Der Dieseltriebwagen der Baureihe VT 612 bewältigt als RE 3187 Lindau Hbf -- Augsburg Hbf mit aktiver Neigetechnik die kurven- und steigungsreiche Strecke hinauf vom Seeufer des Bodensees auf die Höhen der umgebenden Berge bei Lindau-Schönau.
© Deutsche Bahn AG

Standortbestimmung per RailPos

Detektivarbeit mit Sensoren und GPS

07/2016 - Einige Züge der DB Regio sind mit Neigungstechnik ausgerüstet. Um möglichen Fehlerquellen auf die Spur zu kommen, hat DB Systel ein eigenes Konzept entwickelt: Sensoren messen während der Fahrt exakt Lage und Neigung der Züge. Dadurch lässt sich ein erhebliches Einsparpotenzial erzielen.

Viele Züge der Deutschen Bahn sind zur Positionsbestimmung mit GPS ausgestattet. Allerdings ist das GPS-System grundsätzlich nicht sehr präzise. An manchen Stellen, beispielsweise in Tunneln oder Bahnhöfen, sind die Satelliten nicht verfügbar. Hinzu kommt die hohe Geschwindigkeit, mit der sich Züge bewegen, sowie die Länge der Züge. Für eine genauere Ortung müssen also weitere Methoden herangezogen werden.

„Wir haben uns deshalb überlegt, wie wir die Ortung genauer machen“, sagt Konrad Winkler, der bei DB Systel für das Projekt RailPos zuständig ist. Zunächst wurde versucht, der Ungenauigkeit des GPS-Systems zu begegnen. Bei dem sogenannten differenziellen GPS werden über Funk Korrekturdaten gesendet und mit den Satellitendaten abgeglichen. So lassen sich Abweichungen korrigieren. „Zusätzlich kennt das Fahrzeug den präzisen Trassenverlauf und kann die Messdaten gegen die Gleisachse prüfen“, sagt Winkler.

Die Feststellung der exakten Zugposition während der Fahrt kann auch dabei helfen, Schadquellen genau zu verorten. Bei einigen Zügen treten durch Überbeanspruchung Probleme mit der Neigetechnik auf, es kommt zu Ausfällen. Um verlässlich feststellen zu können, wo auf den Strecken mögliche Ursachen für die Überbelastung liegen, muss neben der exakten Position auch die räumliche Lage beziehungsweise Neigung der Züge aufgezeichnet werden. Schnell wurde deutlich, dass GPS allein für diese Aufgaben nicht ausreicht.

Sensoren messen Neigung und Belastung

Daher setzen DB Regio und DB Systel auf Sensoren, die die genaue Lage und Neigung der Züge messen. Das Messsystem aus Sensoren nimmt in Verbindung mit dem differenziellen GPS die Fahrzeugbewegung und die Position auf und erfasst die Neigungsvorgänge und Belastungsmomente. „Wir greifen dabei auf handelsübliche Sensoren zurück“, sagt Winkler. Diese sind in den vergangenen Jahren immer günstiger in der Anschaffung geworden, sodass die Messvorgänge mit einem relativ geringen Budget durchgeführt werden können.

Der RailPos-Sensor misst u.a. die Beschleunigung, Drehraten, Luftdruck und Temperatur und übermittelt die Daten zur Auswertung.

© DB Systel GmbH

DB Systel stellt für die Messungen das komplette IT-Ökosystem zur Verfügung. Dabei gibt es einige Herausforderungen zu beachten: Beispielsweise muss das Datenaufkommen beherrschbar bleiben. Die verbauten Sensoren produzieren eine wahre Datenflut. Ein weiteres Problem ist, dass der Austausch der Daten auch unter schwierigen Bedingungen funktionieren muss. Aber nicht überall ist ein Funknetz verfügbar.

Der gelieferte Onboard-Rechner bereitet die Daten auf und versendet sie. „Dabei findet schon während der Fahrt eine Vorauswahl statt, um das Volumen zu reduzieren“, sagt Winkler. Die Informationen sollen bereits im Zug verarbeitet werden. Aus den gesamten gewonnenen Daten könnten später in einem Big-Data-Ansatz noch weitere Informationen generiert werden.

Entwicklung speziell auf den Bahnverkehr ausgerichtet

DB Systel entwickelt in Zusammenarbeit mit DB Regio für diese Lösung die entsprechende Software zur Analyse und die Schnittstellen zu den Sensoren. „Die direkt auf den Bahnverkehr zugeschnittene Lösung RailPos und die entwickelten Algorithmen stellen ein Alleinstellungsmerkmal dar“, sagt Winkler. Damit können die Daten im laufenden Betrieb abgefragt werden und stehen nicht erst bei der Wartung zur Verfügung.

Die entwickelten Algorithmen stellen ein Alleinstellungsmerkmal dar.

Konrad Winkler, DB Systel

Vor Kurzem startete die probeweise Aufzeichnung bei einer Rangierlok. Die gewonnenen Messwerte dienen der Kalibrierung des Systems und der Verbesserung der Algorithmen. Nach Abschluss der Testphase kann präzise gesagt werden, welche Sensoren eingesetzt werden müssen und wie die Antennen zu positionieren sind.

 

Ist das Pilotprojekt abgeschlossen, so kann das System in einer Testflotte im produktiven Betrieb seine Leistungsfähigkeit beweisen. Die Möglichkeit, Wartungsbedarf in Zügen und darüber hinaus mögliche Schadstellen an den Gleisen zu erkennen, wird damit weiterentwickelt: Mit RailPos können Betriebsstunden und weitere Daten der Fahrzeuge in Echtzeit ausgewertet werden, welche dann zur Frühwarnung, Fehleranalyse und Instandhaltungsplanung innerhalb der Werkstätten eingesetzt werden können. Mit der punktgenauen Ortung und dem Einsatz von Sensoren entsteht damit nicht nur ein hohes Einsparpotenzial, sondern es eröffnen sich weitere zukunftsträchtige Anwendungsfelder wie etwa Anschlussprognosen zu anderen Verkehrsmitteln.

Die Ortung von Zügen in Bahnhöfen könnte mit dem RailPos-System ebenfalls verbessert werden und den Reisenden die Navigation vereinfachen, sagt Winkler. So könnten sie beispielsweise per App in Bahnhöfen sehen, wo genau sich das Abteil mit ihrem reservierten Sitzplatz befindet. Auch aktuelle Abweichungen zum Fahrplan könnten mit der Ortung der Züge berechnet und in Empfehlungen für die Reisenden berücksichtigt werden.

Indoor-Ortung zur Navigation in Werkshallen und Parkhäusern

Aber RailPos lässt sich nicht nur für die Positionsbestimmung von Zügen nutzen. Bei der Indoor-Navigation, in der Satellitenortung nicht genutzt werden kann, gibt es weitere Anwendungsmöglichkeiten, an denen DB Systel arbeitet. So lässt sich in einer Reparaturhalle beispielsweise der genaue Standort bestimmter Werkzeuge oder Container feststellen. Das geschieht per Funkortung über an der Decke angebrachte Hotspots. An den Werkzeugen oder den Containern sind Empfänger angebracht. Dies verkürzt die Wege der Mitarbeiter in den Werkshallen erheblich, da sie immer genau wissen, wo welches Werkzeug gerade steht.

Das Gleiche gelte beispielsweise für die Flinkster-Flotte, sagt Winkler. Die genaue Position von Fahrzeugen in Parkhäusern oder Tiefgaragen könnte so ermittelt werden. Damit würde das Reiseerlebnis der Kunden verbessert. Winkler kann sich auch eine App vorstellen, in der alle Informationen über die aktuellen Standorte der genutzten Verkehrsmittel wie beispielsweise Bus, Bahn und Call-a-Bike-Fahrrad zur Verfügung stehen. Mithilfe einer solchen übergangslosen Anwendung würde die Reiseplanung vereinfacht. Dank solcher Innovationen steigt nicht nur die Zufriedenheit der Kunden, sie bringen auch, wie im Fall der Neigungssensoren, erhebliche Einsparungen.