Jede Fahrt zählt: wie drahtloses, smartes CTM jeden Zug für die Streckenüberwachung nutzt

CTM wird wireless – für einfachere Installation, Zertifizierung und Skalierbarkeit

Dank der smarten kontinuierlichen Gleisüberwachung (Continuous Track Monitoring, CTM) werden normale Züge im regulären Betrieb zu hochpräzisen Plattformen für die Infrastrukturüberwachung. Während sie ihre üblichen Strecken befahren, erfassen sie kontinuierlich Informationen über Gleisgeometrie und -zustand – und schaffen so die Datengrundlage für vorausschauende Instandhaltung, ohne dass separate Messfahrten erforderlich sind.

Nun haben DB Systemtechnik (DBST) und ASC Sensors dieses Konzept einen wichtigen Schritt weitergeführt. Basierend auf hochpräzisen Inertialsensorlösungen von ASC soll ihre gemeinsam entwickelte, drahtlose Smart-Sensor-Plattform die Installation, Zertifizierung und Skalierung von CTM erheblich vereinfachen – und damit die Technologie für mehr Züge, Strecken und Infrastrukturbetreiber zugänglich machen.

Messen Sie noch Probleme – oder verhindern Sie diese bereits?

CTM ist ein bewährtes Konzept. Seit 2018 kommt ASC-Sensortechnologie bei DBST zum Einsatz, unter anderem in aktiven Hochgeschwindigkeitszügen bei 300 km/h und darüber hinaus. Mit über drei Millionen zurückgelegten Kilometern bei einigen CTM-Zügen laufen die Sensoren von ASC nach wie vor reibungslos. Von dieser Präzisionstechnologie, ihrer hohen Zuverlässigkeit und dem hochmodernen Fachwissen beider Projektpartner können globale Bahnkunden auch in Zukunft profitieren.

Robuste kapazitive Beschleunigungs- und Drehratensensoren, die nahe der Schnittstelle zwischen Rad und Schiene installiert sind, können während des Zugbetriebs kontinuierlich wichtige Gleisgeometrie-Parameter erfassen. So lässt sich beispielsweise die Längshöhe – die für 70 bis 80 Prozent aller Gleisdefekte verantwortlich ist – unabhängig von der Zuggeschwindigkeit alle zwei Zentimeter bestimmen. Gemäß EN 13848 muss die kumulative Messunsicherheit über die gesamte Messkette hinweg unter 0,5 Millimetern bleiben. Um diese Genauigkeit zu erreichen, ist eine Abtastrate von mindestens 1 kHz erforderlich – das entspricht 1.000 Messungen pro Sekunde.

Der neue Ansatz geht jedoch über die reine Erfassung von Messdaten hinaus. ASC Sensors und DBST haben eine integrierte Smart-Sensor-Plattform entwickelt: Am Fahrzeug angebrachte, kompakte Satellitenboxen kommunizieren drahtlos miteinander, während eine Recheneinheit die Messdaten verarbeitet und synchronisiert. GPS liefert Positionsdaten, Bluetooth verbindet die verteilten Messknoten und ein LTE-Modul ermöglicht die Datenübertragung über die Cloud an ein Rechenzentrum. Diese Elemente bilden eine autonome, über den gesamten Zug verteilte Messarchitektur – ohne die Einschränkungen, Komplikationen und erheblichen Kosten, die ein kabelgebundenes System mit sich bringen würde.

Wie funktioniert drahtloses smartes CTM?

Die Smart-Sensor-Plattform von DBST/ASC besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten: drei Satellitenboxen mit kapazitiven ASC-Beschleunigungssensoren und einer Computing-Box, die hochpräzise ASC-Beschleunigungssensoren und zusätzliche Gyroskope zur Messung der Winkelgeschwindigkeit enthält. Beide Sensorboxtypen sind an unterschiedlichen Radsätzen installiert und werden zur Bestimmung der Längshöhe und anderer Parameter der Gleisgeometrie verwendet. Die Satelliten- und Computing-Boxen verfügen über ein analoges Frontend sowie einen ASC-µ-Controller zur Verarbeitung der lokalen Messdaten.

Hochleistungs-Akkumodule sorgen für eine zuverlässige Stromversorgung. Jede Sensorbox ist mit GPS-Modulen und GPS-Antennen ausgestattet, die eine exakte Ortung sowie die kontinuierliche Synchronisation der Sensordaten ermöglichen, um Konsistenz, Genauigkeit und Vollständigkeit der erfassten Daten zu gewährleisten. Die nahtlose Kommunikation innerhalb der Sensor-Plattform erfolgt über drahtlose Bluetooth Low-Energy-Technologie. Die Satellitenboxen fungieren als „Slave“ und übertragen Messdaten an die von DBST betriebene Computing-Box, also den „Master“, wo die Gleisgeometrie-Parameter berechnet werden. Dazu zählen aus Beschleunigungen und Geschwindigkeit abgeleitete Längshöhen, die Verwindung sowie die dynamische Richtungsabweichung.

Die Plattform verfügt zudem über ein integriertes Low-Energy LTE-Modul zur Datenübertragung in die Cloud. Für den Betrieb sind weder zusätzliche Antennen auf dem Fahrzeugdach noch eine Zentraleinheit im Fahrzeuginneren oder eine Verkabelung erforderlich. Das neue System ist somit vollständig kabellos, smart und skalierbar.

Drahtlose Technologie stärkt die Wirtschaftlichkeit

Ein entscheidender Wendepunkt für den serienreifen Einsatz innovativer CTM-Systeme ist die drahtlose Kommunikation. Herkömmliche, kabelgebundene CTM-Installationen erfordern einen erheblichen Entwicklungsaufwand und aufwendige Fahrzeugintegration. Mit fahrzeugspezifischer Entwicklung und Zulassungsverfahren sind erhebliche Kosten verbunden. Das Ziel der neuen Architektur ist es daher, die Komplexität und Kosten in den Bereichen Hardware, Entwicklung und Zertifizierung zu reduzieren.

Zu den wichtigsten Vorteilen für Betreiber zählen:

• Fahrzeug überwacht Schiene: automatisierte, nahtlose Überwachung ohne Betriebsunterbrechungen
• Wireless: vereinfachte Fahrzeugintegration und Zertifizierung
• Kompakt: schnelle, unkomplizierte Installation
• Autonom: erheblich reduzierter Entwicklungsaufwand
• Präzise: genaue, verwertbare Gleisgeometriedaten für Instandhaltungs-Entscheidungen
• Effizienz: Kosteneinsparungen bei Hardware, Entwicklung und Zertifizierung
• Kapazität: keine Verkehrsverzögerungen oder -unterbrechungen mehr durch separate Inspektionen

Ohne drahtlose Technologie würde die Einführung von CTM in großen Fahrzeugflotten einen extensiven Verkabelungsaufwand, technische Anpassungen und entsprechende Zertifizierungsmaßnahmen erfordern. Die smarte Plattform wurde speziell entwickelt, um diese Hindernisse zu beseitigen – und dabei die bewährte Leistung und Zuverlässigkeit der inertialen Ssensoren beizubehalten, auf denen CTM basiert.

Wireless. Smart. Skalierbar.

Smart CTM verwandelt Fahrzeuge, die bereits täglich im Bahnnetz unterwegs sind, in eine leistungsstarke Quelle für Infrastrukturdaten. Das hilft Betreibern dabei, Veränderungen früher zu erkennen, Wartungsmaßnahmen rechtzeitig und präzise zu planen und die Netzverfügbarkeit zu erhöhen – und senkt gleichzeitig die Kosten für Fehlerüberprüfung und -management, Reparaturen und Reputationsschäden erheblich.

Möchten Sie lernen, welchen Unterschied CTM für die Infrastrukturüberwachung Ihres Netzwerks machen könnte? Sprechen Sie mit uns und entdecken Sie, wie DB Systemtechnik und ASC Sensors vorausschauende Instandhaltung im Schienenverkehr auch für Sie umsetzen kann.