Die Zukunft der Bahnautomatisierung

Die Treiber der Bahnautomatisierung

Die Bahnindustrie sieht sich bezüglich der Fahrgast- und Frachtkapazitäten mit einer wachsenden Nachfrage konfrontiert. Gleichzeitig aber kann der Ausbau der Bahninfrastruktur kaum mit der schnellen Urbanisierung Schritt halten. Der Fahrgast von Morgen erwartet nahtlose Reiseerlebnisse mit pünktlichen Anschlüssen und Reiseinformationen auf Abruf. Die technische Renaissance führt folglich zu Innovationen bei fahrerlosen Zügen und Fahrgastinformationssystemen, aber auch bei der Überwachung der Schienenfahrzeuge und Bahninfrastruktur weg von der zeitgesteuerten und hin zu einer zustandsbasierten Instandhaltung.

Fahrerlose Züge bieten Betreibern, Behörden und Fahrgästen viele Vorteile im Sinne von mehr Sicherheit, Zuverlässigkeit und Flexibilität. Metrosysteme stehen dabei an der Spitze der Automatisierung und treiben diese voran. Laut einem Bericht des internationalen Verbands für öffentliches Verkehrswesen (UITP) [1] verfügten im Juli 2016 37 Städte weltweit über vollständig automatisierte Metrolinien mit einer Gesamtlänge von derzeit rund 789 km. [2] Aktuelle Prognosen gehen davon aus, dass diese Strecken bis 2025 auf eine Länge von insgesamt 2.300 km anwachsen werden. Nach dem UITP-Bericht haben nach der erfolgreichen Umstellung der U2 in Nürnberg 2009 und der L1 in Paris 2012 sechs weitere europäische Städte bestätigt, dass sie in den nächsten zehn Jahren Projekte zur Umstellung ihrer Metrolinien durchführen werden.

Die Zukunft ist vernetzt

Neue Technologien sorgen für eine intelligente Bahninfrastruktur und ermöglichen so schnelle Kapazitätssteigerungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Betriebs-, Umwelt- und Sicherheitsleistung.

Die zunehmende Vernetzung der Bahnsysteme führt auch zu Verbesserungen in folgenden Bereichen:

• Konnektivität – intermodal und über alle Betriebsgrenzen hinweg.
• Fahrgastbeteiligung – dank intelligenter Informationssysteme wird der Fahrgast künftig eine aktivere Rolle einnehmen.
• Vorausschauende Instandhaltung – durch Überwachung des Zustands von Sachwerten und Systemen.
• Zustandsbasierte Instandhaltung – mit einer großen Zahl sensorbasierter Messstellen.

Die Bahnindustrie könnte hier von den Erfahrungen anderer Branchen profitieren, wie z. B. der Automobilindustrie, die bereits seit einiger Zeit und äußerst erfolgreich Sensoren einsetzt. Konventionelle technische Lösungen werden daher zunehmend mit kognitiven Technologien ergänzt, die Pannen vorhersehen und Unfälle vermeiden. So könnten in vernetzten urbanen Bahnsystemen beispielsweise verschiedene Sensortechniken, wie z. B. Kameras, Radar und Infrarot, zum Einsatz kommen. Eine solche Maßnahme könnte, dank innovativer Analysealgorithmen, die Sicherheit erhöhen und damit letztendlich zu noch intelligenteren Systemen führen. Die vorausschauende Instandhaltung wird außerdem, unterstützt durch Anlageinformationssysteme und vernetzte Technologien, bei der Zustandsüberwachung zur Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs künftig eine Hauptrolle spielen und die Kosten signifikant reduzieren.

Herausforderungen für die Funktionale und die IT-Sicherheit

Die technischen Innovationen bieten zwar enorme Vorteile, schaffen aber gleichzeitig, ähnlich wie im Bereich der Industrie 4.0, neue Herausforderungen für die Gewährleistung der technischen Sicherheit und der IT-Sicherheit. So sind die aktuellen Ansätze zur Funktionalen Sicherheit von Bahnsystemen beispielsweise nicht vollständig auf die Bedürfnisse der modernen Sensortechnik abgestimmt, wenn diese mit einer Datenanalyse in Echtzeit kombiniert werden. Komplexe autonome Systeme mit vielen Sicherheitsfunktionen sind außerdem anfälliger für konstruktionsbedingte Fehler und erfordern daher mehr Simulation und Modellierung in der Entwurfs- und Testphase.

Mit zunehmender Kommunikation zwischen den Fahrzeugsystemen und der Infrastruktur werden die komplexen, digitalen und vernetzten Prozesse außerdem anfälliger für Angriffe von außen. Um mehr Schutz gegen Cyber-Attacken zu bieten, benötigen die neuen automatisierten Systeme daher andere Ansätze bei der Sicherheitsbegutachtung als die aktuellen Verfahren, die eher auf konventionelle Systeme ausgerichtet sind.

Wenn innovative Bahnsysteme auf herkömmliche Bahnsysteme treffen

Sichere Innovationen

Bei mehr Automatisierung im Bahnbereich müssen die Sicherheitsrisiken, einschließlich der mit Störungen der komplexen Systeme einhergehenden Gefährdungen, auf ein annehmbares Maß gesenkt werden. Gleichzeitig müssen IT-Sicherheitslösungen die geforderte Leistung erbringen, ohne die Sicherheitsfunktionen zu beeinträchtigen. Will man die Einhaltung der Anforderungen sicherstellen, so müssen Risiken und Schwächen identifiziert und die Funktionale Sicherheit und IT-Sicherheit optimiert werden.

TÜV SÜD hat über 50 Jahre Erfahrung mit Rail-Systemen auf europäischer und internationaler Ebene. Wir schlagen die Brücke zwischen den Anforderungen der Bahnsicherheit und den Anforderungen der IT-Sicherheit und treiben durch unsere Prüf- und Zertifizierungsdienstleistungen die Homologation neuer automatisierter Schienenfahrzeuge voran. Unser Hauptanliegen besteht darin, unsere Kunden bei der Entwicklung neuer technischer Lösungen zu begleiten, mit denen sie die Herausforderungen der Bahnautomatisierung meistern können. Dazu bringt TÜV SÜD das Wissen und die Fähigkeiten eines internationalen Expertennetzwerks ein.

[1] UITP-Bericht zur Automatisierung von Metrosystemen – Juli 2016
[2] UITP-Präsentation zu den Grundlagen der Automatisierung von Metrosystemen – Kopenhagen, 23. Mai 2016