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Safety Assessment of Maritime Autonomous Surface Ships: A Scenario-Based Approach

Hake, Georg und Austel, Anna und Becker, Jan Steffen und Putze, Lina und Wetzig, Nina (2025) Safety Assessment of Maritime Autonomous Surface Ships: A Scenario-Based Approach. 8th International Conference On Maritime Autonomous Surface Ships (ICMASS 2025), 2025-10-08 - 2025-10-09, Hamburg, Deutschland. (eingereichter Beitrag)

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Kurzfassung

Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) promise enhanced efficiency in shipping operations, but ensuring their safety presents significant challenges. Traditional distance-based testing, where safety is assumed after travelling a predetermined distance without incident, is impractical for MASS due to prohibitively large distance requirements. Drawing inspiration from the automotive domain, we apply scenario-based testing, where the space of operating conditions is divided into traffic scenarios. Scenario-based testing makes it possible to increase the efficiency of testing by specifically targeting high-risk scenarios. We employ maritime Traffic Sequence Charts (mTSCs) to formally specify test scenarios and corresponding requirements. Our approach encompasses three key elements. First, in a hazard analysis, risk-triggering scenario properties are systematically identified through expert-guided brainstorming and investigation of causal relationship. This results in abstract test cases and safety requirements, which are formally specified as mTSCs. In a second step, concrete test scenarios are generated for each abstract test case by converting mTSCs into mathematical SMT problems and solving these for vessel movements modelled as Bézier splines. Finally, runtime monitors derived from mTSCs are used to continuously evaluate requirement satisfaction during testing. We find that systematic hazard analysis, automated scenario generation, and runtime monitoring can successfully be applied to the verification of maritime systems. The formal specification enables automatic test execution and evaluation in both simulation and real-world environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216396/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Safety Assessment of Maritime Autonomous Surface Ships: A Scenario-Based Approach
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hake, Georggeorg.hake (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Austel, Annaanna.austel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8120-4915NICHT SPEZIFIZIERT
Becker, Jan Steffenjan.becker (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Putze, Linalina.putze (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7443-1191NICHT SPEZIFIZIERT
Wetzig, Ninanina.wetzig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Maritime Autonomous Surface Ships, Scenario-based Testing, Maritime Traffic Sequence Charts,
Veranstaltungstitel:8th International Conference On Maritime Autonomous Surface Ships (ICMASS 2025)
Veranstaltungsort:Hamburg, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 Oktober 2025
Veranstaltungsende:9 Oktober 2025
Veranstalter :DGON - German Institute of Navigation e. V.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FuturePorts
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Systems Engineering für zukünftige Mobilität > System Evolution and Operation
Institut für Systems Engineering für zukünftige Mobilität > Systems Theory and Design
Hinterlegt von: Hake, Georg
Hinterlegt am:18 Sep 2025 17:48
Letzte Änderung:18 Sep 2025 17:48

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