Technologie-Mix für mehr Information

Klug kombinieren für echten Zusatznutzen: Wenn Distributed Acoustic Sensing (DAS) mit Achszählern und induktiven Radsensoren verknüpft wird, lassen sich wertvolle Informationen für Eisenbahnanwendungen generieren.

In der Signaltechnik werden zur Datengewinnung häufig auf induktiven Radsensoren basierende Achszähler und Raddetektionssysteme eingesetzt. Diese stellen punktuelle, aber höchst präzise Daten zur Gleisfreimeldung, Achsanzahl, Geschwindigkeit oder Fahrtrichtung zur Verfügung. Mit Lösungen, die auf Distributed Acoustic Sensing (DAS) basieren, werden dagegen kontinuierlich Daten gesammelt und zu Echtzeitinformationen ausgewertet. Frauscher hat als Marktführer für Raddetektion und Achszählung im Jahr 2016 seine bewährten Produkte mit DAS zu den Frauscher Tracking Solutions FTS kombiniert. Das war ein ganz entscheidender Schritt in die Zukunft.

Die Vernetzung von Daten aus unterschiedlichen Systemen erhöht die Effizienz und Sicherheit im Bahnverkehr.Die Vernetzung von Daten aus unterschiedlichen Systemen erhöht die Effizienz und Sicherheit im Bahnverkehr.

Potenzial weckt globales Interesse

Schon während die Nutzung von DAS im Bahnbereich evaluiert wurde, zeigte sich das revolutionäre Potential des zugrundeliegenden physikalischen Prinzips. Frauscher hat seither gemeinsam mit interessierten Betreibern, Systemintegratoren und Forschungsinstituten bereits grundlegende Konzepte und Ideen entwickelt und verschiedene Installationen umgesetzt.

Aus den gewonnenen Erfahrungen entstanden und entstehen laufend neue Ansätze für weitere Applikationen. Gleichzeitig wurde deutlich, dass die weitere Optimierung eine enge Zusammenarbeit und den offenen Austausch von Informationen sowie die gemeinsame Analyse und Bewertung der Ergebnisse braucht.

Eine einzige Faser genügt

Die Installation der FTS ist für die Betreiber eine sehr effiziente Möglichkeit zur Ertüchtigung der Infrastruktur. Denn die benötigten Glasfaserkabel stehen entlang vieler Strecken bereits zur Verfügung, da sie häufig für Kommunikationszwecke eingesetzt werden. Zur Integration der FTS wird vom Faserbündel nur eine einzige Faser benötigt. Der Ausbau auch über weite Streckenteile hinweg kann so ökonomisch und effizient gestaltet werden.

Versuche zeigten, dass eine einzelne DAS-Einheit bis zu 40 Kilometer Glasfaser optimal abdecken kann. In dieser Reichweite können verschiedene Signaturen von Personen am Gleis oder von fahrenden Zügen klassifiziert werden. Personen und vergleichbare Schallquellen lassen sich in einem Radius von 5 Metern um das Glasfaserkabel detektieren, Züge mit ihrer wesentlich höheren akustischen Energie sogar auf eine Distanz von rund 50 Metern. Diese Werte werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Dazu zählen die Beschaffenheit und Qualität des Kabels, die Art und der Ort der Verlegung sowie verschiedene Umgebungsgeräusche.

Kabelqualität und Beschaffenheit

Glasfaserkabel stehen in unterschiedlichen Ausführungen zur Verfügung, welche die Sensibilität beeinflussen können. Während Qualität und Reinheit der Glasfaser die Reichweite mitbestimmen, können Material, Stärke und Beschaffenheit der Ummantelung die Empfindlichkeit des Systems erhöhen oder einschränken.

Art und Ort der Verlegung

Ideale Ergebnisse wurden bisher mit in einem Kabeltrog aus Beton oder direkt im Erdreich verlegten Kabeln erzielt, die etwa drei bis fünf Meter vom Gleis entfernt verlaufen. Andere Methoden, wie etwa das Anbringen des Kabels direkt am Schienenfuß oder an Aufhängungen in der Umgebung des Gleises, erleichtern gegebenenfalls die Detektion bestimmter Schallquellen. Sie verhindern aber das parallele Erkennen anderer Einflüsse.

Umgebungsgeräusche

Da FTS verschiedene Ereignisse durch ihre akustischen Signaturen detektiert und klassifiziert, müssen sämtliche Schallquellen in der Gleisumgebung berücksichtigt werden. Die Summe dieser Einflüsse kann zu Überlagerungen führen, was wiederum in die Auswertung einbezogen werden muss: Entsprechende Filter können beispielsweise fest verortete und regelmäßig detektierte Schallquellen ausblenden. Je nach Intensität der akustischen Emission spielt auch die Entfernung der Schallquelle zur Glasfaser eine Rolle. Diese Wechselwirkung kann auch zur Überlagerung schwächerer Signaturen, etwa von Schritten, durch stärker ausgeprägte Signale, etwa eines Zuges, führen.

Gemeinsam für mehr Output

Durch die Kombination aus induktiver Sensor- und DAS-Technologie bieten die FTS der Bahnbranche zahlreiche neue Möglichkeiten zur Datengenerierung. Die Implementierung von Daten anderer Systeme des Betreibers kann die Qualität der Informationen weiter erhöhen, stellt aber auch spezielle Anforderungen an Schnittstellen und Datenformate. In bisher verwirklichten Testinstallationen wurden bereits unterschiedliche Applikationen in den Bereichen Zugerfassung, Infrastrukturüberwachung und Sicherheitsanwendungen umgesetzt.

Mehr Informationen für mehr Sicherheit

Die Öl- und Gasindustrie setzt DAS für unterschiedliche Sicherheitsanwendungen erfolgreich ein. Die Adaption entsprechender Algorithmen für den Bahnbereich war daher einer der ersten Schritte bei der Entwicklung der FTS. So können schon heute Menschen und Tiere, die sich am oder in der Nähe des Gleises bewegen, detektiert werden. Das ermöglicht die Umsetzung verschiedener Sicherheitsapplikationen, wie das Erkennen von Aktivitäten, die mit Vandalismus oder Kabeldiebstahl verbunden sind.

Die Weitergabe der Daten und ihre Verknüpfung mit zusätzlichen Informationen erhöhen das Potenzial der Anwendungen weiter. So können Schnittstellen zu Sicherheitseinrichtungen dazu dienen, Alarmmeldungen über E-Mail oder SMS zur Verfügung zu stellen. Rotten können genau lokalisiert und über eine Direktverbindung auf mobile Endgeräte mit Informationen, etwa über herannahende Züge, versorgt werden. Selbst Drohnen können mit Daten versorgt werden, auf deren Basis ein zu kontrollierender Abschnitt direkt angeflogen werden kann.

Informationen über verschiedene Aktivitäten können beispielsweise über mobile Endgeräte direkt an Instandhaltungspersonal weitergegeben werden.Sicherheit auf ganzer Linie: Informationen über verschiedene Aktivitäten können beispielsweise über mobile Endgeräte direkt an Instandhaltungspersonal weitergegeben werden.

Zustandsüberwachung: Hören Sie auf Ihre Infrastruktur!

Bei der Zustandsüberwachung von Infrastruktur- und Zugkomponenten können die FTS gleisseitig montiertes Equipment ergänzen und sogar reduzieren. So lassen sich beispielsweise Flachstellen an Rädern oder Schienenbrüche auf Basis akustischer Signaturen identifizieren. Auch Steinschläge können verortet und entsprechende Informationen beispielsweise über Funk direkt an herannahende Züge weitergeleitet werden. Nach aktuellem Stand der Technik ist es durch DAS-basierte Systeme nicht möglich, erkannte Signaturen direkt einem bestimmten Gleis zuzuordnen. Eine entscheidende Schnittstelle ist daher jene zu einem parallel eingesetzten Raddetektionssystem. Werden nun Daten beider Systeme überlagert, lassen sich bestimmte Ereignisse noch genauer entlang der Strecke verorten. Die Einbindung von Informationen aus unterschiedlichen Datenbanken des Betreibers kann diesen Datenpool noch weiter anreichern: Werden etwa Zugnummern implementiert, können Flachstellen in der generierten Meldung genau einem Zug und mittels des Raddetektionssystems einer genauen Achse zugeordnet werden.

Frühzeitiges Erkennen von Schäden, etwa durch Steinschläge oder Schienenbrüche, erhöht die Betriebssicherheit und unterstützt akute Reparaturen wie auch vorausschauende Wartung.Alle Komponenten im Blick: Frühzeitiges Erkennen von Schäden, etwa durch Steinschläge oder Schienenbrüche, erhöht die Betriebssicherheit und unterstützt akute Reparaturen wie auch vorausschauende Wartung.

Zugverfolgung in Echtzeit

Die FTS ermöglichen die Lokalisierung sämtlicher Züge innerhalb eines überwachten Streckenabschnittes in Echtzeit. In nicht sicherheitsrelevanten Bereichen können sie auch als Einzellösung, also ohne Integration eines Achszählers oder Raddetektionssystems, eingesetzt werden. Da kein spezifisches Equipment an den Fahrzeugen montiert werden muss, spielen deren Bauweise und Herkunft keine Rolle. Die so gewonnenen Informationen bieten erhebliche Vorteile im Verkehrsmanagement. In entlegenen Bereichen kann diese Technologie damit eine ökonomische und effiziente Lösung zur Steuerung von Systemen bieten.

Durch die Integration mit einem Achszähler, etwa dem Frauscher Advanced Counter FAdC, lässt sich die DAS-basierte Echtzeitverfolgung von Zügen mit sicherheitsrelevanten Anwendungen kombinieren. Entsprechende Schnittstellen ermöglichen es etwa, Bahnübergänge noch präziser zu steuern. Im Traffic Management System (TMS) können Inputs aus beiden Systemen kombiniert werden, um exakte Ankunftszeiten zu errechnen, Plattformanzeigen zu speisen oder Bahnsteigdurchsagen punktgenau zu koordinieren und abzusetzen.

Daten aus der Echtzeit-Zugverfolgung können zur Optimierung des Betriebsmanagements, etwa für Bahnsteigdurchsagen und Plattformanzeigen, genutzt werden.Echtzeit-Zugverfolgung: Daten aus der Echtzeit-Zugverfolgung können zur Optimierung des Betriebsmanagements, etwa für Bahnsteigdurchsagen und Plattformanzeigen, genutzt werden.

Ausblick

Die bisher gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass der eingeschlagene Weg zur Entwicklung zweier paralleler Strategien auch weiterhin seine Gültigkeit haben wird. Zum einen müssen bestehende Komponenten optimal mit der neuen Technologie verknüpft werden, um rasch und ohne Mehraufwand zusätzliche Informationen für verschiedene Anwendungen zu generieren.

Zum anderen müssen gleichzeitig neue Architekturen entwickelt werden. Die Ergebnisse bisheriger Installationen haben dazu beigetragen, entsprechende Konzepte bereits weiter zu vertiefen. Hierbei hat sich gezeigt, dass speziell die Vernetzung von Daten aus unterschiedlichen Quellen großes Potenzial zur Optimierung bestehender und zur Entwicklung neuer Anwendungen birgt. Nun müssen die Möglichkeiten zur Vorevaluierung dieser Daten weiter vorangetrieben werden, um auf effiziente Weise Informationen ableiten und diese zielgerichtet einsetzen zu können. Damit werden die Anforderungen an die Datenübertragung und Speicherung – wie in vielen anderen Branchen – auch im Bahnbereich einmal mehr zum Thema.

Mayank Tripathi

Mayank Tripathi

27.06.2017

Technologien

1545 Wörter

11 Minuten Lesezeit

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