Eisenbahninstandhaltung: die neue Grenze der drahtlosen Überwachung

Eisenbahnen müssen ständig gewartet werden, um die Sicherheit von Fahrgästen und Bahnpersonal zu gewährleisten. Darüber hinaus verursachen die Ausfallzeiten von Eisenbahnstrecken den Eisenbahnunternehmen erhebliche wirtschaftliche Kosten, nicht nur in Form von Abhilfemaßnahmen, sondern auch durch die Unzufriedenheit der Kunden und Entschädigungen. Derzeit ist die Eisenbahnüberwachung für die vorausschauende Instandhaltung recht einfach: Bei den meisten Eisenbahnnetzen fährt ein spezieller Zug mit Sensoren an den Rädern einmal innerhalb eines festgelegten Zeitraums, in der Regel 6-12 Monate, durch das gesamte Schienennetz. Dieser Zug misst mehrere Schlüsselparameter im gesamten Schienennetz. Insbesondere verfolgt er Veränderungen des Höhenunterschieds und der Breite zwischen den beiden Strecken, denn wenn sich diese Abstände ändern, kann das Risiko einer Zugentgleisung massiv erhöht werden. Der "Überwachungszug" erkennt also, wo eventuell Korrekturen an den Strecken notwendig sind. Diese Messung wird jedoch nur sporadisch durchgeführt; in den übrigen Monaten weiß niemand, was passiert.

Die Bahnbetreiber brauchen daher eine neue Art der Überwachung, die es ihnen ermöglicht, ständig zu wissen, wie es um die Gleise bestellt ist. Die drahtlose Überwachung ist eine Lösung, die den Betreibern den Zugang zu Echtzeitdaten über die von ihnen überwachten Gleise ermöglicht.

Wir werden einige der Vorteile von drahtlosen Echtzeit-Überwachungssystemen für die Eisenbahnindustrie untersuchen:

1. Optimieren Sie den Wartungszyklus

Drahtlose Überwachungssysteme leiten Echtzeitinformationen an die Eisenbahnbetriebszentralen weiter, so dass den Betreibern ein kontinuierlicher Informationsstrom über den Zustand ihrer Gleise zur Verfügung steht, der es ihnen ermöglicht, den Wartungszyklus zu optimieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Überwachungsmethoden, wie dem oben erwähnten "Überwachungszug", die nur alle paar Monate veraltete Informationen liefern, ermöglicht die drahtlose Echtzeit-Überwachung den Betreibern, die tatsächliche Situation vor Ort zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu sehen. Das bedeutet, dass sie potenzielle Anomalien in den Gleisen erkennen und Wartungsarbeiten nicht nur reaktiv, sondern tatsächlich vor dem Eintreten von Zwischenfällen durchführen können. Wenn sich ein Gleisbereich außerhalb der "normalen" Parameter zu bewegen scheint, können die Bahnbetreiber Wartungsteams einsetzen, um den Bereich zu überprüfen und die erforderlichen Maßnahmen zu ergreifen, bevor etwas passiert, z. B. ein Zug entgleist.

2. Vorhersage einführen

In Kombination mit Werkzeugen des maschinellen Lernens können drahtlose Überwachungslösungen auch ihre Fähigkeit verbessern, potenzielle Vorfälle im Laufe der Zeit vorherzusagen, indem sie mit der Eingabe weiterer Datensätze genauere Modelle erstellen. Das Sammeln von Daten über den Zustand der Gleise über einen langen Zeitraum hinweg gibt den Betreibern die Möglichkeit, Prognosemodelle zu erstellen. Außerdem erhalten sie dadurch Zugang zu genauen, langfristigen Informationen darüber, wie sich die Gleise unter bestimmten Umständen verhalten werden, z. B. bei extremen Wetterereignissen wie Hitzewellen oder Frost.

Langfristige Messungen des Verhaltens der Gleise und des umgebenden Geländes sind für die strategische Modellierung und Planung erforderlich: Sie ermöglichen insbesondere eine vorausschauende Planung der Instandhaltung, selbst wenn keine Anomalien festgestellt werden.

3. Berücksichtigt bahnspezifische Bedürfnisse

Eisenbahnen haben spezifische Überwachungsbedürfnisse; drahtlose Überwachungssysteme können diese auf verschiedene Weise erfüllen, wenn sie die richtigen bahnspezifischen Messgeräte und Software anbieten.

  • Erstens müssen die Gleise regelmäßig mit einem Neigungsmesser überwacht werden, da sie diagonal gemessen werden müssen. Da man nicht das gesamte Netz mit diesen Messgeräten und Sensoren ausstatten kann, muss der Anbieter des drahtlosen Überwachungssystems dem Eisenbahnunternehmen helfen, strategische Punkte entlang der Gleise zu identifizieren, an denen die Messungen am wichtigsten sind (vielleicht Punkte, die anfällig für Schwankungen sind) und die den Zustand der übrigen Gleise am genauesten wiedergeben. Die Anbringung eines Neigungsmessers an einem Teil der Infrastruktur, von dem man weiß, dass die Wahrscheinlichkeit einer Neigung größer ist, bringt bessere Ergebnisse in Bezug auf die Vermeidung von Zwischenfällen. Dies kann dann auch zur Überwachung bestehender statischer Infrastrukturen wie Tunnel und Brücken verwendet werden.
  • Darüber hinaus benötigen Eisenbahnen ein wartungsarmes, ferngesteuertes System, da der Zugang zu bestimmten Teilen der Gleise schwierig, riskant oder störend sein kann und die Wartung oder Überwachung Ausfallzeiten der Gleise bedeuten könnte. Langlebigkeit ist ebenfalls entscheidend. Eisenbahngleise sind raue Umgebungen: Sie sind jedem Wetter ausgesetzt und werden von sehr schweren, sich schnell bewegenden Metallmaschinen (z. B. Zügen) beansprucht. Die Überwachungshardware, z. B. die Sensoren und die Datenknoten, mit denen sie digitalisiert werden, müssen so langlebig wie möglich sein. Viele drahtlose Überwachungssysteme sind speziell dafür ausgelegt, so dass Bahnbetreiber nach einem Anbieter suchen sollten, der eine lange Lebensdauer garantieren kann.
Zug entgleisen lassen
Ein Foto eines Zuges, der nach einem Erdrutsch zwischen Arisaig und Glenfinnan, Lochaber, im Januar 2018 entgleiste (Bild: PA)

4. Überwachung des Umfelds

Drahtlose Überwachungslösungen ermöglichen es den Betreibern, nicht nur ihre Gleise, sondern auch die Umgebung zu überwachen. Das ist wichtig, denn häufig werden Unfälle, wie z. B. Entgleisungen, nicht durch Fehler im Gleis, sondern durch Bewegungen im umliegenden Gelände verursacht. Ein Zug in Schottland wurde zum Beispiel entgleist im Januar 2018 entgleist, nachdem dramatische Unwetter einen großen Erdrutsch ausgelöst hatten. Die Messung des Bodens rund um die Gleise ist besonders wichtig, wenn sich in der Nähe eine Baustelle befindet: Die Betreiber müssen zum Beispiel den Wasserdruck und die Bodensysteme messen. Die Bahnbetreiber benötigen daher ein viel umfassenderes Wissen über das gesamte Gebiet rund um die Gleise, um sich ein genaueres Bild von der Situation vor Ort machen zu können. Ständige Dateneinspeisungen von Sensoren - die nicht nur auf der Kerninfrastruktur, sondern auch in der Umgebung in Bohrlöchern, Gebäuden oder sogar im Boden positioniert sind - ermöglichen eine Kontextmodellierung, die eine genaue strategische Planung und Entscheidung gewährleisten kann.

5. Risikoreduzierung

Die Sicherheit von Fahrgästen und Arbeitern auf Bahnstrecken ist ein zentrales Anliegen der Bahnbetreiber. Die durch drahtlose Überwachung ermöglichte vorausschauende Instandhaltung in Echtzeit erlaubt es den Betreibern, ihre Gleise vorausschauend zu warten. Dies ermöglicht sowohl eine unmittelbare Instandhaltung (Erkennung von Problemen, sobald sie auftreten) als auch eine langfristige Instandhaltung (Erstellung kontextbezogener und langfristiger strategischer Modelle, um die genaueste Art des Instandhaltungseinsatzes zu gewährleisten).

Die vorausschauende Eisenbahnwartung auf der Grundlage der IoT-Technologie verringert das Risiko eines Zwischenfalls erheblich, da die Betreiber in der Lage sind, sowohl vorbeugende Wartungsmaßnahmen durchzuführen als auch die Wartung anhand der gesammelten Datensätze strategisch zu planen.

Dies führt langfristig zu enormen Einsparungen: Ausfallzeiten von Eisenbahnstrecken aufgrund von Störungen kosten die Eisenbahnunternehmen Tausende von Dollar pro Minute. Außerdem sind Abhilfemaßnahmen nach einem Zwischenfall langfristig wesentlich teurer als kleinere, vorausschauende Anpassungen, die regelmäßig im Laufe der Zeit vorgenommen werden.

Eisenbahndrehscheibe

6. Fernüberwachung aus der Ferne

Eisenbahnstrecken sind nicht einfach manuell zu überwachen und zu warten. Da es viele Umgebungen gibt, die nicht manuell überwacht werden können, ohne die Arbeiter zu gefährden oder die Bahnstrecke außer Betrieb zu nehmen, ist die Fernüberwachung ein Muss für Bahnbetreiber.

Ein weiterer Grund, warum die drahtlose IoT-Überwachung für die Eisenbahnindustrie so wichtig ist, ist die Notwendigkeit, Weichen zu überwachen.

Weichen, die sich oft an zufälligen Punkten entlang von Eisenbahnstrecken mitten in der Landschaft befinden, sind besonders anfällig für Beschädigungen durch Personen, die Eisenbahnanlagen mutwillig beschädigen wollen. Vandalen können an einer Weiche erhebliche Schäden anrichten und eine oder mehrere Bahnstrecken für viele Stunden außer Betrieb setzen, was zu erheblichen Verspätungen und Kosten für den Bahnbetreiber führt. Der Einsatz von Kameras und Sensoren zur Überwachung von Weichen in Echtzeit ermöglicht es den Betreibern, zu sehen, wer, wo und wann eine Weiche beschädigt. Dies hat auch eine abschreckende Wirkung auf Vandalen, die wissen, dass sie eher erwischt werden, wenn Sensoren und Kameras vorhanden sind.

7. Integration mit Altsystemen

Da die verschiedenen Eisenbahnunternehmen unterschiedliche IT-Systeme verwenden und ständig mit einer Reihe von öffentlichen und privaten Akteuren interagieren, die ebenfalls ihre eigenen Systeme haben, muss jedes Überwachungssystem mit diesen bestehenden Systemen integriert werden können. Viele drahtlose Überwachungssysteme lassen sich in jedes IT-System integrieren und können mit einer Reihe von Sensoren und Datenknoten arbeiten, aber nicht alle bieten dies. Die Wahl eines Systems, das sich problemlos in bestehende Systeme und Geräte integrieren lässt, und die Beratung durch einen Anbieter, wie dies am besten zu bewerkstelligen ist, ist vor allem für die Eisenbahnindustrie von entscheidender Bedeutung, in der in Bezug auf die Instrumentierung und Überwachung viel auf dem Spiel steht.

Schlussfolgerung:

Bahnbetreiber benötigen ein einheitliches Wartungssystem, das es ihnen ermöglicht, die Bodenstruktur und den Zustand der Gleise und Ausrüstungen ständig zu messen und mögliche Schäden, Gefahren oder Ausfälle zu vermeiden, sei es durch Menschenhand - durch Vandalen, die in Weichen eingreifen - oder durch Naturgewalten - wie Wetterumschwünge. Dieses Überwachungssystem muss in Echtzeit und aus der Ferne erfolgen, um Risiken zu verringern, Kosten zu senken und eine vorausschauende und genaue Wartung zu ermöglichen. Die drahtlose Überwachung auf der Grundlage der IoT-Technologie bietet diese Möglichkeit und ersetzt das alte, anachronistische Überwachungsmodell durch eine neue, konstante Echtzeit-Methode, die eine viel größere Genauigkeit und damit Sicherheit gewährleistet. Die drahtlose Überwachung scheint die Zukunft der Eisenbahninstrumentierung und -überwachung zu sein; Eisenbahnunternehmen sollten jetzt investieren, um eine langfristige vorausschauende Wartung und letztlich sicherere und zufriedenere Kunden und Arbeitnehmer zu gewährleisten. Europäische Innovationsinitiativen wie das BEA-Projekt, das sich auf die Entwicklung von Technologien zur drahtlosen Überwachung der von Drehgestellen erzeugten Schallemissionen konzentriert, unterstreichen das zukünftige Potenzial der Fernüberwachung.

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