Machine Learning bringt mehr Sicherheit und Verfügbarkeit im Bahnverkehr

© picjumbo

08.04.2019

Um den Verschleiß von Eisenbahnweichen - den kritischen Elementen der Eisenbahninfrastruktur - bereits im Vorhinein erkennen zu können, werden mit Hilfe von großen Datenmenge aus Sensordaten intelligente Prognosen durchgeführt.

Im Forschungsprojekt "iTPP 4.0" wurden grundlagennahe Erkenntnisse entwickelt, die eine intelligente Weiche für den Eisenbahnverkehr ermöglichen sollen. Diese soll zukünftige Abnützung, Verschleiß oder Fehler der Weiche zu jedem Zeitpunkt zuverlässig prognostizieren können. Dazu leiten Machine Learning Algorithmen selbstlernend aus Daten von Eisenbahninfrastruktur-Sensoren Entscheidungen zu geplanten Wartungen ab.

 

Weichen: kritische Elemente der Eisenbahninfrastruktur

Ein wesentlicher Baustein der Eisenbahninfrastruktur ist die Weiche. Zuverlässige Weichen liefern einen wesentlichen Beitrag zur Verfügbarkeit des gesamten Netzes. Im österreichischen Netz befinden sich davon mehr als 10.000 Stück. Die Weichennutzungsdauer liegt bei etwa 25 Jahren, wobei eine Weiche während ihrer Lebensdauer mehrmals gewartet werden muss, um störungsfrei zu funktionieren. Erreicht eine Weiche nach dem Stellbefehl vom Stellwerk nicht die sichere und ordnungsgemäße Lage in vorgegebener Zeit, beispielsweise durch zu geringen Druck in der Weichenstellvorrichtung, muss diese Weiche ungeplant gewartet werden. Bei einer Störung bzw. ungeplanten Stillständen können Züge die Weiche nur mit geringer Geschwindigkeit oder gar nicht passieren. Es kann zu Verspätungen durch die erforderlichen „Langsamfahrstellen“ kommen. Die Verfügbarkeit wird eingeschränkt.

 

Die intelligente Weiche

Bahnweichen sind bereits mit unterschiedlichsten Kraft-, Weg-, Drucksensoren ausgestattet. Bis dato war eine Reduktion der Störfälle von ca. 30 Prozent durch die Auswertung der Sensordaten möglich. Um noch früher festzustellen, wann eine Weiche einen Störfall verursacht, wurden nun für die Eisenbahninfrastruktur untypische Sensoren eingesetzt. Dies sind beispielsweise Ultraschallsensoren, optische Sensoren zur Erfassung akustischer Signale und Vibrationssensoren. Ebenfalls werden äußere Einflüsse wie Umgebung, Klima und Wetter miteinbezogen. Die somit große Menge an erhaltenen Daten werden zentral gesammelt und mit Hilfe von mathematischen Algorithmen und Machine Learning Ansätzen zu Prognosen für die Wartung weiterverarbeitet. Somit können Abnützung, Verschleiß oder Fehler bereits vorzeitig prognostiziert und Störungen verhindert werden.

 

Machine Learning

Die Herausforderung liegt in der Erkennung von relevanten Mustern der Datenquellen, um den Abnützungszustand einer Weiche festzustellen. Dazu wurden Trainingsdaten von bestehenden Weichen herangezogen und die von den bestehenden Systemen der Weichendiagnostik erkannten Fehlerfälle analysiert und kategorisiert. Diese Daten dienten als Grundlage für die Entwicklung von intelligenten Prognosen.

 

Bahnverkehr: eine sichere und nachhaltige Zukunft

Sowohl der Güter- als auch Personenverkehr und somit der CO2- Ausstoß durch Mobilität steigen stetig. Eine Verlagerung des Transportvolumens auf die Schiene ist somit ein essentielles Ziel, eine CO2 arme Gesellschaft zu ermöglichen. Dafür muss die Bahnnutzung noch nachhaltiger, sicherer und zuverlässiger werden. Dazu gehört auch eine Wartung zum richtigen Zeitpunkt, um mögliche unerwünschten Unterbrechungen aufgrund von Materialverschleiß und -ermüdungen durch Risse und Rillen zu vermeiden.

 

voestalpine Railway Systems: Global Player im Bahn-Business

Die voestalpine Railway Systems des voestalpine-Konzerns ist weitweiter Markt- und Technologieführer in der Bahninfrastrukturbranche. Um die Wettbewerbsposition zu stärken und weiterhin die Technologieführung im Bahnweichensystem sichern zu können, liegt die Herausforderung darin, intelligente Systemlösungen für den Eisenbahnverkehr zu entwickeln, die eine wesentliche Verringerung der Life-Cyle Costs bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit ermöglichen.

 

RISC Software GmbH: Spezialist für Machine Learning und Big Data

Mit ihren Kernkompetenzen Symbolisches Rechnen, Mathematik und Informatik ist die RISC Software GmbH Spezialist für die intelligente Verknüpfung von Big Data und Machine Learning Ansätzen. In dieses Projekt konnte viel Know-how aus Forschungs- und Entwicklungsprojekten in den unterschiedlichsten Bereichen der Produktion, Logistik und des Big Data Managements eingebracht werden.

 

Projektinformationen

Das Projekt "Intelligent Turnout Performance Prognosis 4.0 (iTPP 4.0)" wurde im Rahmen des FFG-Projektes mit der FFG-Nummer 855345 und durch das strategische Wirtschafts- und Forschungsprogramm „Innovatives Oberösterreich 2020“, der Wirtschaftsstrategie des Landes Steiermark 2020 sowie der Forschungsstrategie Steiermark gefördert.

  • Projektname: Intelligent Turnout Performance Prognosis 4.0 (iTPP 4.0)
  • Projektbudget: EUR 538.151,--
  • Zeitraum: 01.09.2016 – 31.12.2018
  • Fördergeber: FFG – Forschungsförderungsgesellschaft in Kooperation mit dem Land Oberösterreich und dem Land Steiermark
  • Partner: RISC Software GmbH und voestalpine SIGNALING Zeltweg GmbH

 

risc-software.at