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

2

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)

11

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

14

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!

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