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Sicherheit im Bahnverkehr – auch dank der fünften Mobilfunkgeneration 5G

Sicherheit im Bahnverkehr – auch dank der fünften Mobilfunkgeneration 5G

Auf der Bahnbaustelle der Zukunft treffen Schotter und Kies auf Hochtechnologie und 5G-Mobilfunk. Innovative Technologien und das 5G-Netz bringen den Bahnverkehr voran und erhöhen die Sicherheit.

Aus dem Leben
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Swisscom ist das führende Telekommunikations- und eines der führenden IT-Unternehmen der Schweiz mit Sitz in Ittigen nahe der Hauptstadt Bern. Die Tochtergesellschaft Fastweb hat sich eine starke Marktstellung in Italien erarbeitet. Swisscom orientiert sich kompromisslos an den Kundenbedürfnissen, setzt auf Service und Qualität und investiert massiv in die Netze der Zukunft.

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Auf der Bahnbaustelle der Zukunft treffen Schotter, Kies und Eisen auf Hochtechnologie und 5G-Mobilfunk. Baustellen werden vorab digital simuliert, um Maschinen, Manpower und Material optimal zu planen. Innovative Technologien bringen auch den Bahnverkehr voran und erhöhen die Sicherheit – dabei kommt der Datenübermittlung mittels des 5G Mobilfunknetz eine bedeutende Rolle zu.

Verformungen von Schienen, Schäden an Befestigungsteilen oder Schwellen, Muttern, die nicht korrekt angezogen sind und so zur Gefahr werden. Beschädigungen oder Mängel an Bahneinrichtungen und Schienennetzen können vielfältig sein: Es ist aber ein erklärtes Ziel von Bahnunternehmen, ihren Betrieb rund um die Uhr unfall- und störungsfrei sicherzustellen. Künftig unterstützen digitale Anwendungen den Bau, Betrieb und Unterhalt des Bahnnetzes. 

Dank Digitalisierung und 5G Mängel aufspüren

Das Schweizer Schienennetz umfasst gemäss Bundesamt für Statistik über 5000 Kilometer. Gleichzeitig sind die Schweizer Geleise so häufig befahren wie in kaum einem anderen Land. Bei den aufwendigen Überprüfungen des gesamten Schienennetzes kommt den Betreibern vermehrt die Digitalisierung zu Hilfe. Sie vermessen mit neuen Technologien elektronisch die Bahntrassen und erhalten damit digital wichtige Informationen über den Zustand. Waren es bislang in erster Linie die Lokführer und Streckenläufer, welche Schäden an Gleisanlagen entdeckten und auf Fehler im System hinwiesen, sind es heute mit Technik vollbepackte Messwagen. Diese befahren in regelmässigen Zeitabständen das Netz und forschen nach baulichen Ungereimtheiten. Sie erkennen sogar gelöste Muttern, auch wenn der Wagen mit 60 km/h über das Gleis fährt. 

So vermisst seit Kurzem auch die RhB ihr Netz mit einem autonomen Messwagen der ARGE FahrwegDiagnose, welcher relevante Informationen über den Fahrweg für eine automatisierte, Daten-getriebene Gleisanalyse sammelt und so die traditionelle Gleiswartung optimal ergänzt. In Zukunft sollen Instrumente, welche auf den speziell eingerichteten Messwägen zum Einsatz kommen, nach und nach auch auf regulär verkehrenden Zügen eingebaut werden. 

Damit kommen die Bahnunternehmen Schritt für Schritt einer permanenten Überwachung der Bahninfrastruktur näher – mit dem Vorteil, laufend Daten über den Zustand des Schienennetzes in Echtzeit zu erhalten. In der Folge sind es die Verantwortlichen in den Zentralen, welche anhand der gewonnenen Messwerte zweifelsfrei erkennen können, ob weitere Wartungseinsätze oder umgehende Reparaturen nötig sind. 

Mit digitalen Zwillingen Baustellen planen

Bahnbaustellen und Unterhaltsarbeiten sind äusserts herausfordernd: Dichte Fahrpläne und ein stark befahrenes Schienennetz machen es sehr anspruchsvoll, genügend Zeitfenster für die Behebung von Schäden zu finden, Arbeitsabläufe perfekt zur organisieren und Ressourcen wie Fachleute, Baumaschinen und Materialien zielgenau einzusetzen. In einem Tunnel beispielsweise muss genau vorab geplant werden, wann welches Baugerät hineinfährt, da es keine Wendemöglichkeit gibt.
 
Die optimale Lösung für das Problem ist der digitale Zwilling. Dank der grossen Menge an gewonnenem Datenmaterial von Sensoren, Kameras und Maschinen können die Baustellen vorab digital 1:1 als Modell abgebildet und simuliert werden. Dies bevor Bagger und Bauzüge mit Kies und Schotter zur Baustelle fahren, Spezialisten gebunden und unnötige Emissionen im Umfeld einer Baustelle verursacht werden. 

Voraussetzung für eine solche akribische Planung ist jedoch, dass genügend Datengrundlagen vorhanden sind. Genau hier kommt die aktuellste Mobilfunktechnologie der fünften Generation (5G) ins Spiel: Die Daten müssen schnell übermittelt sowie verarbeitet werden können. In Zusammenarbeit mit der Rhomberg Sersa Rail Group, einem spezialisierten Anbieter von Lösungen im Bereich Bahninfrastruktur und ein führendes Mitglied der ARGE FahrwegDiagnose, arbeitet die Swisscom an verschiedenen Teilprojekten, um die unterschiedlichen Technologiebausteine wie 5G sowie das Internet der Dinge IoT, Cloud Computing und Data Driven Business auf der digitalen Baustelle zusammenzuführen – und so zukunftsfähige Lösungen im Gleisbauumfeld auf ihre praktische Tauglichkeit zu testen. (Mehr zum Projekt siehe Box unten)

Die Digitalisierung eröffnet auch berufliche Perspektiven

Vielleicht mag sich der eine oder die andere an den Peach-Weber-Witz erinnern. Und der geht so: Wann immer man an Baustellen im öffentlichen Verkehr vorbeifahren, würden die Gleisarbeiter nur rumstehen! So genial die Pointe, so falsch das Bild, das von diesem Berufsbild vermittelt wird. Bekannt ist, dass die Arbeit auf dem Bau nicht jedermanns Sache ist und für die Gleisbauer auch  extrem belastend und gefährlich ist – aber im Zuge der Digitalisierung wandelt sich auch dieser Beruf und die negativen Begleiterscheinungen können minimiert werden. Zudem eröffnet die "Technologisierung" der Baustelle auch für andere Fachkräfte, z.B. für Programmierer oder Gameentwickler, interessante und sinnvolle Tätigkeiten.   
 

5G ist die fünfte Mobilfunkgeneration, die 2019 neu eingeführt wurde. Sie ist im Vergleich zu 4G energieeffizienter, kann mehr Daten übertragen und die weiterentwickelten Antennen reduzieren die Exposition für Nicht-Nutzer. 5G bringt neue Funktionen, um Anwendungen wie die digitale Baustelle zu ermöglichen.

Das Projekt Rhomberg Sersa Rail Group - Swisscom
In einem gemeinsamen Projekt entwickeln und testen Rhomberg Sersa und die Swisscom verschiedene Teilprojekte für die digitale Baustelle.

Lokale 5G-Netze auf Baustellen, die sämtliche Geräte und Maschinen verbinden, welche Daten erzeugen. Diese Anwendung ist vor allem international von Bedeutung, wo die Mobilfunkabdeckung tiefer als in der Schweiz ist und temporäre lokale Netze Lücken schliessen könnten.

Lokale Cloud auf einem Eisenbahnwagen, welche die grossen Datenmengen mittels Methoden der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens (Machine Learning) auf der Baustelle vorverarbeitet. Dabei geht es um Anwendungen beispielsweise zur Personensicherheit (z.B. mittels Bilderkennung in gefährlichen Situationen) oder den Baufortschritt sowie Messungen.

Edge IoT: Wie können die Verarbeitung von Daten mit Methoden der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens direkt vor Ort auf der Baustelle genutzt werden?

Tracking und Lokalisierung von Maschinen und Gegenständen auf verschiedenen Baustellen in verschiedenen Ländern. Dies ist zentral, weil die Wartungsfenster enorm kurz sind und daher Baustellen perfekt geplant werden müssen.

Maschinenmonitoring: Verwerten sämtlicher Maschinendaten, um Ausfälle proaktiv zu vermeiden, zur Überwachung und Alarmierung bei Ausfall oder Störungen sowie zur optimalen Wartungsplanung.

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