Geisterbahn im Feldversuch Forschungsteam des MASKOR-Instituts entwickelt System zur automatisierten Hinderniserkennung im Schienenverkehr

Sonntagmorgen, kurz nach 6 Uhr: Der Triebwagen VT 504 006 fährt über die Gleise der Bördebahn zwischen Düren und Euskirchen, am Steuer sitzt – Kollege Computer.

Wie von Geisterhand gesteuert rollt das Fahrzeug über einen etwa einen Kilometer langen Gleisabschnitt zwischen Jakobwüllesheim und Vettweiß, der eigens für die Testfahrten gesperrt wurde. Im Rahmen des Projekts RailAIxs (Rail automation with Artificial Intelligence for detection of exceptional situations) wird hier erprobt, wie automatisierte Hinderniserkennung im Schienenverkehr eingesetzt werden kann.
An Bord des Triebwagens ist ein Forschungsteam des MASKOR-Instituts der FH und des Instituts für Schienenfahrzeuge der RWTH Aachen, ebenso Fachleute der Projektpartner Rurtalbahn GmbH, Hörmann Vehicle Engineering GmbH und QINUM GmbH. Sie testen, welche Methoden eingesetzt werden können, um plötzlich auftretende Hindernisse zu detektieren. Der Partner Hörmann Vehicle Enginnering hat in diesem Vorhaben die Bremse automatisiert; aufgrund der Hinderniserkennung wird entschieden, ob die Bremsung eingeleitet wird. Das ist die Grundvoraussetzung dafür, Fahrzeuge autonom – also ohne Person im Führerstand – auf der Schiene einzusetzen.

Der Triebwagen ist vollgepackt mit Technik - von Sensoren und Kameras bis hin zu Rechnern, die die Daten in Echtzeit verarbeiten und so die Grundlage für eine automatisierte Hinderniserkennung schaffen.
Das FH-Team wird geleitet von Prof. Ingrid Scholl, zur Seite stehen ihr die Mitarbeiter Julian Daniel Eichenbaum, Yannick Otten, Friedrich Karl Betz und Sai Ajith Reddy Anakala sowie die studentischen Mitarbeiter Henning Hedemann und Jens Bockhorn. Sie entwickelten ein System, das es erlaubt, Daten unterschiedlicher Art miteinander in Echtzeit zu verrechnen.

Vollgepackt mit Technik

VT 504 006 ist vollgepackt mit Technik. An der Fahrzeugfront ist – sowohl innen als auch außen – ein Sensorsystem angebracht, das Kameras, lichtbasierte Entfernungsmessung (Lidar, Light Detection and Ranging) sowie satellitengestützte Ortung vereint. Das MASKOR-Institut entwickelte und montierte das gesamte Sensorsystem und die KI. Die Sensordaten werden aufbereitet und noch an Bord des Zuges in Echtzeit verrechnet, um mögliche Hindernisse zu erkennen und zu identifizieren.

Das Forschungsteam ist bereits die ganze Nacht unterwegs, als die Tests auf der Bördebahn stattfinden, schließlich können sie nur dann auf einer echten Strecke durchgeführt werden, wenn der normale Verkehr ruht. Die Forschenden haben verschiedene Hindernisse am Gleis platziert, etwa Personen oder Fahrzeuge. Gebannt starren sie auf vier große Monitore. Diese zeigen zum einen die Livedaten der Kamerabilder an, zum anderen die Punktwolken, die die Lidars generieren. Ingrid Scholl erklärt: “Wir haben im Rahmen des Projekts ein Trainingssystem entwickelt, das den Einsatz künstlicher Intelligenz in den neuen Umgebungen ermöglicht.” Dazu wurden virtuelle Welten entworfen, die nun um die Daten der Testfahrten ergänzt werden.

System lernt bei jedem Testlauf dazu

Die Informationen aus verschiedenen Quellen werden so aufbereitet, dass das System etwa ein Bahnwärterhäuschen von einem Lieferwagen unterscheiden kann – es lernt sozusagen bei jedem Testlauf dazu. Wenn die Risikoeinschätzung ergibt, dass die Strecke möglicherweise blockiert ist, bremst das RailAIxs-System den Zug selbstständig ab. Bei den Tests auf der Bördebahn ist immer ein Triebfahrzeugführer an Bord, um die Geschwindigkeitsregelung zu überwachen.

Drei Jahre hat die Entwicklung des Systems innerhalb des RailAIxs-Projekts gedauert. Die Testfahrten auf der Bördebahn bilden vorerst den Abschluss; das Projektteam erbringt den Nachweis, dass das autonome Fahren auf Schienen auf Basis der automatisierten Hinderniserkennung funktioniert. Verschiedene Anwendungsszenarien – etwa im ländlichen Personenverkehr oder im Güterverkehr – sind denkbar, Anschlussprojekte sind geplant.
 

Förderung durch das BMDV

Das Verbundprojekt “Rail automation with Artificial Intelligence for detection of exceptional situations” (RailAIxs) wird durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND gefördert. Es erstreckt sich über eine Laufzeit von 3 Jahren – August 2022 bis Juli 2025. Es hat ein Projektvolumen von 3 201 600 Euro.

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Arnd Gottschalk M.A.

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