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transcript
Dr. Michael LeiningNEXTRAIL
Stefan Lossauquattron management consulting
Nürnberg, den 12. März 2019
8. Forum Bahntechnik 2019
Potenziale der Automatisierung im Schienenverkehr und 5G als Kommunikationsebene
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Agenda
1. Kurzvorstellung
Automatisierung Schienenverkehr
Kommunikationsebene 5G
2.
3.
8. Forum Bahntechnik 2019
3
Die quattron group integriert strategische und technische Beratung, Projektmanagement sowie IT-Lösungen für komplexe Infrastrukturen
> 15 Jahre Marktpräsenz
> 100 Berater und Ingenieure
> 10 Mio. € Umsatz
Solutions for
infrastructure
Strategie- und Transaktions-beratung, Kommunikation und Politik für Daseinsvorsorge, Energie, Verkehr, Immobilien und Gesundheits-wirtschaft
Projekt-managementund technische Beratung für TK-Infrastruktur sowieAkquisition und Funk-/ Festnetz-planung
IT-Lösungen und Services für Infrastruktur-Projekte
Technische Beratung, Spezifikation, Infrastruktur-daten, RAMS-Analysen, Prüfung und Abnahmen für ETCS und LST
Projekt-management großer und komplexer Eisenbahn-infrastruktur-Projekte
Strategie-, Finance-, Prozess- und Organisations-beratung für Infrastruktur-technologien
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Agenda
Kurzvorstellung1.
Kommunikationsebene 5G3.
2. Automatisierung Schienenverkehr
8. Forum Bahntechnik 2019
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Autonomes Fahren wird in allen Verkehrsträgern Einzug halten
Quelle: Gnangarra, commons.wikimedia.org Quelle: Tobias Bär, commons.wikimedia.org
Quelle: Ben Smith, commons.wikimedia.org(Artikel: https://www.handelsblatt.com/technik/forschung-
innovation/elektromobilitaet-tesla-schiffe-sollen-container-
transportieren/20851066.html?ticket=ST-3900911-
WBdNJgjaIOFYbbZHTwaq-ap3)
Autonomer Verkehr
Schifffahrt
Straßenverkehr Eisenbahnen
Luftverkehr
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Automatisierung im Nahverkehr ist schon lange Realität- auch hier in Nürnberg
Source: Subscriptshoe, Wikipedia
Source: Cmglee, Wikipedia Source: Thyristorchopper, Wikipedia
Source: Tristos, Wikipedia
Source: LeoMSantos, Wikipedia
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Ein wesentlicher Technologiesprung liegt zwischen GoA 1/2 und GoA 3/4
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Zug in Bewegung setzen
Der Zug wird manuell gefahren. Mindestens Abfahrt und Halt werden durch einen Lokführer durchgeführt. Automatisches Abfahren der Geschwindigkeits-kurven gem. Vsoll möglich (vgl. AFB bei LZB und ETCS).
GoA 1Nicht-automatisiertes
Fahren
GoA 2Teil-automatisiertes
Fahren
GoA 3Fahrerloses
Fahren
GoA 4Voll-automatisiertes
Fahren
Ein Zugbegleiter ist anwesend, der das Schließen der Türen überwacht, in Notfällen eingreifen kann und den Zug führen könnte. Er sitzt jedoch nicht zwangsläufig vorne.
Der Zug fährt gänzlich unbegleitet, alle Funktionen sind automatisiert. Das Kontrollsystem übernimmt alle Fahrt- und Überwachungs-funktionen .
Störungs-management
Tür-Schließung
Zug fahren und anhalten ()
Der Zug fährt automatisch, nur Abfahrtsauftrag durch Lokführer. Der Lokführer ist immer noch im Führerstand, um das Schließen der Türen zu überwachen und ggf. Fehlermanagement zu betreiben.
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Erwartungen an automatisiertes Fahren
Kapazität
Betriebsqualität
Energiekosten senken
Flexibilität
Kosteneffizienz
Höhere Sicherheit
Taktverdichtung
Mehr Züge ohne Bau weiterer Gleise
Pünktlichkeit
Anpassung an aktuelle Betriebslage
Flexible Einsatzplanung
Bereitstellung zusätzlicher Kapazitäten für Spitzen
Unabhängigkeit von Betriebspersonalen
Energieeinsparung
Keine betrieblichen Fehlhandlungen
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CBTC Funktionen und Teilsysteme, die in Mainline-Systemen „unüblich“ sind
„Moving block“ oder sehr dichter „fixed block“
Full supervision bzw. permanente Überwachung der Zugsicherung
Automatisiertes Fahren, mindestens GoA 2
GoA 3/ 4: Überwachungs- / Steuerungsfunktionen Innenraum und technische Systeme
Reisenden-Lenkung, insbesondere Bahnsteigtüren (Screen Doors)
Hoch integrierte Traffic Management Systeme
Weitgehend abgeschirmte Trassenführung
Zugintegritätsprüfung
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Mit geringfügigen Weiterentwicklungen lässt sich ATO über ETCS zeitnah einsetzen
Spezifikationen sind vorhanden
Ausnutzen wesentlicher Vorteile des ATO ist gegeben
Mit GPRS kann GSM-R auch heute schon für ATO genutzt werden
Digitale StellwerkeDSTW
ETCS L2 ohne Signale
ATO GoA 2
Funksystem
Dispositionssysteme
Status Weiterentwicklungsbedarf
Bereitstellung standardisierter Schnittstellen
Produkte verfügbar
Spezifikationen bis GoA 2 vorhanden
Dispositionssysteme nur mit Einschränkungen als TMS nutzbar
Verfügbare Systeme
Bei Bedarf Ergänzung weitere Standardschnittstellen
Erweiterung der ETCS Spec. um GoA 2 Funktionalitäten
keiner
FRMCS1 bis GoA 4 auslegen
TMS Funktionen entwickeln
Dispo-Systeme erweitern
1 FRMCS = Future Railway Mobile Communication System (Nachfolge GSM-R)
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Mindestausrüstung für eine GoA 2 Konfiguration mit heute verfügbarer Technologie
Onboard
Zugsicherungssystem (ETCS OBU)
ATO System
ATS System (S = Supervision / Diagnose)
GSM-R
Infrastrukturseitig
Zugsicherungssystem (RBC)
ATO System
ATS System (S = Supervision / Diagnose)
Funk-System (IP-basiert)
Stellwerk
Zugsteuerungssysteme / Dispositionssysteme
ESTW/DSTW
Disposition / Steuerung
ATP
ATO
ATS
Ggf. lokaler Funk zur
Übertragung von Journey Profiles
ETCS
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Zugsteuerung ATO-OBETCS-OB
Version 3.6.0, ergänzt
um CR1238*)
ORD
ATO-TS RBC ESTW
Bedienung
Funkschnittstelle
ATO
Strecken-Seite
Fahrzeug-Seite
Modem
*) Im CR1238 werden ATO relevanten Modifikationen von ETCS spezifiziert.
ATO und ETCS sind Systeme, die eine strecken- undeine fahrzeugseitige Komponenten haben
Funkschnittstelle
ZugsicherungModem
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• Automatisches Fahren und Stoppen des Zuges (entlang dynamischer Fahrpläne und Infrastrukturdaten)
• Hochpräzises Abfahren der ATO-Geschwindigkeitskurve durch ETCS gesichert
• Abfertigungsprozess, Start und Streckenbeobachtung sowie ständige Eingriffsmöglichkeit durch Triebfahrzeugführer
• Kontinuierliche Kommunikation Fahrzeug – Strecke über leistungsfähiges Funksystem (z. B. 5G)
• Kontinuierliche, globale Betriebs-optimierung durch innovatives TMS
• Ableitung von ATO-Fahrvorgaben anhand aktueller Betriebslage (dynamische Fahrpläne)
• Berücksichtigung von aktuellen Infrastruktureinschränkungen
• Unterstützung durch (Teil-) Automatisierung von Betriebsentscheidungen und Kommunikationsprozessen
• Optimierung der ATO-Geschwindigkeitskurve entlang der aktuellen (streckenseitigen) ATO-Fahrvorgaben
• Steuerung des Fahrzeugs entlang der ATO-Geschwindigkeitskurve, überwacht durch ETCS
• Präzises, automatisches Halten
• Laufende Statusmeldungen an die Strecke
Streckenfunktionalität (ATO TS) Fahrzeugfunktionalität (ATO OB)ATO/TMS-Gesamtfunktionalität
Die Funktionen eines dynamischen TMS können die Kapazität weiter steigern
TMS = Traffic Management System/Verkehrsleitsystem
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Agenda
Kurzvorstellung1.
Automatisierung Schienenverkehr2.
3. Kommunikationsebene 5G
8. Forum Bahntechnik 2019
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Ein dynamisches TMS steigert den Kapazitätseffekt - Voraussetzung ist ein schnelles Funksystem
ETCS
ATP
ATO
ATS
Traffic Management System
DSTW
5G
Ein echtzeitfähiges und ein damit für die Kommunikation zeitkritischer Systeme geeignetes Funksystem wie 5G ist Voraussetzung hierfür.
Optimale Ausrüstung für eine künftige GoA 2 / 3 / 4Konfiguration mit 5G als Kommunikationsebene
Dynamische Verkehrsmanagementsysteme (TMS) führen die Züge jederzeit gemäß der aktuellen Betriebssituation unter Berücksichtigung netzweiter Optimierungseffekte
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Mit einem dynamischen TMS steigt die Komplexität des Systems und damit die Anforderungen an die Laufzeit
ESTW
Strecken-Seite
…
Datenbank /
Statistik
Aufgaben-
manage-
ment
Aktueller Fahrplan
Konflikt-
lösung
ATO-TS
HMI
CTCSchnitt-
stellen
Infrastruktur-
daten-
management
CCTV
Mainte-
nance
Fahr-
strom
PIS
RBC
Zugsteuerung ATO-OBETCS-OB
Version 3.6.0, ergänzt
um CR1238*)
ORD
Fahrzeug-Seite
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In der Schweiz basiert das technische Zielbild des auto-matisierten Bahnbetriebs auf einem 5G - Funksystem
Mobil
Fest
Zentral
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5G-Potenziale ergeben sich neben der Latenzzeit auch aus den Dimensionen Datenrate und Anzahl von Endgeräten
Anwendungsfelder auf Basis bester Verbindungsqualität, Stabilität und Verfügbarkeit (QoS)
mit geringen Latenzzeiten bspw. für Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation – hier steht
Echtzeit-Datenübertagung im Fokus und weniger die Übermittlung enormer Datenmengen:
„Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC)“
Dienste mit hohen Datenübertragungsraten wie z.B. hochauflösendes Videostreaming
insb. bei mehreren Teilnehmern in einer Zelle): „Enhanced Mobile Broadband – eMBB“
Globale Vernetzung bzw. „Internet der Dinge“ (IoT) einer riesigen Anzahl von smarten
Geräten (von heute 7 Mrd. Smartphones zu zukünftig 500 Mrd. Endgeräten) mit Sensoren:
„Massive Maschine Type Communication (mMTC)“
5G
< 1ms
Bis 10 Gbit/s
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Weitere Anwendungen ergeben sich bei hohen Datenraten wie bspw. Diagnose / Entstörung aus der Ferne
5GConnectivity
Instandhaltung / Entstörung / Ferndiagnose
Anlagenüberwachung (Dopplung IT Security)
Innenraumüberwachung Fahrzeuge
Präzise Lokalisierung
(5G Enhanced Positioning)
ATO mit ETCS1
Reisendenlenkung
(insbesondere Screen doors)
1 5G hier nicht zwingend, theoretisch auch 4G ausreichend
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Mobilitäts-Plattformen mit großer Menge von Verkehrs-trägern (IoT) erfordern ebenfalls 5G-Kommunikation
Schiffe
S-Bahn
Tram
Bus
Car-Sharing
Ride-Sharing
Bike-
SharingScooter-
Strom
Parkplatz
Mobilitäts-PlattformTaxi
Bahn
U-Bahn
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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. Michael Leiningmichael.leining@nextrail.com
www.nextrail.com
Stefan Lossaustefan.lossau@quattron.com
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THE RAILWAY EXPERTS THE TECHNOLOGY TRANSFORMERS
Solutions forinfrastructure
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