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Unter dem Motto “Galileo Online: GO!” arbeitet das Europäische Globale Satellitennavigationssystem jetzt auch für Eisenbahnen. Die Positionsgenauigkeit liegt im Zentimeterbereich. 

Derzeit ist das Fahren in Blockabschnitten gängiges Verfahren auf Europas Bahnen. Auch beim europäischen Sicherungssystem ETCS sind bestimmte Abstände einzuhalten. Hintergrund ist unter anderem, dass heute bekannte Systeme nur die Position des Triebfahrzeugs melden, nicht aber diejenige des letzten Wagens. Zwar gibt es die Zählung der vorbeirollenden Achsen, doch findet dieses nur an bestimmten Punkten im Netz statt. Unter der Leitung des Instituts für Regelungstechnik der RWTH Aachen wurde jetzt ein Verfahren zur automatisierten Zugvollständigkeitsprüfung erarbeitet. Über eine permanente und automatisierte Abstandsermittlung zwischen einem Satellitennavigationsempfänger auf dem Triebwagen und einem auf dem letzten Wagen des Zugverbands wird die Zugvollständigkeit überprüft. In dieser Anwendung kann zwischen Wagenverlust, Kommunikationsausfall und Verlust der Positionsangabe unterschieden werden. Ermöglicht wird eine höhere Zugdichte im Allgemeinen und damit auch eine höhere Wirtschaftlichkeit des Bahnsystems.

HOCHGENAUER NAVIGATIONSEMPFÄNGER

Kern des Systems ist ein zuverlässiger und hochgenauer Satellitennavigationsempfänger mit integrierter Anbindung an eine zentrale Serviceplattform und optimierten Kommunikationswegen für Bahnanwendungen. Ziel ist unter anderem das autonome Fahren im Bahnbereich unter hohen Sicherheitsstandards durch sichere Prozessabläufe. Mit automatisiertem Rangieren kann beispielsweise ein 24/7-Betrieb erreicht mit weniger Personen im Gleis als jetzt, was die Wirtschaftlichkeit von kleineren Rangierbahnhöfen sichergestellt. Dafür sind flächendeckende und exakte Lokalisierungsinformationen notwendig. „Besonderes Alleinstellungsmerkmal bei der Empfängerentwicklung ist die nahtlose Ankopplung der Empfängersoftware und -hardware an eine Dateninfrastruktur, eine sogenannte zentrale Serviceplattform“, erklärt Projekt-Koordinator Dr. René Zweigel von der RWTH Aachen. „Diese ermöglicht eine zentralisierte Auswertung der von den Empfängern übertragenen Daten und stellt diese in Form unterschiedlichster Informationsdienste bereit.“ Ein Beispiel für einen solchen Dienst ist die Detektion von schadhaften Stellen im Gleis, was eine bedarfsgerechte und planbare Wartung ermöglicht. Diese Schadstellendetektion kann das entwickelte GO!-System ebenfalls übernehmen. Berücksichtigt werden anwendungsspezifische Probleme, wie zum Beispiel Abschattungseffekte der Satellitensignale unter bahntypischen Empfangsbedingungen.

AUTOMATISCHES RANGIEREN

Eine branchenöffentliche Präsentation fand im Juni 2018 im Rail & Logistic Center Wustermark, Elstal, statt. In Vorträgen und Live-Demonstrationen zeigte dort das Projektkonsortium, wie ein Güterzug durch automatisches Rangieren zusammengestellt wird, wie die Zugvollständigkeit funktioniert und welche Möglichkeiten der Datenanalyse bestehen. Ziel des Projekts war ein verbesserter Satellitennavigationsempfänger, der speziell für die Anforderungen im Bahnbereich entwickelt wurde. So konnte zum Beispiel durch die Nutzung mehrerer Satellitensysteme (GPS und Galileo) die Verfügbarkeit einer Positionsinformation erhöht werden. Neu an der Entwicklung des Instituts für Regelungstechnik ist vor allem, wie es heißt, die „enge Sensorfusion“. Hierbei wurden hochfrequente Beschleunigungsdaten und Drehraten mit den niederfrequenten Signalen des GPS- und Galileo-Systems fusioniert. Ergebnis war eine robuste und hochgenaue Positionsbestimmung, die direkt für Automatisierungsfunktionen genutzt werden kann. In mehreren praktischen Anwendungen wurden die entsprechenden Ansätze validiert und bewertet. Zum Beispiel konnte dadurch das automatisierte Rangieren umgesetzt werden, bei dem eine Zugmaschine selbstständig einen Rangierprozess mit mehreren Wagen und Weichenfahrten ausführt. Auftraggeber von Galileo ist die Europäische Union. Ende 2017 befanden sich 22 der vorgesehenen 30 Satelliten in ihrem Orbit. Als Teil des TEN-Verkehrsprojektes bestand von vornherein die Erwartung, das System solle neue Anwendungen im Mobilitätsbereich ermöglichen. Neben den EU-Mitgliedsstaaten sind unter anderem auch China und Indien, die Schweiz und Israel an dem Projekt beteiligt. Weitere Partner sind die Vodafone GmbH, das Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen IIS, die SCISYS Deutschland GmbH, die IMST GmbH und die InnoZ GmbH. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Projektauftraggeber war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR in Bonn. Unter dem Titel „GALILEOnautic“ entwickelte eine Forschergruppe der RWTH Aachen inzwischen auch Technologien zum autonomen Navigieren und optimierten Manövrieren von kooperierenden Schiffen in Häfen.

Bild: Projektingenieur Dr. René Zweigel (RWTH) präsentiert die Vision einer autonomen Bahnwelt.

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