patronen daarin. Die gegevens worden doorgespeeld aan TU/e-promovendus ir. Niels Willems van de faculteit Wiskunde & Informatica, die (binnen de visualisatiegroep van prof.dr.ir. Jack van Wijk) deze kluwen van informatie met kaarten zichtbaar maakt. Hiervoor wordt gewerkt met dichtheidskaarten van de scheepvaart, die op een beeldscherm als achtergrond kunnen worden gebruikt waar overheen de huidige positie van schepen met bewegende symbolen wordt weergegeven. “Als er schepen zijn die zich buiten het gekleurde gedeelte van de kaart bevinden, doen ze iets wat ze normaal gesproken niet doen en zouden ze verdacht kunnen zijn”, legt Willems uit.

Voor de tweelaags kaarten, waarbij de actuele situatie als het ware over de kaart met normale bewegingen heen wordt gezet, wordt gewerkt met convolutie: het uitsmeren van inkt. Zo komt er op plekken waar langzaam gevaren wordt, bijvoorbeeld meer inkt op de kaart dan waar sneller gevaren wordt. Willems: “Bij goed weer zien de scheepsbewegingen er netjes en geordend uit. Maar bij slecht weer, wanneer schepen door wind bijvoorbeeld niet meer in rechte banen kunnen varen, verandert hun gedrag behoorlijk”.

Volgens Van den Aker van ESI is het belangrijk om eventuele afwijkingen snel -sneller dan nu mogelijk is- te kunnen analyseren. “Stel dat een bepaald schip opeens stil ligt, daarna verder vaart en er vlak daarna op dezelfde plek een ander schip stopt; dat zou kunnen betekenen dat er op die plaats smokkelwaar is achtergelaten. Het systeem moet dergelijke bewegingen kunnen herkennen als potentieel gevaarlijk.”

Voor de tweede onderzoekslijn wordt onderzoek gedaan naar betrouwbare en veilige samenwerking tussen systemen. “Verschillende systemen hebben verschillende soorten informatie in beheer”, aldus projectleider drs. Frans Reckers van ESI. “Als die systemen gaan samenwerken, moeten ze elkaar kunnen beoordelen op hun betrouwbaarheid.”

Hieraan wordt gewerkt in zowel Amsterdam als Eindhoven. Informatici van de hoofdstedelijke Vrije Universiteit en UvA werken aan lerende systemen die, net als mensen, in staat zijn betekenis te geven aan bepaalde gegevens. Van den Aker: “Op de radar geeft een schip doorlopend piepjes om aan te geven waar het zich bevindt; om zijn richting aan te geven en te laten weten dat het bijvoorbeeld een bocht maakt, remt of juist versnelt. Uit al die gegevens wil je patronen kunnen halen: welke boten vertonen welk gedrag, kun je op basis van alleen die data bijvoorbeeld herkennen dat het om een veerboot gaat in plaats van om een olietanker? Verbanden leggen en interpreteren; die menselijke ervaringsfactor willen we toevoegen aan het systeem”.

Binnen de Eindhovense securitygroep van prof.dr. Sandro Etalle werkt Daniel Trivellato MSc aan het beschermen van gevoelige informatie en het garanderen dat alleen partijen die dit mogen, deze informatie volgens de geldende security policies kunnen krijgen. Hierin zijn regels opgenomen zoals dat de positie van een schip alleen door NATO-kustwachtcontroleurs mag worden gezien en ladinginformatie bijvoorbeeld alleen door officieren van NATO-landen. Een complicatie hierbij is dat verschillende landen verschillende termen gebruiken voor een functie als ‘officier’, met nét verschillende betekenissen - terwijl een eenduidige betekenis voor gebruik in security policies van cruciaal belang is. De TU/e-groep werkt hiervoor, samen met onderzoekers van de Amsterdamse VU, aan het combineren van security policies met zogeheten ontologieën: beschrijvingen van concepten en relaties tussen deze concepten.

Het derde hoofdthema binnen Poseidon is integratie en acceptatie. Projectleider Reckers: “Het is belangrijk dat de samenstelling van een kring van systemen dynamisch kan veranderen. Nieuwe systemen kunnen worden opgenomen terwijl andere systemen stoppen, dit alles op een goed georganiseerde en soepele manier. Onderzoekers in Delft ontwikkelen hiervoor onder andere een teststrategie, waarmee ze bijvoorbeeld al hebben laten zien dat je online nieuwe systemen kunt linken, terwijl het hoofdsysteem gewoon doorfunctioneert.” Een ander deel van dit onderzoek richt zich op systemen die zichzelf onderzoeken; die, terwijl het systeem blijft draaien, zelf checken of alles nog naar behoren functioneert.

Dr.ir. Arjan Mooij houdt zich binnen de TU/e-onderzoeksgroep Architecture of Information Systems van prof.dr.ir. Wil van der Aalst bezig met de integratie van systemen die technisch gezien niet voor elkaar ontworpen zijn. “Zo’n integratie kan nieuwe toepassingen mogelijk maken, maar dan moet er wel eerst een adapter op maat ontwikkeld worden. Wij onderzoeken en ontwikkelen verschillende methoden om zulke adapters sneller te ontwikkelen”, vertelt de postdoc. Zo wordt onder meer gekeken naar het integreren van een maritieme AIS-receiver met GoogleEarth. “GoogleEarth toont dan de ontvangen AIS-data met informatie over schepen, zoals positie, snelheid, naam en bestemming. Voor deze integratie moeten veel onderlinge verschillen overbrugd worden, variërend van de datatypes tot het communicatiegedrag.”

Voor het Poseidon-project, dat in 2007 van start ging, is ruim acht miljoen euro beschikbaar vanuit het nationaal stimuleringsprogramma Bsik. Het project is opgedeeld in fases van steeds een half jaar; tussentijds komen alle betrokkenen samen om te overleggen, samenwerking af te stemmen, resultaten te presenteren en de agenda en doelstellingen voor de komende periode vast te stellen.

Einddoel is om in 2011 een werkend prototype te hebben van een system-of-systems met daarin geïntegreerd nieuwe technologieën waarmee de veiligheid en beveiliging op zee kunnen verbeteren. De industrie, zoals de betrokken bedrijven Thales en Noldus, kan de resultaten gebruiken bij het ontwikkelen van veiligheid en beveiligingssystemen in allerlei toepassingen, aldus Van den Aker./.

Zie ook www.esi.nl (Projects/Poseidon) en www.win.tue.nl/~cwillems/