Automatischer Betrieb von Bahnsystemen

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1 Automatischer Betrieb von Bahnsystemen Quelle: Verkehr und Technik 5/

2 Ziel: Automatisierung von Betriebsprozessen mit wenig Kundenkontakt Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Kostensenkung durch Personaleinsparung Potenziale Energieeinsparung Verlagerung des Personals zu kundenorientierten Nachfrageorientierte Bereichen Verdichtung des Angebotes Stellwerken Fahrzeugführung ( Automatisches Fahren ) Betriebsdurchführung Betriebsvor- und Nachbereitung Automatisierung von Schwierigkeiten Technischen Betriebsanlagen Akzeptanz bei Fahrgästen Zulassung Betriebsplanung

3 Wichtige Begriffe beim Automatischen Betrieb: ATO (Automatic Train Operation) Auf- und Abrüsten der Fahrzeuge Bedienung der Fahrzeugtüren ATC: Automatic Train Control APS: Automatic Passenger Safety Schutzfunktionen für Passagiere (nicht gegen grobe Fahrlässigkeit) Bewertung potenzieller Gefahren (Rauch, Feuer) Gegen versehentliches Verlassen des Zuges Gegen Berührung stromführender Einrichtungen Gegen fahrende Züge ATP (Automatik Train Protection) ATS (Automatic Train Supervision) Zugsicherungsfunktion durch Stellwerke Automatisierung des Bereichs Leiten Ausführung auf Ebene von (Betriebsplanung / Betriebsdurchführung / - Stellwerken (Fahrwege- und Betriebsüberwachung / Betriebsdisposition) Abstandssicherung) und Wichtiger Bereich für Entstörungsmaßnahmen - Fahrzeugen (Überwachung von Ort und ATS-Funktionen in Leitstellen seit 30 Jahren Geschwindigkeit des Zuges anhand von automatisiert Führungsgrößen) Entwicklung seit Beginn des 20. Jhd. (autom. Fahrsperren)

4 Automatisches Fahren Regelzugfahrt Fahrtart Rangierfahrt Halt Anfahren Phasen Anhalten Beharren Beschleunigen Rollen Bremsen Eignung: Artreiner Verkehr Unabhängige Bahnkörper Kleiner, einheitlicher Fahrzeugpark Mischverkehr Frei zugänglicher Bahnkörper Viele, verschiedene Fahrzeugtypen

5 Automatisches Fahren: Rechtliche Grundlagen Eisenbahn - Bau- und Betriebsordnung (EBO) Kein automatisierter Verkehr zugelassen; Arbeitende Triebfahrzeuge müssen während der Fahrt mit einem Triebfahrzeugführer besetzt sein. Ausnahmen: Funkferngesteuertes Rangieren, Fahren von Zügen im Nahbereich. Aber: Es muss immer Personal vor Ort sein, welches Beobachtung des Rangier- bzw. Fahrweges übernimmt. Verordnung über den Bau und Betrieb von Straßenbahnen (BOStrab) Fahrbetrieb ohne Fahrzeugführer in 53, Abs. 2 in Ergänzung mit BOStrab-Richtlinien für den Fahrbetrieb ohne Fahrzeugführer (FOF) grundsätzlich zugelassen. Voraussetzungen: Unabhängige Bahnen, Vorhandensein von zugelassenen Anlagen für selbstständigen Bahnbetrieb, Überprüfung des Gleises nach sicherungstechnisch nicht erfassbaren Hindernissen Gilt als erfüllt,... Wenn Einfriedungen des Bahnkörpers oder andere bauliche Einrichtungen so gestaltet und bemessen sind, dass Personen und die von diesen mitgeführten oder benutzten Gegenstände nicht fahrlässig auf den Bahnkörper gelangen können.... Gründe für Unterschiede Andere Leit- und Sicherungstechnik Andere Bremsverzögerungen Höchstgeschwindigkeiten

6 Automatisches Fahren Quelle: ETR

7 Automatisches Fahren Quelle: ETR

8 Automatischer Betrieb / Automatisches Fahren: Projekte in Deutschland Bis 1983: Erprobung von SELTRAC auf vom BMFT geförderter Versuchsanlage in Berlin (Bülowstr. - Potsdamer Platz) mit anschließender Inbetriebnahme der M-Bahn H-Bahn Dortmund ( ) (PeopleMover) PTS Flughafen Frankfurt (People Mover) Untersuchungen an Stadt- / U-Bahnen Frankfurt, Berlin, Nürnberg Komponenten Automatisierter Schienenverkehr (KOMPAS) in der Region Oberelbe

9 Automatischer Betrieb / Automatisches Fahren: Projekte in Berlin Linie U LZB bei Linie U9 zw. Rathaus Steglitz und Osloer Str. zusätzlich zur punktförmigen Leittechnik automatischer, jedoch nicht fahrerloser Betrieb Fahrer zur Zugabfertigung und aus rechtlichen Gründen vorhanden Ab 1990: Automatischen Kehren an den Endbahnhöfen 1999 Abschalten der LZB an der U9 Linie U Erprobungen des SELTRAC-Systems (SEL/Alcatel) Referenzbetrieb Automatischer Betrieb mit 16 Doppeltriebwagen über insgesamt 1,8 Mio. km Sept Referenzbetrieb im verdichteten Takt (14 Züge im Umlauf) zum Beweis der Leistungsfähigkeit unter extremen Umständen Ende 1985 Betriebsgenehmigung für SELTRAC als Zugsicherungssystem mit voller Betriebsverantwortung 1995 Abschaltung der SELTRAC-Anlage

10 Automatischer Betrieb / Automatisches Fahren: Projekte in Berlin Linie U5 (Projekt STAR - Systemtechnik für den automatischen Regelbetrieb ) Gemeinsame Entwicklung von BVG, Adtranz (heute Bombardier) und Siemens Teilstrecke von Friedrichsfelde bis Biesdorf Süd (Tunnel und oberirdischer Streckenabschnitt, Bahnhof, Anschlussgleis) Leitsystem: Funk-LAN mit Repeatern im Abstand von 300 m an der Strecke Einsatz der vorgerüsteten Baureihe H Realisierung ab 1996 Inbetriebnahme 1999 Fahrzeug/AGT (Automatic Guideway Transit) empfängt alle notwendigen Daten zur Berechnung von sicherungstechnischen und betrieblichen Haltepunkten (Radimpulsgeber/Eurobalisen) sowie Betriebsleitdaten; über Rückkanal werden Zugposition, Diagnose, Statusinformationen zur Leitstelle übertragen Projektabschluss: April 2000 mit positivem Ergebnis

11 Automatischer Betrieb / Automatisches Fahren: Projekt Nürnberg Doppelnutzung eines Streckenabschnittes (Rathenauplatz-Rothenburger Str.) durch 2 U- Bahn-Linien (U2/U3) nach Bau der U3 Aktuelle Taktzeit ohne LZB: 4,5 Minuten Takthalbierung mit bestehendem Betriebssystem nicht realisierbar Komplette Einrichtung/Nachrüstung von LZB erscheint zu teuer Deshalb Einrichtung eines automatischen fahrerlosen Betriebs SMARAGT-Studie ( Studie zur Machbarkeit und Realisierung eines AGT ) hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Einführungskonzepte und Einführungsstrategie: 4,6 Mio. DM (VAG, Siemens, Adtranz, Stadt Nürnberg, Verkehrsinitiative; 40 % Förderung Land Bayern) einschließlich Betriebs-, Rettungs-, Bergungskonzepte,... Ziele: Mischbetrieb auf Streckenabschnitt ab 2006 (weltweit einzigartig), komplette Umstellung der U2 in 2007, Fertigstellung der U3 bis 2012 Ab 2000: Projekt RUBIN ( Realisierung eines automatisierten U-Bahnsystems in Nürnberg ); Lieferung des Betriebsleitsystems, Umrüstung der Linie U2, Aufrüstung von 30 Doppeltriebwagen

12 Automatischer Betrieb / Automatisches Fahren: Projekt Nürnberg

13 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Leit- und Sicherungstechnik Datenübertragung der Signalbegriffe von der Strecke auf die Fahrzeuge (punkt- oder linienförmige Übertragung) Dispositionszentrale, der alle relevanten Fahrplaninformationen (Halte, Abfahrtszeiten,...) vorliegen Fahrzeugleitstelle beim Betreiber (Zustandsdaten der Fahrzeuge/Störungsmeldungen/Fernbedienbarkeit der Komponenten) Fahrzeugrechner (über Schnittstellen mit Fahrzeugkomponenten und über Kommunikationsmodul mit Dispositionszentrale und Fahrzeugleitstelle verbunden) Hinderniserkennung Fahrweg Einzäunung des Fahrweges nicht ausreichend (umgestürzte Bäume,...) und zudem teuer Optische Systeme mit Software zur Bildverarbeitung Systeme mit Mikrowellen- und Radartechnik: - Mehrere an der Fahrzeugfront angebrachte Radarsensoren sowie ein Steuergerät erkennen Objekte mit Genauigkeit von 1 cm und ermöglichen somit ein selbstständiges Zusammenstellen von Triebwagen zu Zügen - Vorteil: Unempfindlich gegen Verunreinigungen; Sensoren können hinter Kunststoffblenden versteckt werden; unabhängig von Witterungseinflüssen - Nachteil: Reichweite der Sensorik nur ca. 150 m sicher noch grundlegender Forschungsbedarf; nur für relativ niedrige Geschwindigkeiten geeignet

14 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Bahnsteigsicherung Organisatorische Maßnahmen: Warnhinweise, zeitgerechte Durchsagen Einsatz von Bahnsteigtüren aufgrund fehlender Haltegenauigkeit (Durchrutschgefahr Rad/Schiene), Inhomogenität im Fuhrpark und gekrümmten Bahnsteigen oftmals nicht möglich. Andere technische Maßnahmen für Bahnsteigkante und Bahnsteiggleis Infrarot-Strahlengitter Laserscanner (mit Überwachungskameras kombiniert): 6 rotierende Scanner im Abstand von 25 m untehalb des Bahnsteiges, Videosystem für gesamten Gefahrenbereich, zentrale Auswerteeinheit stellt Daten Betriebsleitstelle zur Verfügung Radar-Überwachungssystem (umempfindlich gegen Schmutz) Bahnübergangssicherung Vollständige Beseitigung derzeit aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich Vollschrankenschluss mit automatischer Gefahrenraumfreimeldeanlage

15 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Bahnsteigtüren Bahnsteigsicherung Quelle: Verkehr und Technik 5/2003

16 Bahnsteigsicherung: Radar-Transponder Unempfindlich gegen Witterungseinflüsse und Verschmutzung Detektionsbereich bis in Höhe von >10 cm über SO bzw. 50 cm unter Bahnsteigoberkante Störungen durch kleine Objekte (Abfall, ) werden vermieden Objekterkennung von Personen durch benutzte Mikrowellenfrequenz (Körpergewebe) Erkennung von in den Tunnelbereich eindringenden Personen

17 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Automatisches Auf- und Abrüsten (Vorbereitungs- und Abschlussdienst durch Triebfahrzeugführer) Automatische Bremsprobe bereits üblich Fahrt in bzw. aus Abstellgleisen als Rangier- oder Zugfahrt Fahrzeugsteuerung / -leittechnik / Störungsmanagement Übliche Störungen (Antrieb / Fahr-/Bremssteuerung / Rechnerstörungen) haben beim automatischen Betrieb schwerere Konsequenzen und sollen deshalb grundsätzlich vermieden werden. Eingrenzung der Störungen über redundante Auslegungen Videoüberwachter Fahrbetrieb (Manuelles Weiterfahren ohne vorherige Besetzung des Fahrzeuges)

18 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Selbstabfertigung des Fahrzeuges Züge ohne Zugpersonal sind zulässig, wenn Schließen der Wagentüren auf den Fahrgastwechsel abgestimmt Geschlossensein der Türen dem Triebfahrzeugführer angezeigt oder von ihm festgestellt wird (EBO 45, Abs. 7) Realisierung über Abfertigungshilfen (Spiegel, Monitore) bei ungünstigen Sichtverhältnissen Entwicklung von Personenflussmeldern Zentrale Abfertigung bei mehrmaligen vergeblichen Schließversuchen Fahrzeugeigendiagnose Bei ICE eingeführt, bei allen neuen Fahrzeugen vorgesehen Übertragung der relevanten Daten an Fahrzeugleitstelle Zusätzliche Detektoren für Entgleisung und Aufprall

19 Automatisches Fahren: Notwendige Modifikationen Sicherheit im Zug / Notfallmanagement Videoüberwachung für den Innenraum Sprechverbindungsmöglichkeiten Personal in den Zügen (?) Kurze Eingreifzeiten / schnelles Erreichen nächster Station im Fernverkehr nicht realisierbar

20 Automatischer Betrieb beim Transrapid: Betriebsleittechnik Fahrzeug (inkl. Sonderfahrzeuge ) Antrieb (Unterwerke, Antriebseinh.) Betriebsleit - technik Fahrweg (inkl. Spurwechsel - einrichtungen ) Fahrdienstleiter Stationen und Instandhaltungs -bereich Aufgaben: Sicherung, Steuerung, Betriebsführung, Disposition, Kommunikation Automatische Steuerung des Betriebes, Eingriff des Personals nur im Störfall notwendig Bei kleinen Abweichungen und Behinderungen des Betriebsablaufes kann der Regelbetrieb automatisch wieder hergestellt werden

21 Automatischer Betrieb beim Transrapid: Betriebsleittechnik Verbindet Teilsysteme der Magnetschwebebahn zu betriebsbereitem Gesamtsystem Unterscheidung in zentrale, dezentrale und Fahrzeugkomponenten Kommunikation über 38-GHz-Funksystem (bidirektionale, hochverfügbare Datenverbindung zwischen Fahrzeug und stationären Einrichtungen entlang des Fahrweges Trennung sicherheitsrelevanter und nicht sicherheitsrelevanter Funktionen Redundante Auslegung aller sicherheitsrelevanter Einheiten (2-von-3-Struktur) Nachweis von Rückwirkungsfreiheit bei Verbund von sicherer und nicht-sicherer Hardware Zentrale Einrichtungen Dezentrale stationäre Einrichtungen Betriebskomunikation Fahrgastkommunikation Fahrgastinformation Diagnose Motorregelung und -steuerung Betriebsleittechnik Dezentral WAN#1 Funksystem Diagnose Fahrgastinformation FAHRZEUG Ortungssystem Betriebsleittechnik Fahrzeug Betriebskommunikation Fahrgastkommunikation Quelle: TRI

22 Automatischer Betrieb beim Transrapid Sichere Bremse Fahrzeugsicherung Fahrzeugbewegung Bremsbefehl Fahrerpult Eingabe/ Ausgabe Automatikfunktion Fahrzeugparameter Profilverletzung Sichere Ortung Fahrparameter Fahrzeugdaten Fahrablaufsteuerung Ortungsparameter / Ort, Geschwindigkeit Wegmessung Bedienen und Anzeige Fahrparameter Fahrwegdaten Profilverletzung Bedienplatz Eingabe / Ausgabe Fahrwegparameter Antriebsparameter Stellauftrag Antriebsabschaltung Abschaltbefehl Fahrwegsicherung Antrieb Stellbefehl / Ortsinformation Weichensicherung Stellbefehl/ Ortsinformation Fahrprofilüberwachung Lagereferenzleiste Fahrzeugsteuerung Spurwechseleinrichtung Lagereferenleiste Wegimpulse Automatikfunktion ermittelt Fahrparameter für Regelbetrieb aus Fahrplan Parameter werden von Fahrablaufsteuerungsfunktion verarbeitet und an Sicherungsebene übertragen Antriebsparameter (Fahrkurven) für den Antrieb werden berechnet Fahrwegsicherung stellt und überwacht die Fahrstraße entsprechend der Fahrwegparameter Fahrzeugsicherung überwacht und steuert Zustand aller Fahrzeuge (einschl. Anheben/Absetzen); löst sichere Bremse im Fahrzeug aus, wenn Fahrprofil verletzt wird Fahrzeugortung stellt Fahrprofilüberwachung genaue Position der Fahrzeuge zur Verfügung Fahrprofilüberwachung (Soll-/Ist-Vergleich) schaltet Antrieb auf Strecke sicher ab, wenn Maximalfahrprofil verletzt wird. Quelle: TRI

23 Literaturverzeichnis: Polz, J.; Beck, R.: Automatisches Fahren auf Bahnen nach EBO, ETR 10/2000 Krolop, M.: Automatischer Betrieb von Bahnsystemen, ifb Berlin Riechers, D.: Automatisch gesteuerte U-Bahnen, Nagold, Verkehr und Technik 5/2003 und 6/2003 Transrapid International: Technischer Bericht Betriebliche Kommunikation und BOS-Funk, Berlin 2004 Transrapid International: Technischer Bericht Notrufeinrichtungen und Videoüberwachung, Berlin 2004 Transrapid International: Technischer Bericht, Planungshandbuch Betriebsleittechnik, Berlin 2004