RISE har i samarbete med Sjöfartsverket, Chalmers tekniska högskola och SEAMADE, undersökt kraven och formulerat visioner för framtidens farleder i en tid präglad av snabb teknologisk utveckling, digitalisering och ökade krav på hållbarhet. Målet är att skapa en robust, säker och miljövänlig transportinfrastruktur som stödjer sjöfarten och kan hantera såväl konventionella som autonoma fartyg i en dynamisk och uppkopplad miljö.

Två varianter på visioner för framtidens farleder har formulerats, en för en nära framtid där idag existerande fartyg kan nyttja den nya tekniken och en längre fram, där nya stöd för navigationen kan antas finnas installerade ombord i större utsträckning.

Vision 2030 – Smarta farleder    Den första visionen fokuserar på att integrera befintlig teknik med nya digitala lösningar. Den "smarta farleden" är utformad för att säkerställa säker navigering för fartyg med varierande teknologiska nivåer.

• Navigationstjänster: Trafikstyrningssystem där VTS tar en central roll för att hantera ökade trafikvolymer och trängre farvatten. Fjärrstyrda lotsningar förväntas bli vanliga i lågriskscenarier, vilket reducerar behovet av fysiska lotsbordningar.
• Digitalisering: S-100-produkter, såsom dynamiska sjökort med uppdaterad information om vattenstånd, strömmar och djup, möjliggör mer effektiv ruttplanering och navigering.
• Virtuella sjömärken: Dessa kompletterar eller ersätter fysiska märken för att minska underhållsbehov och förbättra flexibiliteten i farleden.
• Hållbara sjösäkerhetsanordningar: Underhållsfria fyrar och bojar som drivs av förnybar energi, inspekteras av drönare och är utrustade med självdiagnostik introduceras för att minska kostnader och miljöpåverkan.
• Miljö- och trafikövervakning: Sensorer och drönare används för att mäta utsläpp, undervattensbuller och trafikmönster, vilket stödjer en transparent och hållbar hantering av farlederna.

Vision 2045 – Autonoma och hållbara farleder    I denna vision blir digitalisering och automation centrala för att hantera de ökade kraven på effektivitet och hållbarhet. Viktiga framsteg omfattar:

• Autonoma fartyg: Fartyg med hög grad av automation eller full autonomi blir vanliga. Virtuella navigationshjälpmedel och augmented reality (AR) används för att förmedla realtidsinformation till fartygens navigationssystem.
• Dynamiska farleder: Farledens utformning anpassas i realtid till aktuella förhållanden, inklusive väder, trafik, vattenstånd och fartygsspecifika parametrar som djupgående och manöverförmåga. Detta ökar säkerheten och optimerar utnyttjandet av farleden.
• Full uppkoppling: Ett sömlöst kommunikationssystem mellan land, fartyg och farledsobjekt etableras, där 5G och GNSS spelar en central roll.
• Miljöanpassningar: Farledsdesign fokuserar på att minska undervattens-buller, förbättra vattenkvalitet och skapa möjligheter för marina ekosystem att frodas. Utsläpp från fartyg övervakas kontinuerligt, och farledsavgifter kopplas till miljöpåverkan.

Dynamiska farleder och teknologiska innovationer. Ett av de mest framstående koncepten är möjligheterna med dynamiska farleder, där farbara ytor optimeras baserat på rådande omständigheter och fartygens förutsättningar. Genom simuleringar i Seamades ShipAndFairwaysII-program har flera scenarier testats för att visa hur dynamiska farleder kan förbättra säkerhet, effektivitet och minskade emissioner till luft. Resultat från simuleringarna:

• Fartyg med olika djupgående och storlek kan samtidigt använda samma farled utan att kompromissa med säkerheten.
• Dynamiska farledsytor anpassas i realtid för att minska energiförbrukning och miljöpåverkan.
• Virtuella navigationshjälpmedel, förstärkta av AR, förbättrar navigatörernas situationsmedvetenhet.
• Alternativa rutter analyserades för att identifiera möjligheter till optimering av bränsleförbrukning och transporteffektivitet.

Underhåll och miljöperspektiv. Infrastrukturhållaren Sjöfartsverkets Farledsservice har formulerat en vision med ambitionen att minska underhållsbehovet för farledsinfrastruktur genom tekniska innovationer och digitalisering. Underhållsfria sjösäkerhetsanordningar, som inspekteras med hjälp av drönare och självdiagnostik, förväntas förlänga livslängden på infrastrukturen och minska kostnaderna.Miljöperspektivet är integrerat i alla delar av visionen. Kontinuerlig övervakning av fartygens utsläpp och undervattensbuller är en del av farledens standardfunktioner. Resultaten publiceras öppet för att uppmuntra redare och befraktare att satsa på hållbara lösningar. Dessutom förväntas nya bränslen och framdrivningsmetoder, såsom eldrift och vindassistans, minska sjöfartens totala klimatpåverkan.

Slutsatser och rekommendationer Framtidens farleder måste vara flexibla, möta höga tekniska behov och miljöanpassade. För att möta dessa krav krävs:

1. Implementering av dynamiska farleder: Realtidsoptimering av farledsytor för att öka säkerhet och effektivitet.
2. Utbyggnad av digital infrastruktur: S-100-standarder och full uppkoppling mellan fartyg och landcentraler.
3. Hållbarhet i fokus: Reducerade utsläpp, minskad miljöpåverkan och anpassning till klimatförändringar.
4. Stöd för autonoma fartyg: Farledsinfrastrukturen måste kunna hantera fartyg med varierande grader av automation.

Nästa steg innefattar ytterligare simuleringar, tester av tekniska lösningar i verkliga miljöer och ökat samarbete mellan industri, myndigheter och forskningsinstitut för att förverkliga visionen om framtidens farleder.

This study has been funded by the Swedish Transport Administration Research and Innovation for maritime matters. It has carried out by RISE Research Institutes of Sweden, Maritime department together with Chalmers University of Technology, department of Mechanics and Maritime and SEAMADE consultancy. The aim has been to present a vision for a Fairway for the future with regards to utilizing a greater degree of digitalization and connectivity that will facilitate a more robust, safe and environmentally sustainable service for shipping infrastructure. It should allow the safe operation of both conventional and various degrees of autonomous ships.Two visions are presented; one for a near future where ships with existing technology level and equipment can operate and use new services, and one for a future where new technologies for navigational support are more widely available.

Vision 2030 – The connected fairway and route    The first vision focuses on integrating current technologies with new digital solutions. The connected fairway and route is designed to ensure safe navigation for ships with various levels of digitalization.

• Navigational services: Traffic management system where the VTS stations will have a larger role in handling and coordinating the anticipated increased amount of traffic and more congested fairways. Remote pilotage is assumed to be common option in low risk areas, reducing the need for physical pilot boardings.
• Digitalization: S-100 chart services, such as dynamic sea charts with updated information on actual seawater levels, currents and depths, allowing more efficient route planning and navigation.
• Virtual aids to navigation: Virtual AtoNs will add to or replace physical aids to reduce the need for maintenance and improve the flexibility of the fairways.
• Sustainable AtoN: Maintenance-free lights and buoys powered by renewable energy, inspections carried out by drones rather than requiring physical visits and equipped with self-diagnostic tools to reduce costs and environmental impacts.
• Environmental and traffic monitoring: Sensors and drones are used to measure emissions, underwater radiated noise (URN) and traffic patterns, supporting a transparent and sustainable usage of the fairways.

Vision 2045 – Autonomous and sustainable fairways    Digitalization and automation become key aspects to handle the increased demands for efficiency and sustainability. Important steps include:

• Autonomous ships: Vessels with a high degree of automation or fully autonomous are assumed to be common. Virtual aids to navigation and augmented reality (AR) tools are used to communicate real-time information to onboard navigational systems.
• Dynamic fairways: The fairways will be adjusted in real time to account for actual states, including for weather, traffic, water levels and ship specific parameters such as draft and manoeuvrability. This will increase safety and optimize the usage of the fairways.
• Full connectivity: Seamless communication between shore, ship and fairway objects, such as AtoN, based on 5G/6G and GNSS.
• Environmental adjustments: Fairways are designed to minimize underwater radiated noise (URN), improve water quality and to create opportunities for marine ecosystems to thrive. Emissions from ships are continuously monitored and fairway dues are based on the environmental impact.

Dynamic fairways and technological innovations.  A key aspect for the connected fairway is the concept of dynamic fairways, allowing the available fairway area to be optimized based on actual circumstances and on the ships conditions. Using simulation software from SEAMADE several scenarios have been studied to test how a dynamic fairway could improve safety, efficiency and reduce emissions to air.

• Vessels with different drafts and size can use the same fairway without compromising on safety.
• Dynamic fairways adjusted in real time to reduce energy consumption and environmental impact.
• Virtual AtoN, enhanced with AR, improve the navigator’s situational awareness. 
• Alternative routes are analysed to identify possibilities to optimize energy consumption and transport efficiency.

Maintenance and environmental perspective: The Swedish national infrastructure provider SMA Fairway service has created a vision that aims to limit the need for maintenance of fairway infrastructure through technical innovation and digitalization. Maintenance-free AtoN, inspected by drones and self-diagnostics, are assumed to prolong expected the life expectancy of the infrastructure and loser costs. The environmental aspects are integrated in all parts of the vision. Continuous monitoring of ships emissions and URN is a key part of fairway services. Results are published openly to encourage ship owners and charterers to implement sustainable solutions. It is also assumed that new fuels and propulsion systems, such as electrical or wind assistance, will lower the aggregated climate impact from shipping.

Conclusions and recommendations

Fairways in the future need to be flexible, meet high technical requirements and be environmentally friendly. In order to meet these requirements, the following is needed:

1. Introduction of dynamic fairways: Real-time optimization of the available area for manoeuvring to increase safety and efficiency.
2. Implementation of digital infrastructure: S-100 sea chart services and full connectivity between ships and shore centres.
3. Focus on sustainability: Reduced emissions, environmental impact and adjusting for climate changes.
4. Support for autonomous ships: Fairway infrastructure needs to be able to accommodate ships with various degrees of automation.

Future steps in the process include further simulations in realistic environments and increased cooperation between industry, authorities and research institutions to implement the vision of the connected fairway. Sea traffic management