Einflüsse der digitalen Evolution auf die Zukunft des...

Einflüsse der digitalen Evolution aufdie Zukunft des SchienenfernverkehrsWird “autonomes Fahren” Realität?

Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobilityUnrestricted © Siemens AG 2016

Unrestricted © Siemens AG 201614.11.2016 | SiT-Safety in Transportation 2016Seite 2 Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobility

Vision 2050: Die Zukunft der Mobilität wird spannend

• Wir stellen uns oft die richtigenFragen, geben aber die falschenAntworten

• Aufgabenbereiche werden sichverändern

• Übergangsfrei intermodal zureisen, wird der Normalfall sein

• Der Energieverbrauch wird sichverringern

• Kapazitäten und Flexibilitätwerden immens gesteigert

• Autos werden autonom fahren –ja, aber später und anders alsvielleicht vermutet!

1867

2016

Quelle: Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_tube#/media/File:Pneumatic_Dispatch_-_Figure_7.png

Quelle: Pocket-lint http://cdn.pocket-lint.com/r/s/970x/assets/images/phpqdbccw.jpg


Ist das „autonome Fahren im Schienenfernverkehr“ amGipfel der überzogenen Erwartungen angekommen?

Quelle: Gartners Hype cycle der Jahre 2013, 2015, 2016

Erwartungen

Zeit

Pfad derErleuchtung

Plateau derProduktivität

Technolo-gischerAuslöser

Gipfel derüberzogenenErwartungen

Tal derEnttäuschungen


Autonome Straßenfahrzeuge = Autonomes Fahren im Schienenfernverkehr ?

2015 (5 – 10 Jahre)2016 (mehr als 10 Jahre)

2013 (5 – 10 Jahre)


Systeme des Schienenfernverkehrs sind bereits höher automatisiert alsSysteme des Straßenverkehrs – eine gute Basis für die Vollautomatisierung

1 GoA = Grade of Automation, Automatisierungsgrad nach International Electrotechnical Commission/Commission Électrotechnique Internationale, Internationaler Standard 62290-12 SAE Levels 0-5: Automatisierungsgrade wie von der Society of Automotive Engineers (SAE) definiert

Teilweise automatisiertFahrzeugführer behält die Kontrolle

Hoch automatisiertFahrer greift begrenzt ein

VollautomatisiertOhne Eingriff eines Fahrers

Produktstatus

Produktstatus

Automatische Zugsicherung Fahrerassistenzsysteme Automatischer Zugbetrieb Fahrerloser und unbemannter Zugbetrieb

Serie Nahverkehr/Forschung und Entwicklung FernverkehrSerie

N/AForschungEntwicklungSerie

Assistenzsysteme Autopilot

Herausforderung:Im Fehlerfall mussdas System einensicheren Statuseinnehmen

Automatisierungsgrad / StatusGoA01 GoA3 GoA4

SAE 02 SAE 1 SAE 2 SAE 3 SAE 4 SAE 5

GoA1 GoA2

Fahrerassistenzsysteme für Autobahnen



Der exponentielle Anstieg der Digitalisierung wird auch das Bahnwesengrundlegend verändern – und das hat bereits begonnen!

Rüdiger Grube, Vorstandsvorsitzender Deutsche Bahn AG – FAZ.net, 2016

Ich rechne damit, dass wir 2021, 2022 oder 2023so weit sind, dass wir in Teilen unseres Netzesvollautomatisch fahren können.

„“


Die Möglichkeiten durch die Digitalisierung sind vielfältig –das steigert auch den Automatisierungsgrad im Schienenfernverkehr

MehrSicherheit

HöhererDurchsatz

Neue Geschäfts-modelle & Aufgaben

auf der Schiene

WenigerBetriebskosten



Im Sinne des olympischen Gedankens:Ist ein vollautomatisierter Bahnbetrieb stets die beste Lösung?

GoA = Grade of Automation, Automatisierungsgrad nach International Electrotechnical Commission/ Commission Électrotechnique Internationale, Internationaler Standard 62290-1

GoA 1GoA 2 GoA 3/4



Beispiele für Anforderungen an eine zukunftssichere Bahn aus Sichtverschiedener Betreiber

High Density Fern- undRegionalverkehr

§ Kapazitätssteigerung beivorh. Infrastruktur

§ Konstantes Fahren trotzMischverkehr

§ Hohe Sicherheits-anforderungen

§ Hohe Verfügbarkeit desSystems

§ Interoperabilität

Low Density Fern- undRegionalverkehr

§ Niedrige Betriebskosten§ Reduktion des

Equipments§ Hohe Sicherheits-

anforderungen

Güterverkehr

§ Energieeinsparungen§ Interoperabilität§ Technik auf der Lok§ Fahren ohne Tf§ Hohe Sicherheits-

anforderungen

§ Hohe Verfügbarkeit desSystems

§ Präzises Stoppen§ Fahren ohne Tf§ Pit-to-Port: Integrierte

Lösungen§ Robuste High End

Lösungen§ Geringere Sicherheits-

anforderungen

Minenbahnen


Der Eisenbahnbetrieb in Deutschland ist hoch komplex – die Notwendigkeitder Automatisierung wurde früh erkannt und in Teilbereichen umgesetzt

BetrieblicheSchicht

TechnischeSchicht

Fahrdienstleiter

Fahrweg

Triebfahrzeugführer

Fahrzeug

Stellwerks-bedienung

Triebfahrzeug-bedienung

Kommunikation &betriebliche Regeln

Zugbeeinflussung

ETCS

ATO



Obwohl seit mehreren Jahrzehnten die Aufgaben des Triebfahrzeugführersgrundlegende Veränderungen erfahren haben…

Aktive Steuerung Überwachen



…ist die nächste Evolutionsstufe Gegenstandteilweise kontroverser öffentlicher Diskussionen



Auf welcher Basis soll das häufig diskutierte „autonome“ Fahrenauf der vorhandenen Infrastruktur aufsetzen?

Bauform Anzahl Anteil am Gesamt-bestand in %

Mechanische Stellwerke 839 27

ElektromechanischeStellwerke 339 10

Relais- /Drucktastenstellwerke 1.397 45

Elektronische Stellwerke 424 13

Sonstige Bauformen 91 2

Stellwerke gesamt 3.090 100

Quelle: DB AG, 2014 Quelle: DB Netz AG 2015

Anzahl Stellwerke nach Bauarten (DB AG) Streckenausrüstung (DB AG)in km 2014 2015

Betriebslänge 33.281 33.281

KontinuierlicheZugbeein-flussung

LZB Ausrüstungen(zweigleisig) 2.616 2.465

ETCS(VDE 8) 0

114 (LeipzigMesse –

Erfurt Hbf)

Nächste Jahre: ~2.500 km der Gleise mit ETCS ausgerüstet

Bis 2022: ~1.450 km davon entlang ERTMS Corridor A

Bis 2030: Class B Train Control System LZB wird ersetzt durch ETCS

Bis 2050: TEN-network in Deutschland mit ETCS ausgestattet


“Vollautomatisierung ist imSchienenfernverkehr möglich”

“ATO ist eine weitere Stufe derZugsicherung/-beeinflussung”

“Automatisierung kostetArbeitsplätze”

Ein paar notwendige begriffliche Einordnungen

Ja!Es besteht die Möglichkeit bestimmte betriebliche Szenarien vollautomatisiert zurealisieren. Aus der umfangreichen Erfahrung aus dem Nahverkehr lassen sich vielebewährte Funktionen auf den Fernverkehr übertragen.

Falsch!ATO ist eine Zusatzfunktion, welches auf der Basis eines sicherenZugbeeinflussungssystems, z.B. ETCS aufsetzt.

Falsch!Die Produktivität wird durch eine hochautomatisierte Systemlösung gesteigert – mehrZüge können am Tag verkehren. Aber klar ist, eine Arbeitsplatzverlagerung wirdstattfinden.

Teilweise richtig!Im Schienenfernverkehr ist vollautomatisiertes Fahren denkbar. Autonomes Fahren istnoch etwas anderes. Güter könnten sich evtl. autonom von A nach B bewegen.

“es wird zukünftigautonom gefahren”


Bereits heute bewirken zusätzliche Assistenz- undAutomatisierungsfunktionen eine deutliche Effizienzsteigerung

ETCS mit Driver Advisory System ETCS mit einem zur Streckenzentraleverbunden Driver Advisory System

ETCS mit einem System fürAutomatic Train Operation


ATO verkürzt die Zugfolge durch späteres Bremsen und konstantes Fahrenund erhöht damit die Leistungsfähigkeit einer Strecke

Zugfolge zwischen normal betriebenen Zügen

Zugfolge zwischen mit ATO betriebenen Zügen

Optimierungspotential durch ATO

BlockBremsaufforderung durch ETCS

zulässige Geschwindigkeit

ETCSBremsweg



Hochautomatisiertes Fahren im Fernverkehr wird bereits Realität:2018 wird die erste "ATO over ETCS" Anwendung den Betrieb aufnehmen

Anforderungen• Erhöhung der Kapazität auf bestehender

Infrastruktur in London• 24 Züge pro Stunde & pro Richtung

Umsetzung• Ziele nur mit “ATO over ETCS Level 2”

erreichbar• Trainguard® ATO over ETCS im

Kernbereich, DAS mit TPWS bzw. DASmit ETCS in den anderen Bereichen

Vorteile• Hocheffizientes ETCS System

(vergleichbar mit einem Metro System)• Anwendbar auf alle Eisenbahnverkehre

TPWS – Train Protection and Warning System

Thameslink ProgrammeIndicative future network

Stations indicated are for route identification onlyThis map shows an indicative rout network. The 2015 Thameslink trainservice is subject to further evaluation and consultation by the DfT

KeyJuly 2007By end 2015(possible destinations)

Peterbrough

Bedford

Luton Airport Parkway

Cricklewood

Letchworth

Cambridge

King’s Lynn

Lewisham

Dartford

Swanley

Seven Oaks

Ashford

EastbourneBrightonLittlehampton

Guildford Horsham

Gatwick Airport

East GrinsteadTonbridge

Bromley SouthWimbledon

Elephantand Castle

London Bridge

St Pancras International

City ThameslinkFarringdon

Blackfriar

ST PANCRASINTERNATIONAL

FarringdonCity Thameslink

LONDONBLACKFRIARS


Vollautomatisierung im Schienenfernverkehr bleibt eine Herausforderung,aber wir sind bereits auf dem richtigen Weg

Zahlreiche Cross-Urban-Projekte weltweit

Assistenzlösungen werden verstärkt angefragt

ATO over ETCS (GoA2) ist „Stand der Technik“

Vollautomatisiertes Fahren (GoA3/4) istmöglicherweise die Zukunft, aber:• Komplexes Streckenlayout• Das Netz ist nicht vollständig gegen äußere Einflüsse zu

schützen (z.B. durch Zäune, Über- und Unterführungen etc.)• Neben den technischen Herausforderungen müssen die

Systeme in Europa harmonisiert werden

ATO wird den Betrieb mit ETCS Level 3stabilisieren und weitere Potenziale heben.


Neue Lösungen auf dem Prüfstand zur Bahntauglichkeit

Innovationsprojekt


Erste Demonstration gemeinsam mit DB Cargo:Funktionalität ATO im Kontext Güterverkehr erfolgreich getestet

Demonstrierte Szenarien• Automatisiertes Anfahren an Wagengruppe zum

Kuppeln

• Mit Tablet ferngesteuerte Abfahrt und exaktesHalten des Zuges

• Automatisiertes Bremsen und Anfahren nachStreckenvorgabe

• Automatisierte Fahrt mit Höchstgeschwindigkeit,sowie Abfahren einer Langsamfahrstelle

• Sensorgesteuerte Erkennung von Hindernissen


Automatisiertes, sensorgestütztes Anfahrenan Wagengruppe zum Kuppeln

• Integration der Sensorik und Komponentenin Bestandslok

• Anbindung der ATO an die Fahrzeugsteuerung

• Ausführung ATO Steuerkommandos

• Exaktes Anfahren an Puffer zum Kuppeln


Automatisiertes Anfahren, Fahren entlang eines Geschwindigkeitsprofils,Bremsen und exaktes Anhalten anhand betrieblicher Streckenvorgaben

Screenshot DBCargo Film

• Ruckfreie Kontrolle eines 230m Güterzuges(Fahren, Bremsen, Halten, LA)

• Zielhalt genauer als +/- 50cm

• Initialisierte Abfahrt des Zuges per Tablet


Automatisierte Fahrt mit ATO optimiert das Fahrprofil

ATO

Tf



Automatisierte Fahrt auf ein Hindernis,sensorgestützte Erkennung & Halt

Screenshot DBCargo Film

• Erprobung von Kfz-Sensoren LIDAR und RADARmit ATO

• RADAR auf 400m ertüchtigt (Softwareanpassung)

• Fusion der Sensordaten und Kopplung mit ATO

• Meldung detektierter Hindernisse an ATOin Echtzeit


Zielsetzung für weitere Innovationsprojekte zumvollautomatisierten Fahren im Schienenfernverkehr

Aktiver Dialog zwischen Betreibern undHerstellern bezüglich• technisch-betrieblicher Machbarkeit, Zulassung

• Akzeptanz durch Gesellschaft, Kunden undMitarbeitern

• betrieblicher Szenarien, Rückfallebenen,akzeptablen technischen Lösungen

• Kostenreduktion, Flexibilisierung des Fahrplans

• eines realistischen Bildes von ATO und höhererAutomatisierungsstufen


In Abhängigkeit von Kundenwünschen, Migrationsszenarien undTechnologien – ETCS ist die Grundlage für Innovationen

UNISIG Gremien | Shift2Rail Arbeitspakete zu ATO, Moving Block etc. | ETCS Level 3 Demonstrator…

GoA3/4Level 3

ATO

ETCS



Kontakt

Dr. Markus Pelz

Siemens AG, MO MM ML S 1Ackerstr. 22,38126 Braunschweig

E-Mail: [email protected]

Weitere Informationen:http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/de/fernverkehr/schienenverkehr/bahnautomatisierung/zugbeeinflussung/european-train-control-system/Seiten/european-train-control-system.aspx

Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit!Einflüsse der digitalen Evolution auf die Zukunft desSchienenfernverkehrs - Wird autonomes Fahren Realität?

Dr.-Ing. Markus Pelz | Mainline Rail Automation | siemens.com/mobilityUnrestricted © Siemens AG 2016

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