Wie in einigen Sportdisziplinen wie Skifahren, Radfahren, Kajakfahren oder sogar im Motorsport ist die Berechnung der Wegoptimierung auch im Segelsport ein Schlüsselelement zur Leistungsverbesserung und zur Minimierung der Zeit für eine festgelegte Distanz eines Rennens. Zur Unterstützung der Schweizer Seglerinnen und Segler wird in diesem Projekt ein daten-basiertes Optimal-Routing-Tool auf Basis von regel-basierter KI entwickelt und getestet. 

Beim Segeln wird die Zeitoptimierung der Isochronen-Berechnungsmethodik verwendet, um den kürzesten Weg zu erhalten. Dieser Prozess wird mit den «Polaren» (Geschwindigkeit in Funktion von Windgeschwindigkeit und -winkel, Wellen und Strömung) des Bootes durchgeführt, um die kürzeste Route auf einem Windfeld, den Seezustand sowie die vorhergesagten und zeitabhängigen Daten der Meeresströmung zu berechnen. Diese deterministische und parametrische Methodik wird für Open-Water-Rennen zunehmend zuverlässiger, während sich die Vorhersagemodelle verbessern und auch die Polare verfeinert werden.

Leider bringt diese Methodik im Massstab des olympischen Segels keinen Vorteil, da die höchste räumliche Auflösung der Vorhersage mit der Grösse der Rennstrecken vergleichbar ist und die feinste Zeitauflösung vierfach grösser ist als die Wettkampfzeit. Ausserdem wird diese höchste Auflösung bereits durch numerische Verschachtelungsmethoden aus globalen Modellen erzielt, weshalb sie von der Realität abweichen und einen «Garbage in – Garbage Out»-Effekt erzeugen kann.

Das Ziel ist es, eine standortfreie und skalierbare Methode zu entwickeln, um die Robustheit optimaler Routings in Bezug auf variable Schwankungen wie Bootstyp, Wind, Wellen, Strömung und Kursgeometrie zu identifizieren. Dieses Ergebnis ist entscheidend für die Rennstrategie.

In den vergangenen Jahren hat Swiss-Sailing solide Kompetenzen in Bezug auf Wind- und aktuelle Datenanalyse einschliesslich Mustererkennung entwickelt und ist zuversichtlich, dass es möglich ist, Wind-Vektorfelder ausgehend von realen Daten zu rekonstruieren.

In der Vergangenheit hat Swiss-Sailing ausgerüstete Motorboote verwendet, um Wind- und Driftmarkierungen für Strömungen zu messen. In diesem Projekt wird beabsichtigt ein Datenraster mit der neuen Generation robotischer Instrumentenmarkierungen zu erstellen, die Wind, Wellen und Strömung erfassen können. 

Alle mathematischen Methoden und Messinstrumente stehen zur Verfügung, um das Ziel des Forschungsprojekts (Kooperation von Swiss-Sailing, CNR und FH Graubünden) zu erreichen; die Hauptherausforderungen liegen in den Umweltbedingungen und der Anwendung des Verfahrens beim olympischen Segeln. Das entwickelte Optimal-Routing-Werkzeug soll bereits bei den Vorbereitungen zu den Olympischen Spielen in Los Angeles und letztlich bei den Spielen selber zum vollen Einsatz kommen.

Wir haben das Optimal-Routing-Problem, das man auch als Entscheidungs-Problem auffassen kann, auf ein hochdimensionales nichtlineares Optimierungs-Problem mit zahlreichen Nebenbedingungen abgebildet. Dabei werden gemessene zeitlich-variierende lokale Wind-Daten mit einbezogen. Eine regelbasierte KI löst das Optimierungs-Problem schnell und sicher. Validierungen der identifizierten optimalen Routen erfolgten durch Vergleich mit GPS-Messungen der Routen von Spitzen-Athletinnen und -Athleten im Wettkampf.

Beteiligte

Swiss-Sailing
CNR, Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Rom, Italien