Rail

Im System „Eisenbahn“ herrschen geringe Reibwerte zwischen Rad und Schiene. Diese Eigenschaft hat folgenden Vorteil: Die Bahn bewegt sich sehr energieeffizient fort.

Bedingt durch den geringen Reibwert ist der Bremsweg wiederum länger als zum Beispiel bei einem herkömmlichen PKW. Damit das Schienennetz auch in Zukunft nachhaltig, performant und sicher bleibt, ist die präzise Kenntnis des Anhaltewegs notwendig. team unterstützte die ÖBB dabei, das Bremsmodell durch Testfahrten in der Praxis zu bestätigen.

Achtung, Testfahrt! Unser Beitrag für einen sicheren Bahnverkehr
Bei strahlendem Sonnenschein war es am 8. und 9. Mai so weit – gemeinsam mit der ÖBB-Infrastruktur AG führte team Testfahrten am Bahnhof Stadlau durch. Ziel war es, den genauen Anhalteweg aus geringen Geschwindigkeiten mit typischen Personen- und Güterzügen zu ermitteln. Die Kenntnis des Anhaltewegs ist für die Eisenbahn essenziell, um das System so zu gestalten, dass alle Sicherheitsaspekte eingehalten werden.

Zwar kann mit Simulationsmodellen der Anhalteweg näherungsweise berechnet werden. Für belastbare Ergebnisse ist es jedenfalls sinnvoll, die Simulationsergebnisse mit Ergebnissen aus der Praxis zu validieren.

Ein voller Erfolg: Testfahrten bestätigen erwartete Ergebnisse
Die Testfahrten zur Überprüfung des Anhaltewegs wurden jeweils mit Personen- und Güterzügen durchgeführt. Das sehr unterschiedliche Verhalten von Personen- und Güterzügen bestätigte sich, wie erwartet.

Die Testsequenzen konnten an den Testtagen effizient durchlaufen werden und die vorausberechneten Werte zeigten gute Übereinstimmung mit den beobachteten Werten der Testfahrten! Das Zusammenspiel mit den Kollegen der ÖBB aus der Fahrdienstleitung, Triebfahrzeugführer und Experten des Betriebs und Sicherungstechnik war hervorragend und unkompliziert. Damit waren die Testtage, nicht nur aufgrund des hervorragenden Wetters, sondern auch aufgrund der professionellen Unterstützung durch team, ein voller Erfolg.

Die Aufgabe von team bestand in einer vollumfänglichen Betreuung der Testfahrten. Diese reichte von der intensiven Vorbereitung (inkl. Konzeptionierung eines geeigneten Messverfahrens) über die Abwicklung der Testfahrten bis hin zur umfänglichen Dokumentation und Auswertung der Testergebnisse.

Der Signal+Draht-Kongress feierte dieses Jahr sein 20-jähriges Jubiläum. Der zweitägige virtuelle Kongress wurde vom 12. – 13. November 2020 abgehalten und behandelte den Themenschwerpunkt „Digitalisierung der LST“.

Erhöhung Anteil der Eisenbahn am Modalsplit
Die Verlagerung der Mobilität auf das umweltfreundliche Verkehrsmittel Eisenbahn ist eine wesentliche Maßnahme zum Erreichen der ambitionierten Klimaziele. Um den Anteil der Eisenbahn am Modalsplit zu erhöhen, müssen zum einen die Wettbewerbsfähigkeit der Eisenbahn als Transportmittel gesteigert, zum anderen höhere Zugkapazitäten unter Einhaltung höchster Sicherheitsstandards geschaffen werden.
ETCS soll für diese Vorhaben als Grundlage dienen. Deshalb arbeiten Politik, Infrastrukturbetreiber und Industrie mit Nachdruck an der Vorbereitung des Flächenrollouts.

Weichen für ETCS sind gestellt
Die Eisenbahninfrastrukturunternehmen (EIU) in Europa sind sich in einem gemeinsamen ETCS-Zielbild einig – mit ETCS sollen die Weichen für einen führerlosen Betrieb (ATO) gestellt werden! Eines steht dabei fest – die Eisenbahninfrastrukturunternehmen haben sich in den ETCS Rolloutplänen ambitionierte Termine gesetzt.

Die innovative Technik kann dieses ambitionierte Zeitmanagement auf zwei Arten unterstützen:
Einerseits ermöglicht sie, dem hohen, kurzweiligen Bedarf an Personal entgegenzuwirken, indem Prozesse automatisiert ablaufen können.
Zum anderen interagiert ETCS stark mit Planungs- und Durchführungsprozessen, die für das Zugfahren erforderlich sind. Bei der Digitalisierung dieser Prozesse können ETCS kompatible Schnittstellen realisiert werden, um damit den Integrationsaufwand von ETCS zu senken. Langfristig wird dadurch ein wesentlicher Beitrag für die Effizienzsteigerung der Eisenbahn geleistet.

Digitale LST – ein Ansatz für Nebenbahnen
Die infrastrukturseitige ETCS-Ausrüstung ist kostenintensiv. Diese Tatsache haben die Experten des Kompetenzzentrums Bahnsicherungstechnik (CERSS) erkannt und einen ressourceneffizienten Ansatz für eine digitale LST auf Nebenbahnen entwickelt. Kern dieses Ansatzes ist es, sicherungstechnische Funktionen, inklusive der Zugintegritätsprüfung auf das Fahrzeug, auszulagern. Eine teure, streckenseitige Stellwerkstechnik wird damit überflüssig, denn die streckenseitigen Weichenmodule stehen mit den Fahrzeugen über Funk in Verbindung. So erfolgt die Meldung der Weichenlagen an die Fahrzeuge.
Die Zugortung wiederum erfolgt GPS-basiert. Zusätzlich am Zug angebrachte Sensoren erhöhen dabei die Ortungsgenauigkeit. Technologiebedingt geht mit GPS eine gewisse Ortungsungenauigkeit in Tunnelbereichen einher. Diesen Aspekt versucht man durch den Verweis auf die niedrigeren Anforderungen im Bereich der Nebenbahnen zu entkräftigen. Die Kompatibilität der neuartigen LST zu ETCS ist damit gegeben und hat großes Potential. Derzeit befindet sich dieses Konzept jedoch noch in der „Proof of Concept“ Phase.

Digitale LST als „Enabler“ für eine wettbewerbsfähige Eisenbahn
Der diesjährige Signal+Draht-Kongress hat gezeigt, dass die Politik in Zukunft stark auf das Transportmittel Eisenbahn setzt. In den europäischen Ländern wird die Weiterentwicklung der Eisenbahn gefördert. Nur durch effiziente Maßnahmen ist es möglich, den Wettbewerbsvorteil der Eisenbahn im Vergleich zu anderen Verkehrsträgern auszubauen.
Eine europaweit interoperable LST ermöglicht dabei den Übergang von einer Mehrfachausrüstung hin zu einer Einfachausrüstung der Fahrzeuge. Zusätzlich wird eine Basis für den automatisierten Betrieb geschaffen, um in Zukunft kostensparender und effizienter zu sein.

team ist bei allen zeitkritischen Projekten mit hohem Innovationsgehalt in diesem Themenbereich der ideale Partner- durch umfassendes Fachwissen in der LST und einem hohen Maß an Professionalität im Prozess- und Projektmanagement.

Automatisierung, Digitalisierung, Industrie 4.0 – es handelt sich hier um gängige Schlagworte für innovative Ansätze und die Modernisierung gegenwärtiger Technologien. In den Medien werden diese Bereiche meist im Umfeld der Industrie beleuchtet.

Beispielhaft für solche Industrieanlagen steht der Bahnverkehr. Knapp 5.000 km umfasst das österreichische Schienennetz! Umso mehr scheint es an der Zeit, sich mit dem Thema „Automatisierung“ in diesem Kontext näher zu beschäftigen. Soviel vorweg: Die Potenziale der Automatisierung im Bahnverkehr sind enorm – vom verbesserten und nachfragegerechten Fahrplanangebot, über die Attraktivitätssteigerung im Transportwesen Bahn, Energieeinsparungen, bis hin zur Reduktion weiterer Ressourcen. Zur näheren Betrachtung werden in diesem Blog zwei mögliche Anwendungsgebiete näher erforscht:

Ein Mix aus Alt und Neu: der aktuelle Bestand an Infrastrukturanlagen
Die Bahn ist seit mehr als einem Jahrhundert ein etablierter Verkehrsträger. Im Bestand der Infrastrukturanlagen ist ein bunter Mix aus Alt- und Neusystemen zu finden, bahntypisch mit einer sehr hohen Lebenszyklusdauer. Als Voraussetzung zur Automatisierung eines Prozesses ist es notwendig, dass alle Regelgrößen zuverlässig digital verfügbar und steuerbar sind.
Das birgt jedoch auch Herausforderungen: Die Weichenlagen und Signalzustände eines traditionsreichen, 100-jährigen Stellwerks lassen sich nicht ohne Weiteres digital erfassen bzw. steuern. Länderspezifische Vorgaben und Regelwerke sind ebenso verpflichtend einzuhalten.

Automatische Steuerung von Bahnen
Vielversprechende Pilotprojekte für den Nahverkehr und U-Bahnbetrieb haben bereits gezeigt, wie die automatische Steuerung – also der fahrerlose Betrieb – umgesetzt werden kann. Als Beispiele dienen die U-Bahnen in Nürnberg und Lille sowie die Hochbahn in Dortmund.
Infrastrukturanlagen im Fernverkehr zeichnen sich durch fünf wesentliche Merkmale aus: 1. kein abgegrenzter Fahrbereich, 2. ein großes Streckennetz, 3. mehrere Infrastrukturbetreiber, 4. mehrere Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) sowie ein großer Fuhrpark unterschiedlicher Fahrzeugtypen u.a. Das Gesamtsystem wiederum besteht aus den beiden Komponenten Fahrzeug und Infrastruktur (Eisenbahnstrecke). Diese Beschaffenheit macht die Automatisierung im Fernverkehr jedoch zu einem herausfordernden Unterfangen.

Von der Zugsicherung zur Zugautomatisierung
Für die Sicherheit einer Zugfahrt ist weiterhin das bestehende Zugsicherungssystem verantwortlich. Bei der Infrastruktur wiederum wird zwischen der Zugsicherung und der Zugautomatisierung unterschieden. Wesentlich ist, dass auf Grundlage des Zugsicherungssystems ein System zur Automatisierung von Zugfahrten aufgesetzt wird.
Auf EU-Ebene werden dazu im Programm „Shift2Rail“ die Optimierungspotentiale aus den Technologiefeldern Automatisierung, Digitalisierung und „Künstliche Intelligenz“ für den Transportträger Bahn untersucht. Daraus wurde die Notwendigkeit zur Standardisierung abgeleitet und mit der Arbeitsgruppe „ATO over ETCS“ (Automatic Train Control over European Train Control System) eine entsprechende Maßnahme eingeleitet. Ziel war es, die Anforderungen an ein europäisch einheitliches System zu spezifizieren. Diese Spezifikation zu „ATO over ETCS“ befindet sich derzeit noch in Ausarbeitung.

Automatisierung im Verschub
Zur Automatisierung von Vorgängen im Verschub wurden bereits erste Forschungsprojekte im Flachrangieren (ohne Abrollberg) umgesetzt. Mittels 1. hochpräziser GPS-unterstützter Lokalisierung von Verschublok und Waggon sowie 2. der Verwendung einer Schnappkupplung zur Kopplung von Waggon und Lok, erforschte das BMWi-Förderprojekt „Galileo Online: GO!“ ein Konzept für den automatisierten Verschub. Die im Rahmen dieses Projekts entwickelte, zuverlässige und hochpräzise Positionsbestimmung ermöglicht eine permanente Zugvollständigkeitsprüfung – bei Wagenverlust erfolgt eine sofortige Sperre des betroffenen Streckenabschnitts.

Fazit
Zusammenfassend lässt sich festhalten: Die Automatisierung im Bahnverkehr wird in Zukunft erforderlich, um im Vergleich zu anderen Verkehrsträgern wettbewerbsfähig zu bleiben. Zur automatischen Steuerung der Bahn im Fernverkehr bildet ein europäisches, einheitliches Zugsystem die Grundlage. Die Einführung von ETCS auf dem Streckennetz in Österreich ist damit eine solide Vorbereitung hin zur automatischen Steuerung von Zügen in Österreich. team unterstützt ihre Kunden auf diesem hochspannenden Weg.

Von 24.- 25. Oktober 2019 war es wieder so weit.
Die Frequentis Rail Days, ein hochkarätiges Forum der Bahnindustrie, gingen in Wien über die Bühne. Auch diesmal lud die Frequentis AG internationale Vertreterinnen und Vertretern der Eisenbahnindustrie ein, um über Trends und aktuelle Branchenentwicklungen zu konferieren.
team war vor Ort, um die Bedeutung des IT-Bereichs für die Bahnindustrie zu unterstreichen.

FRMCS und GSM-R im Fokus  
Alle zwei Jahre lädt die Frequentis AG zu diesem Forum, um in Vorträgen und Podiumsdiskussionen aktuelle Entwicklungen der Bahnbranche zu diskutieren.
Den Schwerpunkt heuer bildeten die Themen FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) und die Migration von GSM-R zu FRMCS. Dazu hielten Vertreter der Bahnindustrie im DACH-Verband sowie internationale Expertinnen und Experten der „Finnischen Bahnen“, der Europäischen Eisenbahnagentur und der Universidad del País Vasco (Bilbao) spannende Vorträge. Beleuchtet wurde der Bereich FRMCS sowohl aus dem Blickwinkel der akademischen Forschung als auch der praktischen und der regulatorischen Umsetzung.

Der Blick über den Tellerrand lohnt sich
Die diesjährigen Raildays blickten auch über den Tellerrand: Im Fokus standen einerseits benachbarte Industriezweige, andererseits auch Themen, die im Bahnbetrieb an Bedeutung gewinnen könnten. So gab es einen Vortrag über zukünftige Herausforderungen in der Flugsicherung, einen Vortrag über Cyber-Security bei der englischen Polizei sowie auch einen lehrreichen Input über den Einsatz von Drohnen zur Kontrolle und Überwachung von Leitungen.

Neue Entwicklungen, innovative Zugänge
Die Frequentis AG stellte in diesem Forum ihre neuesten Entwicklungen vor. Einen neuen Programmpunkt bildete heuer der Marketplace: Hier konnten sich die Tochterfirmen der Frequentis präsentieren und über innovative Projekte informieren.
Selbstverständlich war auch team bei den Rail Days vertreten und informierte die interessierte Besucherschar sowohl über Projekte aus dem Bahnbereich, wie etwa ETCS oder die Mitarbeit an der FRMCS-Standardisierung. Vorgestellt wurden auch die aktuellen IT-Projekte im Verkehrs- und Energiesektor von team. 

Ziel dieser Konferenz war es, über die Zukunft der Mobilkommunikation im Eisenbahnwesen und über das zukünftige Mobilfunksystem „Future Railway Mobile Communication System“ (FRMCS) zu konferieren. Die über rund 200 Delegierten kamen aus Europa und Asien, und sie vertraten Eisenbahngesellschaften (z.B. ÖBB, SBB, DB, SNCF etc.), Hersteller (z.B. Nokia, Frequentis, Huawei, Funkwerk etc.), Verwaltungen (z.B. EU Kommission, Europäische Eisenbahnagentur (ERA) etc.), Ministerien, Regulatoren, Notified Bodies und Berater.

Ende der 1990er Jahre wurde GSM‑R (GSM‑Rail) von der EU als System für den betrieblichen Bahnfunk bestimmt. GSM‑R basiert auf dem GSM Standard für öffentliche Mobilfunknetze. Während in öffentlichen Netzen nach GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G) nun die Errichtung von Mobilfunknetzen der fünften Generation (5G) beginnt, ist bei Bahnen noch immer GSM-R (zweite Generation) erfolgreich im Einsatz.

Da in manchen öffentlichen Mobilfunknetzen GSM bereits außer Betrieb genommen wird, schränken auch die Hersteller die Produktion von GSM Equipment bereits ein. Damit tickt auch die Uhr für GSM‑R, da für Hersteller die Produktion von GSM‑R Equipment nur im Zusammenhang mit der Herstellung von GSM Equipment rentabel ist. Die Industrie hat eine Garantie abgegeben, dass Ersatzteile und Wartung für GSM‑R bis 2030 verfügbar bleiben. Bis dahin sollten die betrieblichen Netze von GSM‑R auf FRMCS umgestellt sein. Dieser Zeitplan ist allerdings aus Sicht der Bahnen sehr ambitioniert.

FRMCS basiert auf dem 5G Standard der 3GPP (3rd Generation Partnership Program) und verwendet für bahnspezifische Anwendungen (z.B. funktionale Adressierung von Zügen) auf der Applikationsebene MCPTT (Mission Critical Push-to-talk). FRMCS wird als ein Enabler gesehen, der für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann, wie etwa der betriebsnotwendige Bahnfunk (eine conditio sine qua non), aber auch Anwendungen wie autonomes Fahren (ATO = Automatic Train Operation), Fahrgast-Informationssysteme, und vieles, wovon wir heute noch gar nicht wissen, dass es kommen könnte.

Drei Punkte wurden auf der Konferenz besonders intensiv diskutiert:

1. die Verfügbarkeit der Spezifikationen: Die Spezifikationen werden als Teil der 3GPP R17 Anfang der 2020er Jahre verfügbar werden. Für Anfang der 2020er Jahre soll es auch von der EU eine neue TSI CCS (Technical Specification für Interoperability – Command, Control and Signalling Subsystem) sowie eine neue FRS (Functional Requirement Specification) und SRS (System Requirement Specification) unter Berücksichtigung von FRMCS geben. Nach Vorlage der Spezifikationen kann Equipment hergestellt werden, und erste Teststellungen werden ab 2023 erwartet.

2. die Verfügbarkeit von Frequenzen: Die Bahnen haben nach wie vor ein Spektrum von 4 MHz (876-880 MHz) zur Verfügung, obwohl bei 5G (wie auch schon bei 3G und 4G) die minimale Blockbreite 5 MHz beträgt. Daher kämpfen die Bahnen um mehr Spektrum, im Kampf um Spektrum gibt es aber viele sehr erfolgreiche Lobbies. Von den 3 MHz erweiterten GSM-R Band werden die Bahnen 1,6 MHz bekommen, sodass sich mit 5,6 MHz (4 MHz +1,6 MHz) wenigstens ein Frequenzblock ausgeht. Hochkapazitäre Anwendungen, wie etwa Video aus dem Führerstand lassen sich damit aber nicht realisieren, und auch ein Parallelbetrieb von FRMCS und GSM‑R ist damit schwierig.

3. die Migration von GSM‑R zu FRMCS: Viele Bahnverwaltungen sind derzeit in einem Reinvestitionsphase für GSM‑R, da das installierte Equipment bereits end-of-live hat. Da neues GSM‑R Equipment auf 15 Jahre abgeschrieben wird, ist mit einer langen Übergangsphase zu rechnen, in der bereits FRMCS aber auch noch GSM‑R in Betrieb sein werden. Dies ist eine besondere Herausforderung wegen der fehlenden Frequenzen, aber auch, weil in dieser Phase 2 Systeme existieren und betrieben werden müssen. Die Migration von einem leitungsvermittelten System zu einem rein IP basierenden System betrifft alle Bereiche eines Eisenbahnunternehmens und muss dementsprechend umsichtig geplant werden.

Wir sehen als notwendig und zweckmäßig, unsere Erfahrungen im Bereich Bahnkommunikation als Mobilkommunikation für eine aktive Mitarbeit an FRMCS zu nutzen. team arbeitet bei ETSI im Technical Committee Railway Telecommunications mit und war damit auch auf der UIC Global FRMCS Konferenz vertreten. Gerade in der Phase der Entstehung von Standards ist der Bedarf an Kommunikation und Austausch immens hoch. Sie sind eine wesentliche Voraussetzung für eine bedarfsgerechte Realisierung und Migration neuer Technologien. Die Konferenz war damit auch dieser Hinsicht ein wichtiger Baustein für die Umsetzung und Transformation von GSM-R nach FRMCS – einzig der Zungenbrecher wird uns noch eine Zeit verfolgen ;).