Satellitenbasierte Datenerfassung und -übertragung für ein robustes Schienennetz

Rund 34.000 km lang ist Europas größtes Schienennetz, das von der DB Netz AG betrieben, instandgehalten und weiterentwickelt wird. Um Reisen für die Fahrgäste dabei noch verlässlicher zu machen, setzt die DB Netz AG zunehmend auf Sensoren, Künstliche Intelligenz (KI), Machine Learning und Satellitendaten. Mögliche Störungen an der Infrastruktur lassen sich mit der smarten Technik erkennen und beheben, bevor sie überhaupt entstehen. Das Ziel ist ein breiter Einsatz der digitalen Technologie für zustandsorientierte Diagnosen und eine noch robustere Schiene. Die DB Netz AG Challenge des INNOspace Masters Wettbewerbs prämiert innovative Lösungen zur vorausschauenden Instandhaltung und zum störungsfreien Betrieb des Streckennetzes, die auf Satellitendiensten und Know-how aus der Raumfahrt basieren. Ideen können noch bis zum 5. Februar 2021 eingereicht werden. Jetzt teilnehmen!

Infrastrukturdaten in Echtzeit

Ein wichtiger Aspekt ist die Zustandserfassung des Bahnnetzes, idealerweise in Echtzeit. Gleisanlagen mit Brücken und Tunneln, Oberleitungen sowie Leit- und Sicherungstechnik müssen kontinuierlich überwacht werden, damit Störungen verhindert oder notwendige Maßnahmen zeitnah initiiert werden können.

Ein Weg, diese Herausforderung zu lösen, stellt das Anbringen von Sensoren auf regelmäßig fahrenden Zügen dar. Um beispielsweise Schäden an den Gleisen zu ermitteln, werden hierfür Daten mit einer Genauigkeit im Millimeter-Bereich benötigt. Dies ist jedoch komplexer, als es zunächst scheinen mag: Züge fahren mit hohen Geschwindigkeiten (bis zu 300 km/h). Die nötigen hochpräzisen Daten müssen also in kürzester Zeit erfasst werden, während gleichzeitig enorme Kräfte auf die Sensoren wirken – durch Bremsen (Verzögerungskraft), Beschleunigung, Erschütterung oder Kurvenfahrt (Fliehkraft). Die Sensorik muss zudem widerstandsfähig gegen verschiedenste Witterungseinflüsse sein.

Auch die Raumfahrtbranche stellt höchste Anforderungen an die Präzision, Robustheit und Langlebigkeit von Sensorik. Der Innovationswettbewerb INNOspace Masters fördert den Transfer solcher Technologien und Know-how aus der Raumfahrt in die Eisenbahnbranche. Ein Beispiel hierfür ist das Projekt „Silent Running“, das 2018 mit dem 2. Platz der INNOspace Masters DLR Challenge ausgezeichnet wurde. Die eingesetzten Metamaterialien, die zur Schwingungsminderung für Trägerraketen entwickelt wurden, lassen sich auch für die Automobil-, Luftfahrt- und Eisenbahnindustrie nutzen. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Optimierung der Sensoren. Es bleiben aber noch viele Herausforderungen, die es zu lösen gilt.

Schnelle und sichere Datenübertragung

Einen weiteren entscheidenden Faktor im Schienenbetrieb der DB Netz AG stellt die Übertragung und Auswertung der von der Sensorik erfassten Daten dar. Um vorherzusagen, wann einzelne Bauteile oder Anlagen ausfallen könnten und entsprechend Instandhaltungs- oder Reparaturmaßnahmen zu planen, müssen die Daten schnellstmöglich zur Verfügung stehen. Große Datenmengen sollten idealerweise in Echtzeit an die Systeme der DB Netz AG weitergegeben werden. Durch lange Übertragungszeiten oder mangelnde Funkverbindungen ist es häufig erst möglich, die Daten am Ende der Fahrt ins zentrale System zu übermitteln. Dies führt teilweise zu erheblichen Verzögerungen in der Auswertung und damit der Einleitung entsprechender Instandhaltungsmaßnahmen.

Auch hier zählt die DB Netz AG auf das große Transferpotential aus der Raumfahrt. Bei der Kommunikation zwischen Satelliten im Orbit und der Übertragung von Satellitendaten auf die Erde müssen ebenfalls in kürzester Zeit riesige Datenmengen übertragen werden. Wie diese Lösungsansätze aus der Raumfahrt auch auf der Erde zum Einsatz kommen, zeigen die folgenden Innovationen:

Das DLR Raumfahrtmanagement hat die Entwicklung des Europäischen Daten Relais System (EDRS) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unterstützt. Das EDRS ist die erste kommerzielle Anwendung optischer Satellitenkommunikation im Weltraum. Diese Datenautobahn aus dem All ermöglicht durch die sogenannten Laser Communication Terminals (LCT), einen Datentransfer mit hohen Übertragungsraten nahezu in Echtzeit.

Ein weiteres Beispiel ist die Firma Intelligence on Wheels (IoW), die 2012 als eine Ausgründung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Unterstützung des ESA Business Incubation Centre (BIC) Bavaria gegründet wurde. Das innovative System zur Kollisionsvermeidung von Zügen (RCAS) nutzt hochpräzise Satellitendaten um die gleisgenaue Position sowie die Geschwindigkeit von Zügen in Echtzeit zu bestimmen.

Die INNOspace Masters DB Netz AG Challenge sucht Innovationen aus der Raumfahrtbranche, die die Bahninfrastruktur von morgen noch effizienter, robuster und zuverlässiger machen. Die drei bestplatzierten erhalten ein umfangreiches Preispaket. Ideen können noch bis 5. Februar 2021 eingereicht werden. Jetzt teilnehmen!

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