Erstellung digitaler Karten für hoch- und vollautomatisiertes Fahren auf der Schiene
Digitale Karten sind eine zentrale Voraussetzung für den automatisierten Bahnbetrieb ATO (Automatic Train Operation). Sie stellen eine hochgenaue digitale Abbildung der Infrastruktur dar und unterstützen eine zuverlässige Hinderniserkennung sowie präzise Zuglokalisierung.
Zahlreiche Projekte der Sektorinitiative Digitale Schiene Deutschland (DSD) haben in den letzten Jahren verdeutlicht, dass digitale Karten grundlegend für einen digitalisierten Bahnbetrieb sind. Dies gilt für das hochautomatisierte Fahren (ATO Grade of Automation 2/ GoA2), bei dem das Fahrzeug zwar automatisiert fährt, aber der/die Triebfahrzeugführende weiter im Führerstand die Streckenbeobachtung übernimmt und in Notfällen eingreift. Aber auch für das vollständig fahrerlose Fahren (ATO Grade of Automation 4/GoA4), bei dem auch die Hinderniserkennung automatisiert und durch technische Systeme übernommen wird, ist die digitale Karten eine zentrale Komponente.
Die digitale Karte beinhaltet statische Infrastrukturdaten, wie etwa Objekte entlang der Gleise, die als dreidimensionale Landmarken digital abgebildet werden. Dazu gehören beispielsweise Oberleitungsmasten, Signale und Bahnsteige. Zudem ist die Streckentopologie (Gefälle, Steigungen, Tunnel etc.) des Schienennetzes in der digitalen Karte enthalten. Eine sehr präzise und detaillierte digitale Darstellung der Eisenbahnumgebung ist insbesondere entscheidend für einen fahrerlosen Bahnbetrieb. Dieser stellt neue Herausforderungen an die digitale Karte. Zum einen bestehen zugseitig erweiterte Anforderungen an die Inhalte der Karte. Zum anderen rücken Sicherheitsaspekte in den Vordergrund, da zukünftig sicherheitsrelevante Systeme auf die Infrastrukturdaten der digitalen Karte angewiesen sind. Diese neuen Anforderungen bedingen die Entwicklung neuer Kartenerstellungs- und Verifizierungsprozesse.
Bei der Erstellung der digitalen Karte werden Bestandsdaten der DB InfraGO um weitere Infrastrukturobjekte und dreidimensionale, detailliertere Repräsentationen dieser ergänzt. Als Grundlage für die Erstellung der 3D-Objekte dienen hochgenau eingemessene Lidar-Punktwolken, welche den unmittelbaren Gleisbereich in seiner Gänze abbilden. Durch die hohe Auflösung (Punktdichte) entsteht dabei ein sehr hohes Datenvolumen. Außerdem sind Informationen zu Objekttypen und -geometrien nur indirekt und durch Interpretation der Punktwolke zu entnehmen. Daher ist es notwendig, die Daten für die Verwendung im Rahmen des automatisierten Fahrens in ein hierfür geeigneteres Format zu überführen. Durch die Verwendung einer sogenannten semantischen Karte (s. Abbildung), welche einzelne Objekte durch Attribute und vereinfachte Geometrien beschreibt, kann sowohl das notwendige Datenvolumen stark reduziert als auch die Interpretation der Daten erheblich vereinfacht werden.
Im einem aktuellen Fachartikel in der Februarausgabe des Eisenbahningenieurs beschreibt das Expertenteam der Digitalen Schiene Deutschland detailliert die Erstellung hochpräziser digitaler Karten für den Bahnbetrieb. Auch die Zusammenarbeit mit der Industrie und in der europäischen Initiative Europe‘s Rail Joint Undertaking (ERJU), bei der eine standardisierte Kartenerstellung erprobt und Formate zum Austausch neuer Kartendaten entwickelt werden, wird im Fachbeitrag beschrieben.
Hier geht es zum Fachartikel Digitale Karten für das vollautomatisierte Fahren auf der Schiene | Februar 2025
