Alles auf Schiene Detail - Computerwelt

Computerwelt: Aktuelle IT-News Österreich


26.04.2012 Rudolf Felser/pi

Alles auf Schiene

Das AIT hat gemeinsam mit den Wiener Linien einen hochauflösenden optischen Schienenscanner entwickelt, der im rasenden Tempo genaueste Prüfergebnisse liefert.

© AIT

Im urbanen Nahverkehr ist jüngst wieder einiges in Bewegung geraten. Neue, komfortable und leistungsstarke U-Bahnen und Straßenbahnen sowie der laufende Ausbau der Strecken locken immer mehr Leute in die öffentlichen Verkehrsmittel. Die Fahrgastzahlen und die zurückgelegten Fahrkilometer im öffentlichen Nahverkehr steigen ständig. Das bedeutet wiederum weniger Autoverkehr, weniger Stau auf den Straßen und eine bessere Luft für die Stadt. All diese erfreulichen Entwicklungen führen aber auch zu einer Mehrbelastung für das Schienenmaterial. Für die Verkehrsbetriebe steigt damit die Notwendigkeit, die Gleisanlagen und besonders die Schienenoberflächen verstärkt zu inspizieren.

Vor ein paar Jahren war dies noch die Aufgabe für Bahnwärter, die die Strecken abgingen und kontrollierten. Heute kommt dafür modernste Technik in Messwägen zum Einsatz. Einfach nach dem Alter einer Schiene zu gehen und gezielt diese Abschnitte zu überprüfen, genügt hierbei nicht. Die Verschleißerscheinungen und Schäden am Schienenmaterial treten oft sehr unterschiedlich auf. 

SCANNER FÜR SCHIENEN

Das AIT hat sich gemeinsam mit den Wiener Lienen schon in mehreren Projekten der Schieneninspektion gewidmet. Im Projekt "CUBAL" (Krümmungsbasierte Verortung und Aufnahme von Urbanen Schienennetzen) wurde ein neues Verfahren entwickelt, um Messdaten des Schienennetzes mittels einer krümmungsbasierten Verortung der Strecke genau zuordnen zu können. Störstellen lassen sich so rasch auffinden. Im Projekt "Netscan" wurde in Folge ein digitaler Netzplan erstellt. Auf dieser Basis wurde schließlich im März 2009 das Projekt "fractINSPECT", mit dem Ziel einen hochauflösenden optischen Schienenscanner zu entwickeln, gestartet. "Am 6. Dezember 2010 kam unser Schienenscanner das erste Mal in einem Messwagen zum Einsatz, seit Oktober 2011 ist das vollständige Testsystem im alltäglichen Einsatz", freut sich Michael Nölle, AIT-Wissenschaftler von der Optical Quantum Technology Forschungsgruppe. Bislang wurden schon rund 80 Kilometer Schienenstrecke vollständig erfasst. Das sind komprimiert – ebenfalls mit einem von AIT entwickelten Verfahren – immerhin rund zwei Terabyte Daten. Die Verarbeitung der riesigen Datenvolumen stellt bei diesem interdisziplinären Projekt eine besondere Herausforderung dar. 

Deshalb arbeiten hier AIT-Experten aus dem Bereich der Quantenkryptographie mit AIT-Bildverarbeitungsexperten zusammen, indem sie ihr spezielles algorithmisches Know-how einbringen und dabei Aufnahmetechnik und Verarbeitung der Daten optimal aufeinander abstimmen.

Die Daten aus den regelmäßigen Inspektionen mit Messwägen zeigen nicht nur aktuelle Schäden auf. Mittels Zeitreihen und Erfahrungswerte können wichtige Erkenntnisse für die Materialwissenschaft und das ganze Rad-Schiene-System gewonnen werden. Sie dienen etwa auch zur Entwicklung neuer Schienenprofilen. Vor allem aber hatten die Wiener Linien mit dem AIT-Schienenscanner in den Messzügen ein Ziel vor Augen: eine bessere Vorausplanung für Wartungs- und Austauscharbeiten. Damit lässt sich ebenfalls einiges an Geld einsparen.  

SCHNELLE UND GENAUE OPTISCHE ERFASSUNG

Messwägen konnten bis vor kurzem nur zu gewissen Zeiten eingesetzt werden, da sie sonst den laufenden Betrieb stören würden. Je schneller ein Messwagen während der Schieneninspektion fahren kann, um so einfacher ist sein Einsatz zu planen. Mit dem neuen AIT-Schienenscanner ist das möglich. Bei dem Projekt fractINSPECT stellte sich für das interdisziplinäre Entwicklerteam aus den Bereichen High Performance Image Processing und Optical Quantum Technology einige besondere Herausforderungen.

Denn schadhafte Stellen auf Schienen festzustellen, ist mit normalen optischen Systemen sehr schwierig. Durch das Befahren hat der Stahl eine glatte, spiegelnde Oberfläche. Herkömmlichen Kamerasystemen können dadurch Risse, Brüche oder gar kleine Mikrorisse, die ein Indikator für in Zukunft drohende Schienenbrüche sind, entgehen. Eine zusätzliche Herausforderung ist, dass die Schienenoberfläche nicht eben, sondern teils sehr unterschiedlich gewölbt ist.

Um die Unebenheiten und Schäden auf einer Schiene zu erfassen, setzen die AIT-Experten deshalb auf ein selbst entwickeltes "2,5 D-Verfahren". Dazu wird die Schiene seitlich mit zwei unterschiedlich farbigen Lichtquellen beleuchtet. Dadurch tritt ein sogenannter Schattenwurfeffekt ein. "Damit wird die dreidimensionale Lochstrukturierung auf der Schiene mittels Farbschattierungen sichtbar", erklärt Reinhold Huber-Mörk von der Gruppe High Speed Image Processing. Da auf den Aufnahmen die Farbschattierungen zwar Erhebungen und Vertiefungen zeigen, aber die Höhenunterschiede nicht quantitativ erfasst werden, handelt es sich um kein wirkliches 3-D-Verfahren. Für die Schadensaufnahme ist das Verfahren aber perfekt und sehr schnell.

ZEILE FÜR ZEILE

Mit einer Farbzeilenkamera werden bei sehr hohen Geschwindigkeiten hochauflösende Bilder der Schienen mit einer Auflösung von 0,19 mm pro Pixel gemacht. Damit lassen sich selbst jene nur 0,5 mm dünnen Risse erkennen, die künftig zu Problemen führen könnten. Farbzeilenkameras, die im Gegensatz zu herkömmlichen Kameras nicht alle 400 bis 2.000 Zeilen eines Bildes auf einmal, sondern rasend schnell Zeile für Zeile erfassen, eignen sich hier am Besten.

Die derzeit eingesetzte Zeilenkamera – ein zugekauftes Modell – wird mit einer Zeilenfrequenz von 60 kHz betrieben. Normale Zeilenkameras erreichen hier Werte von 20 kHz. "Wichtig bei diesem Projekt ist, dass der Schienenscanner mit 40 km/h messen kann, da auch die anderen Messsysteme im Messwagen auf 40 km/h ausgelegt sind", erklärt Michael Rubik von der AIT Forschungsgruppe High Speed Image Processing, der in diesem Projekt  für die Aufnahmetechnik zuständig ist. Möglich wären theoretisch sogar Geschwindigkeiten bis zu 300 km/h, womit selbst Hochgeschwindigkeitszugstrecken ohne größere Behinderungen geprüft werden könnten. Bahngesellschaften zeigen schon Interesse an dem neuen System. (Das AIT arbeitet derzeit ebenfalls an neuen Zeilenkameras, die künftig Aufnahmen mit einer Zeilenfrequenz von 200 kHz in Farbe und 600 kHz monochrom ermöglichen.)

RIESIGE DATENMENGEN

Eine Fahrt mit dem Schienenscanner bedeutet zugleich ein riesiges Datenvolumen, das gespeichert und verarbeitet werden muss. Pro Gleiskilometer fallen 34 GB Daten an, die mittels eines eigenen, ebenfalls am AIT entwickelten, verlustfreien Kompressionsverfahren für die anschließende Auswertung vorbereitet werden, die offline erfolgt. Dazu wurde im AIT-Begleitprojekt "UI2P" (InfraIntegrity) eine neue Datenbankinfrastruktur für eine optimierte Schienen-Instandhaltung geschaffen. Die Archivierung der Daten ermöglicht es, nun auch Langzeitanalysen durchzuführen. So lassen sich neue Erkenntnisse über die zeitliche Veränderung von potenziellen Schadstellen gewinnen, die wiederum zur besseren Fehlererkennung, zur Optimierung von Wartungs- und Reparaturarbeiten und für die Materialforschung herangezogen werden können. So ermöglicht ein neu entwickeltes Klassifizierungssystem von Oberflächenstrukturen, verschiedene potenzielle Schienenschäden zuverlässig zu erkennen.

Die laufende Schieneninspektion dient den Wiener Linien nun besonders auch zur vorausschauenden Wartung. Kleine Fehler lassen sich unter Umständen noch durch das Abschleifen der Schienen und dem Auftragen von Material reparieren, bevor sie zu größeren Schäden führen. Und das bedeutet einen längeren Einsatz der Schienen und erspart somit große Geldsummen. Denn der Austausch eines Schienenelementes mit allen Arbeitsschritten ist teuer und kann noch dazu zu Behinderungen im  Fahrbetrieb führen. 

Die langjährige Zusammenarbeit zwischen den Wiener Linien und dem AIT in mehreren Projekten hat sich bestens bewährt. "Die Wiener Linien sind immer wieder mit wissenschaftlichen Fragen an uns herangetreten, um die Sicherheit und den Fahrkomfort zu erhöhen", betont Bernhard Ömer, Senior Engineer bei der AIT-Foschungsgruppe Optical Quantum Technology. Nachdem der Schienenscanner nun schon voll im Einsatz ist, ist das AIT nun für die weitere Betreuung und Weiterentwicklung des optischen Hightech-Systems zuständig. 

"Rad und Schiene müssen immer als Gesamtsystem betrachtet werden", so Ömer. Deshalb wird auch schon an einigen weiteren Projekten gearbeitet. Im Projekt "uvWave" entwickeln die AIT-Experten mit den Wiener Linien ein neues Messsystem, das die Wechselwirkungen zwischen Rad und Schiene abbilden kann. Und im Projekt "TurnMobile" geht es da­rum, Linien- und Fahrplaninformationen mit anonymisierten Bewegungsdaten von Mobiltelefonen zu verknüpfen, um die Verkehrsplanung zu optimieren. (pi)

Diesen Artikel

Bewertung:

Übermittlung Ihrer Stimme...
Noch nicht bewertet. Seien Sie der Erste, der diesen Artikel bewertet!
Klicken Sie auf den Bewertungsbalken, um diesen Artikel zu bewerten.
  Sponsored Links:

IT-News täglich per Newsletter

E-Mail:
Weitere CW-Newsletter

CW Premium Zugang

Whitepaper und Printausgabe lesen.  

kostenlos registrieren

Aktuelle Praxisreports

(c) FotoliaHunderte Berichte über IKT Projekte aus Österreich. Suchen Sie nach Unternehmen oder Lösungen.

Zum Thema

  • Huawei Technologies Austria GmbH

    Huawei Technologies Austria GmbH mehr
  • Fabasoft AG

    Fabasoft AG Vereine und Verbände, Öffentliche Verwaltung, Medizin und Gesundheitswesen, Luft- und Raumfahrttechnik, Freie Berufe, Finanzdienstleistungen, Qualitätssicherung,... mehr
  • EASY SOFTWARE GmbH

    EASY SOFTWARE GmbH Schrifterkennung, Mobile Lösungen und Applikationen, Management Informationssysteme (MIS), Dokumentenmanagement und ECM, Business Intelligence und Knowledge Management mehr
  • KORAM Softwareentwicklungsgesellschaft m.b.H:

    KORAM Softwareentwicklungsgesellschaft m.b.H: Betriebsdaten- und Zeiterfassung, Kaufmännische Software (ERP), Management Informationssysteme (MIS), Bauwesen, Einzelhandel, Fertigung, Produktion und Konstruktion, Freie Berufe,... mehr

Hosted by:    Security Monitoring by: