Siemens entwickelt Kollisionswarnassistenten für Mainline
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282 I FAHRZEUGE ROLLING STOCK 145 (2021) 8 AUGUST
Siemens entwickelt
Kollisionswarnassistenten für Mainline
Siemens is Developing
a Collision Warning Assistant for Mainline
Dr.-Ing. Andreas Krutz, Berlin (Deutschland), Dipl.-Inf. Holger Last, München (Deutschland)
Zusammenfassung Abstract
Seit 2017 rüstet Siemens seine Straßenbahnen auf Kunden- Siemens has been equipping its trams with a collision warning
wunsch mit einem Kollisionswarnsystem, dem Siemens Tram system, the Siemens Tram Assistant, at the customer’s request
Assistant aus. Der Siemens Tram Assistant erkennt zuverlässig since 2017. The Siemens Tram Assistant reliably detects colli-
eine drohende Kollisionsgefahr, warnt den Fahrer oder bremst sion risks, warns the driver, or brakes the vehicle if the driver
das Fahrzeug ab, wenn keine Reaktion vom Fahrer mehr möglich can no longer react. Thus, hazards to people as well as dam-
ist. Tagtäglich werden auf diese Weise Gefährdungen von Perso- age to the vehicles and therefore downtimes during repairs
nen sowie Schäden an den Fahrzeugen und damit Standzeiten are reduced every day. The Tram Assistant in Siemens trams
während der Reparaturen verringert. Der Tram Assistant leistet makes an important contribution to road safety in our cities.
in den Straßenbahnen von Siemens einen wichtigen Beitrag zur The possibilities of the system can also be transferred to main-
Verkehrssicherheit in unseren Städten. Die Möglichkeiten des line trains, i.e. for S-Bahn, regional and long-distance traffic as
Systems können auch auf den Mainline-Bereich, also für den well as freight traffic: Siemens is developing a collision warning
S-Bahn-, Regional- und Fernverkehr sowie den Güterverkehr system for mainline, the Siemens Mainline Assistant, which can
übertragen werden. Dafür entwickelt Siemens ein stufenwei- be gradually expanded to support higher automation levels. The
se ausbaubares Kollisionswarnsystem, den Siemens Mainline system complements the range of Siemens assistance systems,
Assistant. Das System ergänzt das weitreichende Angebot der for example for energy-optimized driving or automation systems
Siemens Assistenzsysteme, beispielsweise zum energieoptimalen for automatic train operation.
Fahren oder die vielfach erprobten Automatisierungssysteme für
den Zugbetrieb (Automatic Train Operation).
1 Erhöhte Kollisionsgefahr onsfahrten für einen Austausch mit Kun- te noch auf Sicht oder teilweise ohne Zug-
bei niedrigen Geschwin- den über die Anforderungen an ein Assis- sicherung gefahren wird. Wesentliche Be-
digkeiten bis 45 km/h tenzsystem genutzt. Während beim Stra- triebsszenarien sind das Rangieren, das
ßenbahnbetrieb aufgrund der komplexen Ab- und Bereitstellen der Züge sowie die
Für eine erste Demonstration des Kollisi- Verkehrsverhältnisse im Stadtbereich per- Einfahrt in den Bahnhof. Der Mainline As-
onswarnsystems wurde 2016 ein Siemens manent Kollisionsgefahr herrscht, ist dies sistant ist deshalb erst einmal darauf aus-
Desiro mit mehreren Sensoren und der im Mainline-Bereich durch die Zugsiche- gelegt, typische Unfälle im Geschwindig-
notwendigen Software ausgerüstet. Ohne rungssysteme und Strecken ohne Misch- keitsbereich bis 45 km/h wie Auffahrten
Eingriff des Fahrers wurde auf einem Test- verkehr die Ausnahme. auf Prellböcke oder andere Fahrzeuge so-
gelände in Berlin die Kollision des Zu- Nach Rückmeldung der Bahnbetreiber wie Kollisionen mit Personen zu verhin-
ges mit einem Prellbock verhindert. Die- und der Triebfahrzeug- und Lokführer dern und damit die Umwelt, den Betrieb,
ses System wurde auch während der In- gibt es aber potenzielle Unfallschwer- das Fahrzeug, das Personal und die Fahr-
notrans 2016 auf täglichen Demonstrati- punkte in jenen Bereichen, in denen heu- gäste zu schützen.
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2 Basis des auch weitere industrielle Anwendungen spezielle Sensoren, um Veränderungen
Kollisionswarnsystems: wie z.B. die Digitale Fabrik. Siemens hat in der Bahninfrastruktur hochautomati-
Sensorfusion und hoch- deshalb die Grundlagenentwicklung in siert zu entdecken, zu bewerten und zu
genaue Lokalisierung auf einem übergreifenden Core Technology melden [2]. In Zukunft können die Sen-
Basis einer digitalen Karte Competence Center gebündelt. Davon soren des Kollisionswarnsystems zusätz-
profitiert der Siemens Mainline Assis- lich die Umfeldinformationin Echtzeit in
Das Kollisionswarnsystem erfasst mit tant, denn die Entwicklung kann auf den die digitale Karte liefern und ermöglichen
seinen Sensoren die Umgebung und er- neuesten Technologien und den dort ent- damit eine neue Qualität bei der Überwa-
zeugt damit ein virtuelles Abbild der Re- wickelten Basisalgorithmen und -frame- chung der Bahninfrastruktur.
alität. Anhand einer zentimetergenau- works aufsetzen.
en Positionsbestimmung des Fahrzeu- Eine weitere Schlüsseltechnologie ist die 3 Simulieren und
ges, der Kenntnis über den Gleisverlauf digitale Karte. Um die Genauigkeit der testen, testen, testen
und der Messung der Größe, der Lage Positionsbestimmung des Fahrzeuges zu
und Entfernung des Objektes entscheidet verbessern, setzt das Kollisionswarnsys- Die neuen Entwicklungsstände des Kol-
das System, ob eine Kollisionsgefahr be- tem neben handelsüblichen GNSS-Syste- lisionswarnsystems werden als Gesamt-
steht und eine Warnung ausgelöst wird men eine hochgenaue und mit Sensorda- system erst simuliert und in einem drei-
(Bild 1). ten angereicherte digitale Karte ein. Da- stufigen Testverfahren validiert: Erst im
Eine Schlüsseltechnologie des Kollisi- durch ist es möglich, sich auch an Land- Labor, dann auf einem Testgelände in der
onswarnsystems ist die Sensorfusion. Je marken in der Umwelt und der Bahn-In- Nähe des Entwicklungsgeländes und fi-
nach Ausbaustufe des Systems werden frastruktur zu orientieren und fehlende nal auf einem Fahrzeug im produktiven
die Daten von verschiedenen spezialisier- oder ungenaue GNSS-Informationen zu (Test-)Betrieb. Ein Testträger und gleich-
ten Sensoren wie z.B. Radar, LIDAR oder kompensieren. Erste Demonstratoren zeitig Präsentationsplattform für die Hin-
Kamera fusioniert. Damit ist es möglich, dieser Technologie wird Siemens Mobi- derniserkennung ist das Advanced Train-
ein exaktes virtuelles Abbild des Umfel- lity 2021 auf dem ITS World Congress in lab, ein ICE-TD der Baureihe 605 [3]. Das
des des Bahnfahrzeuges bei allen Witte- Kooperation mit der DB im Innovations- Advanced Trainlab wird von der DB be-
rungsbedingungen in Echtzeit zu erzeu- projekt Sensors4Rail im Projekt Digitale trieben und bietet die Möglichkeit, neue
gen. Im nächsten Schritt werden Objekte Schiene Hamburg zeigen [1]. Technologien im Eisenbahnbetrieb zu
identifiziert, klassifiziert sowie eine Vor- Die durch die Sensoren erzeugte digita- erproben. Siemens hat dafür die Front
hersage über deren weitere Bewegung le Karte wird aber nicht nur für die Al- des Fahrzeuges mit Sensorik ausgerüs-
zu getroffen. gorithmen des Kollisionswarnsystems tet. Durch spezielle Halterungen und Ab-
Für die Sensorfusion gibt es wie bei der genutzt. Der Geschäftsbereich Siemens deckungen konnte das Sensorset voll in
Künstlichen Intelligenz neben der Bahn Mobility Customer Service verwendet den ICE-TD integriert werden. Es erfüllt
Bild 1: Generelle Funktionsweise des Rail Perception Systems, auf dem der Siemens Mainline Assistant basiert
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die Bahnnorm und kann auch bei ho- Erzgebirge [4]. Hier kann – ohne den Zug- 5 Neue (smarte) Sensoren
hen Geschwindigkeiten verwendet wer- betrieb zu stören – getestet werden, ob
den (Bild 2). die Wahrnehmung und Erkennung von Aktuelle Entwicklungen im Bereich der
Für die Erprobung und den Nachweis Hindernissen im Gleis zuverlässig funk- Sensorik werden regelmäßig durch ein
der Funktion des Siemens Mainline As- tionieren. Siemens hat sich zum Ziel ge- eigenes Team evaluiert und bewertet. Vor
sistant wurden systematische Testverfah- setzt, die am häufigsten an Unfällen in allem im Bereich Lidar wird seitens der
ren entwickelt. Eine Basis dafür waren Geschwindigkeitsbereichen bis 45 km/h Hersteller viel investiert, was neue An-
die Richtlinien zur Abnahme von Kolli- beteiligten Objekte zu erkennen: Perso- wendungsmöglichkeiten bei der Genau-
sionswarnsystemen für Straßenbahnen, nen, Prellböcke, andere Schienenfahr- igkeit der Erfassung und der möglichen
die vom Verband der deutschen Nahver- zeuge bzw. Teile davon und Objekte des Reichweiten eröffnet. Bei den Sensor-
kehrsunternehmen (VDV) in Zusammen- Straßenverkehrs. Auch vor geschlosse- Kerntechnologien arbeitet Siemens mit in-
arbeit mit Herstellern und Straßenbahn- nen Hallentoren im Depot soll das Sys- ternen Forschungsabteilungen z.B. einer
verkehrsunternehmen erarbeitet wurden. tem warnen. Für die Tests werden u.a. Spezialabteilung für Hochfrequenztech-
Für den Geltungsbereich EBO gibt es bis- standardisierte Euro-NCAP-Testobjek- nologien und über dediziertes Partner-
her noch keine Spezifikationen und Ab- te verwendet, die in unterschiedlichen management mit unterschiedlichen Star-
nahmerichtlinien für Kollisionswarnsys- Szenarien am und ins Gleis bewegt wer- tups zusammen. In eigenen Prüflaboren
teme. Deshalb strebt Siemens die Zusam- den. Aber auch spezielle Objekte wie der werden Sensoren gründlich auf die Ein-
menarbeit mit der DB an, um gemeinsam Einkaufswagen (ein Berlin-spezifisches haltung der Bahnnormen überprüft. Sie-
Vorschläge für standardisierte Test- und Kollisionsobjekt) oder große Äste im mens Ingenieure erarbeiten bei Bedarf
Abnahmeverfahren zu entwickeln. Diese Gleis sollen zukünftig erkannt werden mechanische und mechatronische Lö-
sollen in die Arbeitsgruppen des Verban- (Bild 3). sungen, um den normgerechten Einsatz
des der Bahnindustrie eingebracht wer- Durch seine Lage und die dortigen kli- von neuartigen und vielversprechenden
den. Denkbar ist auch eine Verankerung matischen Bedingungen hat das Digitale Sensoren im Bahnbetrieb zu ermöglichen.
in der nächsten Bahnnorm (TSI). Testfeld im Erzgebirge zusätzlich den Vor-
teil, gute Erkenntnisse über die Einflüsse 6 Mechanisch/elektrisch voll
4 Praxistest mit dem von Witterung und Verschmutzung zu er- integriert in das Fahrzeug
ICE-TD im Digitalen möglichen. Diese fließen in die Vorberei- und 100% Railigent
Testfeld der Bahn im tung der Tests im täglichen Produktivbe-
Erzgebirge trieb ein. Ziel es ist, auf einer größeren Ziel ist es, das Sensorsystem des Mainli-
Fahrzeugflotte zu allen Jahreszeiten Test- ne Assistant mechanisch und elektrisch
Ein Baustein für die Technologieerpro- daten zu sammeln, zu analysieren und voll in das Fahrzeug integrieren zu kön-
bung ist das Digitale Testfeld der DB im das System schrittweise zu verbessern. nen. Neben dem erforderlichen Bauraum
Bild 2: Die Front des Advanced Trainlabs wurde mit der Sensorik für die Hinderniserkennung ausgerüstet
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Bild 3: Der Lidar des Assistenzsystems erfasst ein anderes Fahrzeug im Gleis
werden Vorrichtungen vorgesehen, um die mechanische, elektrische sowie soft- Anwendungsstufe kann das vollautoma-
die Sensoren zu stabilisieren, zu reini- waretechnische Integration von zusätzli- tisierte Ab- und Bereitstellen von Zügen,
gen und vor Verschmutzung zu schützen. chen Sensoren für das vollautomatisierte sowie das fahrerlose Bewegen auf dem
Das System wird in das Energie-, Mas- Fahren vorgesehen (Bild 4). Betriebsgelände und im Depot sein.
se- und Fahrzeugzustandsmanagement Einen Baustein für die Zulassung solcher
sowie in das Diagnosesystem des Fahr- 8 Ausblick: Grundlagen Systeme legt Siemens Mobility bei der
zeuges eingebunden. Über die Railigent für die Zulassung fahrerlosen Kehre, die im Rahmen des
Plattform [5] lassen sich die Ereignisse vollautomatisierter Projektes Digitale Schiene Hamburg 2021
des Systems auswerten und die Funkti- Systeme schaffen in den Fahrgastbetrieb gehen wird [6].
onsweise prüfen. Die Siemens Fahrzeug- In dem vom BMVi geförderten For-
architektur wird schrittweise für die Inte- Siemens wird mit der Hinderniserken- schungsprojekt Autonome Siemens Tram
gration des Mainline Assistant vorbereitet. nungsfunktion schrittweise weitere An- im Depot – AStriD wird demonstriert, wie
wendungen ermöglichen. Die nächste ein automatisierter Depotbetrieb mit einer
7 Eingebunden in das
Update Programm und er-
weiterbar für die Zukunft
Damit Siemens-Kunden von weiteren Ent-
wicklungsfortschritten, beispielsweise der
Steigerung der Erkennungsleistung und
Verringerung von Fehlwarnungen profi-
tieren können, ist die Einbindung in das
Software-Update-Programm für die Fahr-
zeug-IT geplant. So können auch kun-
den- oder streckenspezifische Besonder-
heiten berücksichtigt werden. Die neuen
Software-Stände werden nach Rückspra-
che mit dem Kunden freigeschaltet und
automatisiert auf das Fahrzeug übertra-
gen.
Im Rahmen der Neu- und Weiterent-
wicklung der Siemens-Fahrzeuge wird Bild 4: Das System soll alle Objekte im Gleis detektieren, die zu Unfällen führen können
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fahrerlosen Tram realisiert werden kann. Sensors4Rail%20bringt%20mehr %20 [6] Digitale Schiene Hamburg; https://www.di-
Kapazit%C3%A4t%20auf%20die%20Schiene, gitale-schiene-deutschland.de/de/aktuelles/
Teil des Projektes ist die Erarbeitung der
abgerufen am 29.05.2021. Digitale%20S-Bahn%20Hamburg-%20ers-
juristischen Grundlagen für die Zulassung [2] Siemens Next Level Track Monitoring; https:// ter%20Zug%20fertig%20ausger%C3%BCstet,
und den Betrieb fahrerloser Systeme im www.mobility.siemens.com/global/en/com- abgerufen am 29.05.2021.
pany/fairs-events/webinars/next-level-track- [7] BMVi geförderten Forschungsprojekt Au-
Depot [7, 9]. monitoring.html, abgerufen am 29.05.2021. tonome Siemens Tram im Depot – AStriD;
Um weitere wesentliche Zulassungsvor- [3] Advanced TrainLab: das schnellste Labor auf https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Arti-
aussetzungen zu schaffen, erarbeitet Sie- Schienen – Neue Technologien direkt im Zug kel/DG/mfund-projekte/astrid.html, abge-
erproben; https://www.deutschebahn.com/ rufen am 29.05.2021.
mens bis 2023 in zwei Forschungsprojek- de/Digitalisierung/technologie/advanced- [8] DZSF Forschungsprojekte Risikoakzeptanz-
ten gemeinsam mit dem DZSF/Eisenbahn- TrainLab-das-schnellste-Labor-auf-Schie- kriterien für vollautomatisierte Systeme (ATO
nen-3953074, abgerufen am 29.05.2021. Risk) und die Anforderungen an die Sensorik
bundesamt und weiteren Partnern die Ri-
[4] Erforschung digitaler Bahntechnologie im und Logik des automatisierten Systems (ATO
sikoakzeptanzkriterien für vollautomati- Erzgebirge geplant; https://www.bmvi.de/ Sense); https://www.dzsf.bund.de/Shared-
sierte Systeme (ATO Risk) und die Anfor- SharedDocs/DE/Pressemitteilungen/2020/034- Docs/Standardartikel/DZSF/Projekte/Pro-
scheuer-digitales-testfeld-erzgebirge.html, ab- jekt_29_ATO.html, abgerufen am 29.05.2021.
derungen an die Sensorik und Logik des gerufen am 29.05.2021. [9] Siemens Autonomous Tram – Teaching Trams
automatisierten Systems (ATO Sense) [8]. [5] Railigent Plattform; https://www.mobility. to drive; https://www.mobility.siemens.com/
Ziel des Projektes ATO-SENSE ist die siemens.com/global/de/portfolio/schiene/ global/de/portfolio/schiene/fahrzeuge/stras-
services/digital-services/railigent.html, ab- senbahnen/autonome-strassenbahn.html,
Ermittlung eines Ansatzes zum Vergleich gerufen am 29.05.2021. abgerufen am 29.05.2021.
der menschlichen Leistungsfähigkeit und
der zu erwartenden Fehler. Dies wird eine
der Definitionsgrundlagen für die An-
Dipl.-Inf. Holger Last (49). In-
forderungen an ein zukünftiges Hinder- formatikstudium bis 2000
niserkennungssystem für den fahrerlo- an der Technischen Univer-
sen Betrieb sein. Auf europäischer Ebene sität Berlin. 1999-2002 Pro-
bringt Siemens die Erfahrungen aus den jektleiter Data Mining/Di-
Entwicklungen und den Forschungspro- gitalisierung bei der Spar Dr.-Ing. Andreas Krutz (44).
jekten in das Projekt European Rail Joint Handels-AG. 2002-2005 Lei- Studium der Elektrotechnik
tung von Digitalisierungs- bis 2006 und Promotion an
Undertaking/Shift2Rail ein, um durch die
projekten mit Schwerpunkt der Technischen Universität
industrieweite Standardisierung die Ein-
Data Analytics bei KPMG. Seit 2005 in ver- Berlin bis 2010. Bis 2016 bei
führung der neuen Technologien zu be- schiedenen Positionen/Bereichen in der Sie- IAV Automotive Enginee-
schleunigen und die Investitionssicher- mens AG. Seit 2015 Leitung des Programmes ring GmbH im Bereich Car-
heit zu erhöhen. „Assistiertes und vollautomatisiertes Fahren Security und Fahrassistenz-
#732_A5 im Schienenverkehr“ für Straßenbahnen, den systemen tätig. Seit 2017 bei
S-Bahn-, Regional- und Fernverkehr sowie den Siemens Mobility GmbH als Product Owner
(Bildnachweis: 1 bis 4, Siemens) Güterverkehr bei der Siemens Mobility GmbH Hinderniserkennungssysteme für Schienen-
Rolling Stock. fahrzeuge (Fahrzeugintegration).
Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO RS Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO DT TI
Literatur
ST TI, Otto-Hahn-Ring 6, 81739 München, SPA PPM, Rudower Chaussee 29, 12489 Berlin,
[1] DB im Innovationsprojekt Sensors4Rail im
Projekt Digitale Schiene Hamburg; https:// Deutschland. Deutschland.
digitale-schiene-deutschland.de/de/projekte/ E-Mail: holger.last@siemens.com E-Mail: andreas.krutz@siemens.com
Zeitschrift für das gesamte System Bahn
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