Track Monitoring Smartphone-App - Viele Bahnen weltweit nutzen Messzüge zur turnusmäßigen Prüfung der Gleise. Eine kontinuierliche Überwachung ...
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Track Monitoring Smartphone-App
Viele Bahnen weltweit nutzen Messzüge zur turnusmäßigen Prüfung der Gleise.
Eine kontinuierliche Überwachung aller Gleise, z. B. in Form einer täglichen
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Messfahrt, ist mit diesen Zügen naturgemäß nicht möglich. Dem gegenüber
stehen u. a. Smartphones mit ihren integrierten Sensoren, welche kostengünstig
und mobil für die Gleisüberwachung eingesetzt werden können. In einem
Homepageveröffentlichung unbefristet genehmigt für Siemens Mobility GmbH, Siemens Mobility AG /
Praxiseinsatz bei der SBB wurden die Möglichkeiten davon
erfolgreich demonstriert.
1. Einleitung stattung und Anbindung von zusätzlicher Lukas Stübinger M. Sc.
Sensorik nicht beeinflusst werden. Project Manager for Digital
Gesteigertes Umweltbewusstsein, Zuver- Aufgrund der steten Weiterentwick- Services, Customer Services,
Siemens Mobility GmbH,
lässigkeit, Sicherheit und Komfort sind lung von Smartphones sind diese heute Erlangen (DE)
gewichtige Faktoren, welche die Entschei- mit einer leistungsstarken Sensorik ausge- lukas.stuebinger@siemens.com
dung eines Reisenden für die Fahrt auf der stattet und in der Lage, große Mengen an
Schiene beeinflussen. Gerade die letzten Daten aufzuzeichnen und zu verarbeiten
Kristin Stavrianidis
beiden Aspekte werden – neben dem Fahr- [1]. 2017 wurde zum ersten Mal das Po-
Senior Sales Manager Digital
zeug selbst – vor allem durch die Schie- tential des Einsatzes eines Smartphones Services, Customer Services,
neninfrastruktur sichergestellt. Aus diesem zur Überwachung von Gleisen erwähnt Siemens Mobility AG, Wallisellen
Grund ist es notwendig, die Gleise regelmä- [2]. Heute ist die Entwicklung so weit fort- (CH)
ßig mit speziellen Messzügen oder manuell geschritten, dass Smartphones eine leicht kristin.stavrianidis@siemens.com
durch Streckenbegehungen zu prüfen. Sol- anwendbare, kostengünstige und mobile
che Messzüge sind nicht nur teuer, sondern Ergänzung zu bestehenden Messmitteln
führen zudem durch ihre geringere Fahrge- sind. Ein geschickter Einsatz von Smartpho-
schwindigkeit im Vergleich zu Regelzügen nes ermöglicht also eine kontinuierliche
zu ungewünschten Einschnitten in den Überwachung der Gleise. [5] Diese Metho-
Regelbetrieb. Aber auch Streckenbege- dik wird im Folgenden genauer erläutert. und die damit einhergehende frühe Feh-
hungen bringen Nachteile mit sich. Denn lererkennung unterstützt Railigent eine
neben den bekannten Gleissperrungen Railigent als Basis für die höhere Systemverfügbarkeit, verbesserte
ergibt sich hier auch noch ein zusätzliches Track Monitoring Smartphone-App Betriebsabläufe, kürzere Aufenthalte im
Gefährdungspotenzial für die Mitarbeiter Depot und eine Optimierung der Kosten.
am Gleis. Eine annähernd kontinuierliche Railigent® ist die Siemens Mobility Appli- Die in Railigent integrierte Anwendung
Gleismessung im Tages- oder Wochen- cation Suite, welche digitale Lösungen wie Track Monitoring Smartphone-App sowie
rhythmus ist daher mit diesen beiden An- die Track Monitoring Smartphone-App be- beispielsweise eine Stellwerksüberwa-
sätzen nicht vorstellbar. inhaltet. Railigent fungiert auch als Platt- chung zielt darauf ab, die Gleisverfügbar-
Um die Kapazität des Gleises für den form und ermöglicht dadurch den Aufbau, keit zu verbessern.
Regelverkehr nicht zu belasten, kommt es die Bereitstellung und den Betrieb von Di- Um Smartphones für die Gleisüber-
seit einigen Jahren vermehrt dazu, dass gitalen Services. Dabei nutzt Railigent Da- wachung einsetzen zu können, wurde die
Regelfahrzeuge mit Sensorik ausgestat- ten von den Bahnanlagen auf intelligente Track Monitoring Smartphone-App ent-
tet werden. Dies ermöglicht während der Weise und stellt die gewonnenen Informa- wickelt. Der Lösungsansatz besteht dabei
deutlich häufiger erfolgenden Regelfahr- tionen in Applikationen dar. Railigent ist so- grundsätzlich aus zwei Elementen. Zum
ten die Messungen und Überwachung der wohl für Schienenfahrzeuge als auch für die einen gibt es eine Smartphone-App zur
Gleise. Die Nachrüstung von Sensorik ist Infrastruktur nutzbar, sodass unterschied- Datenerfassung und Datenversand und
allerdings oft teuer und aufwendig. Zudem lichste Anspruchsgruppen (Bahnbetreiber, zum anderen gibt es eine Railigent Appli-
stellt die Rückwirkungsfreiheit meist ein Instandhalter, Flotten- und Anlagenmana- kation zur Analyse und Bereitstellung der
kritisches Thema dar. Ohne einen Nachweis ger, etc.) im Bahnumfeld davon profitieren gewonnenen Informationen an den Nutzer.
hierfür kann keine Installation von Sensorik können. Durch die Nutzung diverser Daten Die Smartphone-App ermöglicht, dass alle
vorgenommen werden. Schließlich darf die von Bahnanlagen, wie beispielsweise Stell- relevanten Daten der Smartphone Sensorik
Sicherheit des Fahrzeugs durch die Aus- werken, Weichen oder Bahnübergängen, (z. B. Globale Navigationssatellitensysteme
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1: Übersicht der Track
Monitoring Smart
phone-App Funktions
weise
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(GNSS) – Sensor, Beschleunigungssensor Smartphone-App. Zu Beginn jeder Mess- nigungs- und Lokalisierungsdaten des
und Gyroskop) während der Zugfahrt auf- fahrt werden wesentliche Positionierungs- Smartphones sowie des Kartenmaterials
gezeichnet und nutzbar gemacht werden. parameter und Einsatzbedingungen ab- von OpenStreetMap den Fahrkomfort ent-
Für den optimalen Einsatz eines Smartpho- gefragt, um eine korrekte Bewertung und sprechend der Norm DIN EN 12299 [4].
nes zur Erkennung von Fehlern der Infra- Vergleichbarkeit der Daten im Nachgang Anschließend erfolgt die Visualisierung auf
struktur ist es zudem notwendig, weitere, zu gewährleisten. Zu den abgefragten Pa- einer Karte, inklusive einer entsprechenden
externe und frei verfügbare Informationen rametern und Bedingungen zählen unter farblichen Kodierung von „Sehr komforta-
mit den Sensorwerten zu kombinieren. anderem die Positionierung innerhalb des bel“ (hellgrün) bis hin zu „Sehr unkomforta-
Beispielsweise verwendet die Track Moni- Fahrzeugs, Auslastung des Fahrzeugs oder bel“ (dunkelgrün) (Bild 2). Die Railigent Ap-
toring Smartphone-App das Kartenmate- auch der genaue Ablageort. Im Anschluss plikation für die Analyse des Fahrkomforts
rial von OpenStreetMap [3], das über eine an die Konfiguration startet direkt die Auf- erkennt frühzeitig auffällige Streckenab-
spezielle Schnittstelle eingebunden wird. zeichnung der Daten. [5] schnitte ohne große Aufwände. Mit diesen
Die mithilfe der App während der Zugfahrt Die Analyse der aufgezeichneten Daten Informationen kann die Instandhaltung
aufgezeichneten Sensorwerte sowie exter- auf Railigent erfolgt bezüglich der Überwa- der Gleise gezielter geplant und durchge-
ne Informationen müssen anschließend chung des Fahrkomforts. Der Fahrkomfort führt werden. Wichtig bei der Analyse ist
vom Smartphone zu einem zentralen Da- bewertet den Komfort von Passagieren vor allem der zeitliche Faktor. Tritt eine un-
tenspeicher sicher übertragen werden. Als während der Zugfahrt und ist damit auch komfortable Situation immer an derselben
zentraler Datenspeicher dient Railigent. ein Indiz sowohl für den Zustand der Gleise Stelle auf, so bildet der Algorithmus hier ein
Dort werden die Daten analysiert, um An- als auch für die Zufriedenheit der Fahrgäs- Cluster (blauer Kreis Bild 2). Dieses Cluster
omalien zu detektieren und Informationen te. Die Track Monitoring Smartphone-App in Kombination mit der Verschlechterung
über den Zustand der Gleise zu bekom- ermittelt unter Einbeziehung der Beschleu- des Zustands über die Zeit (Trendanalyse)
men. Die Ergebnisse werden anschließend
in Form von Handlungsempfehlungen vi-
sualisiert. Die Track Monitoring Smartpho-
ne-App verarbeitet interne und externe In-
formationsquellen während des regulären
Bahnbetriebs, um Gleise zu überwachen
und Abweichungen vom Normalzustand
zu erkennen (Bild 1). [5]
Für die Datenerfassung wird ein mo-
dernes iOS oder Android Smartphone im
Führerstand platziert. Das Smartphone
wird parallel zur Wagenlängsachse ausge-
richtet, um keine größeren Abweichungen
der Koordinatensysteme des Fahrzeugs
und des Smartphones zu erzeugen. Um
eine gleichbleibend konstante Positionie-
rung sicherzustellen, können Fixierungen
vorgenommen werden. Eine zusätzliche
Unterstützung für die korrekte Positionie-
rung und Konfiguration erfolgt durch die 2: Auswertung des Fahrkomforts mithilfe von Clustern
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3: Ablage der Smartphones innerhalb der Fahrzeuge
stellt den Ausgangspunkt für die Instand- Steuerwagen, dem gezogenen Diagno- dem Drehgestell im gezogenen Diagnose-
haltung dar. sefahrzeug und einer Lokomotive und ist fahrzeug (Bild 3).
71 m lang, 186 t schwer und erreicht eine Die beschriebene Versuchsanordnung
2. Durchgeführte Erprobung Höchstgeschwindigkeit von 140 km/h. Der zeigt, dass der Einsatz der Track Monitoring
Zug verkehrt auf Gleisen mit Normalspur- Smartphone-App innerhalb von wenigen
Um die Einsatzfähigkeit der Track Monito- weite. Minuten durchgeführt werden kann und
ring Smartphone-App zu demonstrieren, Für die Messfahrten wurden drei Smart- keinerlei Eingriffe in das Fahrzeugsystem
wurde diese im Regelbetrieb des gezoge- phones des Modells Samsung Galaxy S20 notwendig sind.
nen Diagnosefahrzeugs (gDFZ) der SBB auf mit einem entsprechenden Mobilfunkver- Die erzeugten Daten, welche sowohl
einer Strecke von etwa 120 km zwischen trag eingesetzt. Die Smartphones wurden auf derselben Linie hin und zurück mit
Bern und Saint-Maurice getestet. Die Zug- an unterschiedlichen Orten innerhalb des derselben Zugkomposition aufgezeichnet
komposition, welche für die Messungen Zuges platziert – im Führerstand des Steu- wurden, werden via der Smartphone-App
eingesetzt wurde, besteht aus einem erwagens und der Lokomotive und über in geeignet großen Datenpaketen an die
Datenbank in Railigent® versendet. Die
Übertragung der Daten geschieht nach
einer notwendigen Authentifizierung des
Geräts im Back-End über eine sichere Ver-
bindung.
Bei der durchgeführten Messung mit
SBB wurden Daten in Höhe von 3,2 Gb auf-
gezeichnet. Die Dauer der Aufzeichnungen
der Track Monitoring Smartphone-App be-
trägt wenige Stunden. Der Erprobungszeit-
raum umfasste einen Tag. Dabei wurden
die Gleise insgesamt zwei Mal (hin und zu-
rück) abgefahren.
Durch den Praxiseinsatz konnten bei
SBB und Siemens weitere Erfahrungswerte
mit der Track Monitoring Smartphone-App
gesammelt werden. Die dabei aufgenom-
menen Daten wurden durch die Analyse,
Aufbereitung und Visualisierung hinsicht-
lich des Fahrkomforts und zum Kurvenra-
dius in einer Web-Applikation in Railigent®
leicht verständlich visualisiert. Ein beson-
4: Qualitativer Vergleich des Smartphone-Sensors mit einem am Wagenkasten verbauten Sensor derer Fokus bei der Erprobung wurde dabei
auf das Sensorverhalten des Smartphones
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Der qualitative Vergleich zwi- Fehler im Gleis während des Betriebs mel-
det.
des Räderzustands zu nutzen. Dabei ist
der der Ablageort aktuell der limitieren-
schen dem Smartphone und pro- In manchen Bereichen kann die Nut- de Faktor. Die Aussage der Lösung be-
zung der Lösung auch vorteilhaft sein, in zieht sich nämlich nur auf das unter der
fessionellen Sensoren zeigt, dass denen ein Diagnosezug aktuell nicht einge- Messung befindliche Drehgestell. Die
ein Smartphone valide Daten setzt werden kann. Dies kann beispielweise
in Gebieten mit geringen Auslastungen
Vielzahl an weiteren Anwendungsfällen
verdeutlicht das weitere Potential der Lö-
für die Fahrkomfortberechnung oder schlechten örtlichen Erreichbarkeiten sung.
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sein. Wiederum andere Gründe für den Ein-
erstellen kann. (SBB) satz der Track Monitoring Smartphone-App
sind mögliche hohe Ausfallzeiten des Takt-
plans oder ein hoher Ressourcenbedarf für
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die Durchführung der Inspektion.
Mithilfe der vorgestellten Lösung kön-
nen Smartphones jederzeit und unkompli-
ziert in einem Fahrzeug platziert werden,
sodass je nach Bedarf der Gleiszustand
kontinuierlich von der Track Monitoring
im Vergleich zu der professionellen Mess- Smartphone-App überwacht wird. Damit
technik des gezogenen Diagnosefahrzeugs wird es dem Infrastrukturbetreiber ermög-
gelegt. Neben dem mittleren Smartphone licht, den Zustand seiner Strecke konti-
ist im gezogenen Diagnosefahrzeug ein nuierlich zu verfolgen und zum richtigen Literatur
performanter Beschleunigungsaufnehmer Zeitpunkt Gegenmaßnahmen einzuleiten.
verbaut, der im Nachgang an die Messfahrt Zudem macht die Analyse den Einfluss auf [1] Stübinger, L.; Hampel, F.; Hempel, T.; Maryam, B.;
Schindler, C.: Kostengünstige, minimalinvasive und
als Referenz für die aufgenommenen Werte den Fahrkomfort deutlich und zeigt die
mobile Überwachung des Bahninfrastrukturzustandes
diente. Bei dem anschließenden qualitati- Wirksamkeit der durchgeführten Instand- mittels Smartphone-Sensorik, Proceedings of the 2nd
ven Vergleich der Daten zeichnet sich ein haltungsmaßnahmen. International Railway Symposium Aachen, IRSA 2019,
ähnliches Muster ab, wie in Bild 4 erkennbar Aachen, Deutschland, S. 13 – 27
wird. Auf Basis der guten qualitativen Ver- 4. Ausblick [2] Azzoug A. and Kaewunruen S. (2017): RideComfort:
A Development of Crowdsourcing Smartphones in
gleichbarkeit der Daten des Smartphones
Measuring Train Ride Quality, Frontier in Built Environ
und Beschleunigungsaufnehmers des Wa- In weiteren Untersuchungen wurde fest- ment, Volume 3, Article 3, doi: 10.3389/fbuil.2017.00003
genkastens lässt sich ein valider Gebrauch gestellt, dass sich die Track Monitoring [3] OpenStreetMap Foundation, OpenStreetmap.org,
der Daten feststellen. Durch die Analyse Smartphone-App auch dazu eignet, die Open Database License (ODbL)
hinsichtlich des Fahrkomforts konnten 8 Gleisüberhöhung zusätzlich zum Bogen- [4] DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Bahnan
wendungen – Fahrkomfort für Fahrgäste – Messung
Abweichungen identifiziert und den je- radius abzuschätzen. In Zukunft werden
und Auswertung, DIN EN 12299, 2009
weiligen Ursachen (Infrastruktur, Fahrzeug sowohl die Berechnung des Bogenradius [5] Hauptvogel, A.; Stübinger, L.: Track Monitoring
oder Fahrverhalten) zugeordnet werden. als auch der Überhöhung als Ergänzung Smartphone-App, EI – Der Eisenbahningenieur,
in das bestehende Dashboard implemen- April 2021
3. Zusammenfassung und Nutzen tiert. Jedoch ist es noch notwendig, die
in der Praxis Genauigkeit der Berechnung zu verbes-
sern, um verlässliche Aussagen über die-
Die Bewertung des Gleiszustands ist ty- se Parameter zu treffen. Abgesehen von
pischerweise eine Tätigkeit, die mit sehr der Infrastruktur gibt es erste Überlegun-
hohen Personalaufwendungen oder mit gen, die Lösung auch für die Ermittlung
hochteurer Messtechnik verbunden ist.
Um dieses Problem zu lösen, ist eine kos-
tengünstige, kontinuierliche und minimal- Summary
invasive Art der Überwachung erforderlich.
Track Monitoring smartphone app
Die Track Monitoring Smartphone-App
basiert auf verfügbaren, handelsüblichen The utility of smartphones as monitoring solu
tion could be confirmed by various customer
Smartphones (iOS oder Android) und ist
assignments (e.g., SBB). The track monitoring
flottenübergreifend einsetzbar. Ohne gro-
smartphone app combines current hardware with
ße Aufwände kann sie täglich, auch auf
an end-to-end software chain which allows data
unterschiedlichen Fahrzeugen angewen- processing and comparison and prepares the in
det werden. So haben Bahnbetreiber eine formation in a suitable form. The information gen
Möglichkeit, den Komfort für die Fahrgäste erated is used for a demand-orienting planning of
zu bewerten und auch direkt verbessern zu Link zur Webseite: maintenance measures. The use of the solution at
können. Auch stellt die Lösung eine objek- https://www.mobility.siemens.com/glo- SBB demonstrates that valid data for the calcula
tive Alternative für die Wahrnehmung des bal/de/portfolio/schiene/services/digital- tion of ride comfort can be achieved.
Fahrzeugführers dar, der normalerweise services/smart-measurement.html
www.eurailpress.de/etr ETR | April 2022 | NR. 4 83Sie können auch lesen
