Grundlagen zur Spezifikation von „Perzeptionssysteme für ATO“ - jetzt dokumentiert im offiziellen DZSF-Forschungsbericht sowie im ETR-Fachartikel

(Minden, Januar 2023)  Eine Grundvoraussetzung für das automatisierte Fahren (ATO) auf Schienen ist die sichere und zuverlässige technische Wahrnehmung (Perzeption) der Umgebung des Schienenfahrzeugs in seinen verschiedenen betrieblichen Situationen auf der freien Strecke, im Bahnhofsbereich oder beim Rangieren.

Auch die technische Bestimmung des Aufenthaltsorts des Schienenfahrzeugs (Lokalisation) auf dem befahrenen Gleis ist eine weitere Voraussetzung.

Forschungsarbeit stellt sich der Herausforderung „Spezifikation ATO-Messsystem“

Experten der DB Systemtechnik, des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung und des Instituts für industrielle Informationstechnik der Technischen Hochschule in Ostwestfalen-Lippe haben sich im Rahmen einer Forschungsarbeit im Auftrag des Deutschen Zentrums für Schienenverkehrsforschung der Herausforderung gestellt, eine Spezifikation für fahrzeugseitige Messsysteme auf Vollbahnen zu erstellen.

Ziele des Forschungsauftrages

Spezifikation

Ziel des Forschungsauftrages war die Spezifikation eines fahrzeugseitigen Messsystems, mit dessen späterer Anwendung reale Test- und Trainingsdaten aus dem Eisenbahnbetrieb zur Entwicklung und Prüfung (Verifikation, Validation) von Sensorsystemen erhoben werden können. Das Messsystem soll als allgemeingültige Plattform zur Datensammlung (Erfassung, Aufzeichnung und Bereitstellung) Real-Daten aus der betrieblichen Umgebung aufnehmen können, um sie heutigen und zukünftigen Entwicklungsprojekten von Sensorsystemen zur Verfügung stellen zu können.

Erzeugung von Test- und Trainingsdaten

Eine Herausforderung war die Festlegung eines möglichst universellen Lösungsansatzes, um geeignete Test- und Trainingsdaten aus den erhebbaren Daten erzeugen zu können.

Ersatz der menschlichen Wahrnehmung

Das Messsystem soll technisch zumindest in der Lage sein, die menschliche Wahrnehmung eines Triebfahrzeugführers nachempfinden zu können. Die Prämisse war der Ersatz der menschlichen Wahrnehmung durch das Messsystem.

Diese Zielsetzung ist umso notwendiger, da sich bis heute keine hinreichend geeignete Ausstattung der Schienenfahrzeuge mit Sensorik aus den vielfältigen Entwicklungen in den Verkehrsarten Schienen- und Straßenverkehr herausgebildet hat.

Forschungsergebnisse

Verfügbare ATO-Sensorsysteme, Entwicklungsstand, Verfügbarkeit, Eignung

Im Projekt entstand eine Übersicht über die im Sektor verfügbaren Sensorsysteme für ATO im Vollbahnbereich. Sie basiert auf einer vorherigen Analyse vorhandener Lösungen aus den Bereichen Bahn und Automotive.

Zugleich teilt die Forschungsarbeit die verfügbaren ATO-Sensorsysteme ein nach ihrem Entwicklungsstand (Stand der Forschung/Technik, existierende Anwendungen oder Prototypen) sowie nach Marktverfügbarkeit und Eignung für das System Bahn (EBO).

Daraus wurde für die einzelnen Sensorsysteme geschlussfolgert, ob die verfügbaren Lösungen einen ATO-Betrieb bereits ermöglichen könnten, oder welche technischen Anforderungen noch zu erfüllen sind.

Befragung und Spezifikation

Abgestimmt wurde die Analyse hinsichtlich Machbarkeit und Eignung vorhandener Sensorsysteme durch die gezielte Befragung wichtiger Akteure im Sektor (Hersteller, Lieferanten). Dabei ging es explizit nicht um die Fragen der Zulassung, welche Gegenstand anderer Forschungsprojekte des DZSF sind, sondern lediglich um die Realisierbarkeit der technischen Lösungen.

Abschließend wurde basierend auf den Arbeitsergebnissen die Spezifikation für ein geeignetes Messsystem zur Erhebung der Daten zur Verifikation und Validation gegeben.

Der Forschungsbericht ist ab sofort über das Deutsche Zentrum für Schienenverkehrsforschung verfügbar (LINK zum Forschungsbericht).

ETR-Fachartikel mit Hintergrundinfos zu notwendigen Text- und Trainingsdaten

Ein zugleich in der Eisenbahntechnischen Rundschau (www.eurail­press.de/etr) erschienener Fachartikel greift einen Teil der Forschungsarbeit nochmals auf und erläutert dabei auch die jeweiligen ATO-Automatisierungsgrade.

Insbesondere zeigen die Autoren im Artikel auf, welche Test- und Trainingsdaten aus realen Betriebssituationen erhoben werden sollten, um die Spezifikation für ein Perzeptionssystem möglich zu machen.

Prüfbereit für ATO ab 2025 - Perzeptionslabor der DB Systemtechnik

Wie die aktuellen Forschungsarbeiten zur Spezifikation von Messsysteme zur Erhebung von Test- und Trainingsdaten zeigem, arbeiten Experten der DB Systemtechnik bereits jetzt intensiv mit Unternehmen und Forschungsinstituten im Bahnsektor zusammen, um das automatisierte Fahren für Vollbahnen möglich zu machen.

Aktuell entsteht am Standort der DB Systemtechnik in Minden auch das Perzeptionslabor.

Mit seiner Hilfe werden die Mitarbeitenden künftig akkreditierte Prüf- und Inspektionsaufgaben übernehmen und so Systeme und Komponenten für Assistenzsysteme bis hin zur technsichen Perzeption und Lokalisation auf ihre Eignung im Zusammenspiel mit ATO-Systemen testen.

Zugleich ist die DB Systemtechnik dann auch in der Lage, die sichere Integration solcher Systeme nd Komponenten in das modulare Eisenbahnsystem ohne aufwendige Fahrversuche ausschließlich in einer komplexen Laborumgebung prüfen und bewerten zu können.

Die Kunden der DB Systemtechnik werden neben einer abschließenden Inspektionsbescheinigung zur Eignung ihrer Systeme und Komponenten auch Hilfestellung bei der Entwicklung solcher Systeme erwarten dürfen.

Das Labor wird voraussichtlich ab Anfang 2025 mit ersten akkreditierten Prüfverfahren „prüfbereit“ sein.