Sensorik für relative und absolute Lokalisierung
Hochpräzise Ortung von Zügen für eine optimale Steuerung des Schienenverkehrs
Um zukünftig den Zugverkehr jederzeit exakt steuern zu können und eine optimale Auslastung des vorhandenen Netzes zu erreichen, muss dem KI-basierten Kapazitäts- und Verkehrsmanagementsystem die Position aller fahrenden Züge genau bekannt sein. Auch hier setzen neue digitale Technologien an. Um einen Zug präzise und sicher orten zu können, müssen i. d. R. verschiedene, voneinander unabhängige Ortsmessungen durchgeführt und konsolidiert werden. Technologisch wird dafür Sensorik für relative und absolute Lokalisierung verwendet. Für die relative Lokalisierung werden, die im Bahnsektor schon lange üblichen, Odometriesysteme zur Geschwindigkeits- und Wegmessung verwendet. Wegimpulsgeber, Radare und Beschleunigungssensoren sind bewährte Sensoren für die Odometrie. Mit der absoluten Lokalisierung durch Balisen im Gleis wird die Zugortung beim Überfahren zusätzlich mit höchster Sicherheit validiert. Als neue, für die absolute Lokalisierung geeignete, Technologien kommen Sensoren wie LiDARE zum Einsatz, die in hoher Frequenz Abstandsmessungen zu Landmarken, wie z. B. Oberleitungsmasten durchführen und sich dabei über eine hochauflösende Digitale Karte (HD Map) präzise orten. Ergänzt werden diese Ortsmessungen durch hochgenaue Satellitennavigation wie GNSS, die ebenfalls absolut lokalisiert.
Die Vorteile der Lokalisierung im Überblick
Neue, auf Sensorik basierende Technologien für relative und absolute Lokalisierung am Fahrzeug können eine präzise Echtzeitortung durchführen, ohne dass dabei zusätzliche Infrastruktur im Gleis benötigt wird. Im digitalen Bahnsystem können Ortungsinformationen in sehr hoher Frequenz an das Verkehrsmanagement übermittelt und auf dieser Basis zur Optimierung der Zugdisposition (CTMS) genutzt werden. Präzise, fahrzeugseitige Echtzeitortung ist ebenfalls eine wichtige Voraussetzung für das Advanced Protection System (APS), welches eine zugorientierte Fahrwegsicherung und das Fahren in „Moving Blocks“ ermöglicht. Dadurch kann die Kapazität im Bahnnetz deutlich gesteigert werden. Auch hier ist eine Anbindung an schnellen Mobilfunk und leistungsfähige Cloudlösungen unabdingbar.
Die Technologie im Einsatz
Im Projekt Sensor4Rail wurde erstmals eine auf LiDARE und Digitaler Karte basierende, absolute Fahrzeugortung erfolgreich getestet. Dabei wurden die Daten erfolgreich in einer Cloudumgebung eingespeist und übertragen. In einem europäischen Gemeinschaftsprojekt CLUG (Certifiable Localisation Unit with GNSS) wurde der Einsatz von GNSS für Anwendungen im Bereich der Signaltechnik sowie z. B. im automatisierten Zugbetrieb untersucht und bewertet. Dabei wurde die Machbarkeit von Multisensor-Fusionsverfahren anhand von Daten untersucht, die bei Testfahren in Deutschland, Frankreich und der Schweiz aufgezeichnet wurden. Das Projekt AutomatedTrain entwickelt zwei Prototypen Züge, die vollautomatisierten Bereitstellungs- und Abstellungsfahrten durchführen können. Ohne die Entwicklungen in der relativen und absoluten Lokalisierung wäre dies nicht möglich.
