Visuelle Kontrolle von Eisenbahnwagen

High Level Software Innovation Messtechnik Public Safety

Ist die Klotzbremse abgenutzt? Wie dick ist das Schleifstück des Pantographen? Hängt eine nicht richtig montierte Schraubenkupplung nach unten? Das "Visual Inspection System" (VIS) der SBB überwacht künftig vorbeifahrende Züge mit Kameras. Fahrzeughalter und Eisenbahnverkehrsunternehmen können eigene Algorithmen auf der Plattform installieren, um die Bilder auszuwerten.

  • Ausgangslage

    Schienenfahrzeuge für Güter und Personen müssen regelmässig gewartet werden. Doch wie häufig? Kurze Intervalle sind teuer. Wer hingegen zu lange wartet, erhöht das Risiko für einen Unfall.

  • Lösung SCS

    Das "Visual Inspection System" (VIS) überwacht mit Kameras durchfahrende Züge. Eisenbahn­verkehrs­unter­nehmen, Fahrzeughalter und Infrastrukturbetreiber können mit eigenen Algorithmen die Bilder ihrer Fahrzeuge auswerten.

  • Mehrwert

    Die Plattform "Wayside Intelligence" (WIN) liefert dem Betreiber den Zustand ihrer Fahrzeuge, resp. die berechneten Werte aus den Algorithmen. Daraus können sie die Wartung planen und die Sicherheit hoch halten – trotz längerer Intervalle.

Projekteinblicke

Bereits heute kontrollieren rund 250 Messsysteme durchfahrende Züge auf dem Streckennetz der Schweiz: Geprüft wird, ob Bremsen oder Achsen heisslaufen, ein Rad unrund läuft, die Ladung eines Wagons verrutscht ist oder Abdeckblachen und Antennen von Lastwagen das Lichtraumprofil verletzen. Wird eine Gefahr erkannt, alarmiert die Zugkontrolleinrichtung (ZKE) die Leitstelle und der Zug wird sofort gestoppt, verlangsamt oder am nächsten Bahnhof auf ein Interventionsgleis geleitet. Die Zugkontrolleinrichtungen wurden seit 2008 kontinuierlich ausgebaut und beispielsweise mit Naturgefahrenalarmanlagen ergänzt, die bei Steinschlägen und Lawinen den Zugbetrieb stoppen.

Der nächste Schritt ist nun die Überwachung der Züge mit Kameras. Moderne Bildverarbeitungsalgorithmen sind in der Lage, viele Schäden und Gefahren zu entdecken. Ein typisches Beispiel sind die Schraubkupplungen, womit Güterwagen oder auch ältere Personenwagen gekoppelt werden. Da jeder Wagen auf jeder Seite eine Schraubkopplung hat, bleibt jeweils eine ungenutzt. Diese muss korrekt aufgehängt werden, sonst baumelt sie herunter, kann am Boden anstossen und Bahninfrastruktur zerstören. Heute werden dedizierte Detektoren nur für herunterhängende Teile eingesetzt. In Zukunft erfassen Kameras diverse Dinge gleichzeitig, beispielsweise auch die Dicke des Schleifstücks am Pantographen, die Abnutzung der Klotzbremsen oder die Restlaufleistung eines Rads. So werden nicht nur Gefahren entdeckt, auch die Wartung der Wagen lässt sich besser planen.

Herunterhängende Schraubenkupplung
Herunterhängende Schraubkupplung

Nun kann das System aber nicht alle Bilder an jeden Fahrzeughalter und jedes Bahnverkehrsunternehmen schicken, das Züge auf der Infrastruktur der SBB fahren lässt. Die Datenmengen wären zu gross. Die WIN Plattform ist deshalb so aufgebaut, dass schnelle Rechner direkt in der Nähe der Kameras die Bilder auswerten und den Kunden der SBB Infrastruktur AG nur noch die Ergebnisse schicken (die Werte aus den Algorithmen). Natürlich können bei einem auffallenden Wert auch Bilder herangezogen werden. Diese werden auf den Rechnern vor Ort gespeichert.

Die Eisenbahnverkehrsunternehmen und Fahrzeughalter können ihre eigenen Bildverarbeitungsalgorithmen auf der WIN Plattform installieren. Über ein RFID-Tag am Fahrzeug erkennt das System, wer der Fahrzeughalter ist. Nun werden die Bilder durch die Algorithmen ausgewertet und den berechtigten Nutzern über eine maschinenlesbare Schnittstelle die Ergebnisse geschickt – in der Regel die Abweichung vom Normwert. Anhand dieser Daten können die Unternehmen die Wartung planen. Die Kunden von SBB Infrastruktur entscheiden also, was sie messen und zu welchem Zeitpunkt sie Massnahmen ergreifen wollen.

Die bestehenden Messsysteme der Zugkontrolleinrichtungen werden ebenfalls in die WIN Plattform eingebunden. Beispielsweise die Gewichtsmessung auf dem Gleis: Wenn ein Rad aus irgendeinem Grund mal blockiert hat, kann es eine flache Stelle geben, weil es auf der Schiene gerutscht ist. Diese Stelle schlägt nun bei jeder Umdrehung auf das Gleis. Gewichtssensoren am Gleis (mehrere Dehnmessstreifen an der Schiene über eine kurze Strecke) erkennen, wenn das Gewicht nicht gleichmässig durchfährt. Kurz ist das Rad vielleicht sogar in der Luft, um danach umso heftiger auf die Schiene zu schlagen. Aus diesen Gewichtswerten wird ein dynamischer Beiwert berechnet und den berechtigten Nutzern geschickt.

Die WIN Plattform wird ist heute bereits operativ und wird sukzessive mit zusätzlichen Funktionen ergänzt. Erste Kameramessstellen wurden installiert und Algorithmen werden integriert.

Gewichtsmessung auf dem Gleis, wenn ein Rad durchfährt, das eine Flachstelle hat. Die Dehnmessstreifen sind über eine bestimmte Länge verteilt. Dort wo das Ende der Flachstelle auf die Schiene trifft, ist die dynamische Kraft am höchsten.

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