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Mit KI Sprachgrenzen überwinden

Deutsche Bahn entwickelt neuartiges Übersetzungstool

10/2020 – DB Netz AG, DB Systel und das Sprachenmanagement entwickeln eine KI-gestützte Kommunikationstechnologie zur Überwindung von Sprachbarrieren im internationalen Schienenverkehr.

Endlich Schluss mit den Sprachschwierigkeiten. Endlich genau sagen können, was man von den Bahnkollegen in Polen, Tschechien, Italien oder Frankreich will, und sie mühelos verstehen können – auch im Notfall, wenn es schnell gehen muss. Noch ist das ein Traum für viele Bahner, die im internationalen Güter- und Personenverkehr tätig sind.

Doch die DB Systel entwickelt mit der Unterstützung des Sprachenmanagements in Zusammenarbeit mit der DB Netz AG seit einiger Zeit ein Übersetzungstool, das tatsächlich jedem Mitarbeiter der DB ermöglichen soll, sich auch außerhalb von Deutschlands Bahnnetz problemlos verständigen zu können. Grundlage dafür ist künstliche Intelligenz – wie schon bei vielen anderen technischen Innovationen der DB. Die Entwicklung des Künstliche Intelligenz Translation Tools (KITT) ist ein europaweit beispielloses Zukunftsprojekt.

„Die Initialzündung dafür war die Havarie des Rastatter Eisenbahntunnels im Jahr 2017“, sagt Matthias Kopitzki. Er ist Leiter Verfahren und Grundlagen im Bereich Betriebssteuerung der DB Netz AG. Der Zusammenbruch des Tunnels führte zu einer mehrwöchigen Sperrung der Rheinschiene. Die Umleitung des Güterzugverkehrs erwies sich als schwierig und kostspielig. Sprachprobleme verhinderten die Nutzung französischer Gleise.

„Nicht jeder Lokführer, der grenzüberschreitend unterwegs ist, verfügt über ausreichende Sprachkenntnisse“, weiß Dr. Julia Hölterhoff, Product Ownerin vom Team Speech and Language Technology der DB Systel. Der Güterverkehr nimmt jedoch zu. „Schon jetzt fahren 50 Prozent der Güterzüge, die auf deutschen Schienen starten, ins Ausland“, erklärt Hölterhoff. Neue Vorschriften verschärfen das Problem. „Die EU verlangt inzwischen von Triebfahrzeugführern im Grenzverkehr ausreichende Fremdsprachenkenntnisse“, sagt Kopitzki.

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Lokführer zu bekommen ist schwierig. Zweisprachige Lokführer zu bekommen ist noch schwieriger.

Dr. Julia Hölterhoff, Product Ownerin „Speech and Language Technology“, DB Systel

KI als Dolmetscher

Das in der Führerscheinrichtlinie festgelegte Sprachniveau B1 stellt eine hohe Hürde dar, die nun technisch überwunden werden soll. DB Netz AG und DB Systel als Digitalpartner des DB-Konzerns kooperieren mit dem Ziel, eine ebenso sichere wie nutzerfreundliche Übersetzerapplikation zu entwickeln. Dabei überwacht das zentrale Sprachenmanagement des Konzerns die Qualität und Richtigkeit des Moduls Machine Translation, um ein konzernkonformes Ergebnis sicherzustellen.

Die Applikation soll Echtzeit-Kommunikation zwischen verschiedensprachigen Lokführern und Fahrdienstleitern gewährleisten und höchsten Sicherheitsstandards entsprechen – also auch im Ernstfall funktionieren, wenn eine schnelle Kommunikation nötig wird. Neben dem praktischen Nutzen bringt das Tool handfeste wirtschaftliche Vorteile. „Es wird die Bahn flexibler machen und ihre Position im Wettbewerb mit dem Straßengüterverkehr stärken“, sagt Hölterhoff.

Das KI-Übersetzungstool ermöglicht Zugführern und Fahrdienstleitern die Kommunikation, unabhängig von ihrer jeweiligen Muttersprache

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Die DB Netz AG und die DB Systel entschieden, das Übersetzungstool zunächst für das Sprachpaar Deutsch-Französisch zu entwickeln. Das geschieht in enger Zusammenarbeit mit der französischen Staatsbahn SNCF. „So gewährleisten wir die spätere Interoperabilität“, sagt Kopitzki. Denkbar ist zudem, das Tool auch auf andere Bereiche der DB anzuwenden, etwa im Speditionsbereich.

Schwierige Details

Die Benutzerfreundlichkeit ist klar definiert: Der Triebfahrzeugführer soll wie gewohnt in seiner Muttersprache in das Funksystem sprechen. Beim Gesprächspartner wird dann die übersetzte Version aus dem Kopfhörer ertönen. „Es gibt zwar schon Tools wie den Google Übersetzer auf dem Markt, aber seine KI funktioniert nur bei Alltagssprache zufriedenstellend“, weiß Hölterhoff. „Bei Bahnfachsprache ist sie überfordert. So übersetzt die Google-KI ‚Heißläufer‘, also den Fachbegriff für eine heiß gelaufene Bremse, als ‚Eisläufer‘.“

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Wir wollen keine Vorgaben machen müssen, wie mit dem Tool gesprochen wird. Das ist uns wichtig.

Matthias Kopitzki, Leiter Verfahren und Grundlagen im Bereich Betriebssteuerung, DB Netz

Um solche Fehler zu verhindern, nutzt das Projekt das Basisspracherkennungsmodell von Microsoft und lässt die KI die nötige Fachsprache eintrainieren. Das Übersetzungstool soll aber nicht nur schnell und eindeutig Sprache verstehen, sondern sie auch in Echtzeit übersetzen. Das Projekt entschied sich deshalb, den Übersetzer modular aufzubauen: Das erste Modul befasst sich mit der Spracherkennung, das zweite mit der maschinellen Übersetzung. Das dritte Modul sorgt für die Sprachsynthese, also die Sprachausgabe in der Zielsprache Französisch.

Übersetzung mit Bahnwissen „Speech to Speech“ – sicher, korrekt und in Echtzeit

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Dabei offenbart sich eine Schwierigkeit: Die Spracherkennung von Microsoft übersetzt vom Deutschen ins Englische und erst dann ins Französische. Das stellt eine Fehlerquelle dar. Die KI macht zum Beispiel aus „geradeaus“ das englische „straight“ und daraus anschließend das französische „hétérosexuel“. Zurzeit wird darum eine Übersetzungs-KI von IBM getestet, die solche Fehler vermeidet: „Sie ermöglicht Deutsch-Französisch als direktes Sprachpaar“, weiß Hölterhoff.

100 Prozent Sicherheit ist das Ziel

Das Übersetzungstool muss zudem mit hohen und tiefen Stimmen, Dialekten, falschem Sprachgebrauch und unvollständigen Sätzen umgehen können. „In einer Notsituation wird der Lokführer vielleicht undeutlich und schnell sprechen. Auch dann muss das Tool sicher übersetzen.“ Im digitalen Bereich hat Sicherheit höchste Priorität. Darum wurden mithilfe von Bahnmitarbeitern bisher Zehntausende Sätze eingesprochen, damit die KI lernt, unter Druck korrekt zu übersetzen. „Schließlich muss das Tool am Ende seiner Entwicklung den Sicherheitsanforderungen der Aufsichtsbehörden entsprechen“, sagt Kopitzki.

„Spracherkennung auf 100 Prozent zu bringen ist gerade in widrigen Situationen sehr schwierig. Schon 98 Prozent sind da ein sehr guter Wert“, sagt Julia Hölterhoff. „Deshalb haben wir weitere Sicherheitsschranken in das Tool eingebaut.“ Eine davon untersucht die eingehende Sprache auf 250 vordefinierte Inhalte (Predefined Messages). Dabei handelt es sich um häufig vorkommende Situationen, die über ein NLU-Modul (Natural Language Unterstanding) detektiert werden. Sie werden direkt übersetzt, die maschinelle Übersetzung wird übergangen. Dadurch wird die KI noch übersetzungssicherer gemacht.

Doch obwohl das kleine Übersetzungswunder der DB Systel und DB Netz AG inzwischen weit gediehen ist, verzögert sich seine Erprobung. Ursprünglich war für 2020 ein weiterer Test im Fahrsimulator vorgesehen und ein mindestens zwei Monate langer Einsatz auf einer Teststrecke zwischen Saarbrücken und dem französischen Forbach.

Dem schoben Schutzmaßnahmen im Zuge der Corona-Pandemie einen Riegel vor. Doch erst nach diesen Tests kann an die aufwendige Integration des Tools in die GSM-R-Funknetze der DB und der SNCF gedacht werden. Für Matthias Kopitzki steht dennoch eines fest: „Auf der nächsten InnoTrans werden wir zeigen können, wie sehr das Übersetzungstool die EVUs stärken wird, und auch, dass es den grenzüberschreitenden Schienenverkehr noch einfacher macht.“