Bahntechnik S-Bahn Berlin erprobt neues System zur Erkennung von Hindernissen

Zum fahrerlosen Zugbetrieb auf der Schiene ist eine Identifizierung von Objekten im oder neben dem Gleis notwendig. Die S-Bahn Berlin ist Vorreiter und testet jetzt erstmals ein solches System im täglichen Einsatz.

Die weltweit erste Installation eines digitalen Hinderniserkennungssystems auf einer S-Bahn für einen Feldversuch im regulären Betrieb wurde Mitte Juli in Berlin vorgestellt. Im Vordergrund steht dabei zunächst die Entwicklung eines Assistenzsystems zur Vermeidung von Unfällen und zum fahrerlosen Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie sie beim Rangieren im Betriebswerk oder bei der Bereitstellung von Zügen vorkommen. Um das System praxisnah zu erproben, rüstete die Arbeitsgemeinschaft aus Siemens Mobility, der S-Bahn Berlin, der Sektorinitiative Digitale Schiene Deutschland (DSD) / Deutsche Bahn InfraGo einen Triebzug der zwischen 2020 und 2023 gebauten Baureihe 484 entsprechend aus.

Die Hinderniserkennung ist eine zentrale Technologie beim vollautomatisierten Fahren im Bahnbetrieb (GoA 4). Hier müssen die Sensorik und die Algorithmik in der Lage sein, statische oder dynamische Hindernisse im oder neben dem Gleis zu erkennen und zu kategorisieren. So dürfen ortsfeste Gebäude und Züge auf anderen Fahrstraßen nicht zu Alarmen führen, müssen aber trotzdem ebenso wie der eigene Fahrweg erkannt und in Echtzeit mit digitalen Karten abgeglichen werden. Echte Gefahren wie Gegenstände oder Personen im Gleis müssen hingegen sofort gemeldet werden.

Lidar für die Nah- und Fernerkennung

Als Sensoren kommen beim Berliner Versuch beispielsweise Light Detection and Ranging (LiDAR) Sensoren für den Nah- und Fernbereich und verschiedene Kamerasysteme wie Infrarotkameras zum Einsatz. Die Lidar-Technologie arbeitet mit Laserlicht und erfasst die an Objekten reflektierten Signale. Damit ist eine präzise Entfernungsmessung ebenso möglich wie dreidimensionale Darstellungen der Umgebung. Die dabei verwendeten Algorithmen für den Bahnverkehr zur Auswertung der Sensordaten entwickelte Siemens im Rahmen des vom Land Berlin und der Europäischen Union (EU) geförderten Forschungsprojekts BerDiBa (Berlin digitaler Bahnbetrieb) in Berlin-Adlershof.

Der Algorithmus gleicht hierzu permanent über eine digitale Karte die Position des Zuges mit dem Ort der erkannten Objekte ab und entscheidet, ob gewarnt oder gebremst werden soll. Erstmals kommt dabei eine von DB InfraGo neu entwickelte Karte zum Einsatz, die die Realität auf Zentimeter genau in 3D abbildet.

Ein Jahr lang Tests im täglichen Betrieb

Zunächst erprobt die Arbeitsgemeinschaft das neue System ein Jahr lang im täglichen Betrieb unter unterschiedlichen Witterungs- und Streckenbedingen, um Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der Sensorik und deren Positionierung am Fahrzeug zu gewinnen. Dazu zeichnet das System die Daten im Hintergrund auf, stört also den Fahrbetrieb nicht. Ausgewählte Datensätze mit Hindernissen im Gleis stellt Siemens anonymisiert bereit. Diese können zu Forschungszwecken wie dem Training von KI-Modellen oder zur Validierung von Systemen verwendet werden.

Im Anschluss an den Probebetrieb planen die Projektbeteiligten, das Hinderniserkennungssystem als Notbremsassistent einzusetzen, der dann im Hintergrund die Triebfahrzeugführerinnen und -führer unterstützt. Mit den zusätzlich gesammelten Daten ist es möglich, das System – zusammen mit weiteren Komponenten zur Automatisierung – auch für das fahrerlose Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten einzusetzen. Rangierbewegungen im Betriebswerk oder das Ab- und Bereitstellen der Züge sind damit automatisiert möglich.

Im Rahmen des Gesamtprojekts zeichnete sich Siemens Mobility für die Sensoren, die Hard- und Software, die digitale Karte und die Einbauanleitung verantwortlich, während die S-Bahn Berlin den Triebzug stellte, den Einbau durchführte und den Betrieb übernimmt. DSD/DB InfraGo wiederum stellen die digitale Karte und eine offene Datenplattform zur Verfügung. Die Auswertung der Ergebnisse findet nach Abschluss des Versuchs gemeinsam mit dem Verkehrsverbund Berlin-Brandenburg (VBB) statt.

Erkenntnisgewinn steht im Vordergrund

Die Arbeitsgemeinschaft verspricht sich von diesem Feldversuch, bei dem bis zu zehn Triebzüge entsprechend ausgerüstet werden können, Erkenntnisse über die Randbedingen für die Hinderniserkennung und Hinweise auf eine mögliche Verringerung der Risiken bei weiteren Planungen. Zusätzlich wird die Leistungsfähigkeit der Sensorik unter betrieblichen Bedingungen wie Regen, Nebel, Schnee oder Schmutz ermittelt, ebenso wie die optimale Einstellung des Systems, um Fehlalarme zu vermeiden. Nach Abschluss des Versuchs ist geplant, die Sensoren zurückzubauen.

Alle Beteiligten versprechen sich viel von diesem Vorhaben, so auch Martin Fuchs, Geschäftsführer des Verkehrsverbunds Berlin Brandenburg: „Das Projekt automatische Hinderniserkennung wird wertvolle Erkenntnisse und Daten generieren, um auf dem Weg zur konsequenten Weiterentwicklung des S-Bahnsystems gut voranzukommen. Genau 100 Jahre nach Beginn der Elektrifizierung der S-Bahn wird nun ein weiterer Technologiesprung vorbereitet, der das Berliner S-Bahnsystem zukunftsfähig machen wird.“  (se)

Bahntechnik

Erprobungszentrum für grüne Bahnstromversorgung nimmt Betrieb auf

Bahntechnik

Siemens Rail Service Center Dortmund: Flottenverfügbarkeit dank Digitalisierung und KI

* Richard Oed ist als freier Mitarbeiter für Next Mobility und ELEKTRONIKPRAXIS tätig.

(ID:50151723)