exSentric - Extending Sensor Technology for Rails in the City

Der schienengebunden urbane Nahverkehr ist Lebensader und Rückgrat der modernen Großstadt. Eine zeitgemäße städtische Schieneninfrastruktur ist dabei ein hochkomplexes System; ihr reibungsloses Funktionieren ist einer der wichtigsten Faktoren sowohl für die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit als auch die urbane Lebensqualität. Für ein modernes vorausschauendes Instandhaltungsmanagement sind eine permanente Zustandsüberwachung der Infrastruktur und eine technische Sensorik kritische Erfolgsfaktoren.

Kurzbeschreibung

Ziel

dieses Projekts war die Neu- und Weiterentwicklung einer für die Bedürfnisse des urbanen Nahverkehrs zugeschnittenen Sensorik. Der Fokus lag dabei nicht primär auf der Hardware selbst, sondern auf der kompletten Auswertungskette vom Signal über die Messgröße zu Zustandsdaten bis hin zur eigentlichen Information, d.h. zu den letztendlich operativ relevanten Gesamtbildern und Prognosen.

Fahrzeugseitige Schallmessung

Der Straßenbahn-Gleismesswagen der Wiener Linien wurde im Projektverlauf mit einem akustischen Messsystem ausgerüstet, um die gleiszustandsbedingten Schallemissionen bei Befahrung zu beurteilen. Dadurch können Rückschlüsse auf beginnende Riffelbildungen sowie Kurvenkreischen und –quietschen gezogen werden. Die fahrzeugseitigen Schallmessungen wurden mit Vorbeifahrtsmessungen verglichen. Damit gelang es, die Onboard-Messungen zu validieren wie auch von den Emissionen am Fahrzeug auf die tatsächlichen Immissionen zu schließen. Dazu wurde aus den erhobenen Messdaten ein geschwindigkeitsabhängiges Transferpfad-Modell erstellt.

Beurteilung der Gleisgeometrie

Die Bewertung der Einzelkomponenten der Lageabweichung durch lokale Maxima und Standardabweichung ohne Berücksichtigung der Dynamik der Fahrzeuge und der Fre-quenzanregung liefert nachgewiesenermaßen eine schlechte Übereinstimmung mit den Rad-Schiene-Kräften. Ausgangspunkt für die mit „Point Mass Acceleration" (PMA) be-zeichneten Methode ist eine dreidimensionale Beschreibung der Bewegung eines zum Massenpunkt reduzierten Fahrzeugmodells. Damit kann ein einfacher Zusammenhang der Gleislagefehler (und deren Ableitungen) zu den Beschleunigungen hergestellt werden.

Verortung und Registrierung von Schienenprofilen

Für die Verortung wurde aus den Daten des uvWave-Messsystems ein Krümmungsbild errechnet, das unter Nutzung des im Vorprojekt CUBAL entwickelten Verfahrens verortet wurde. Ein Synchronisationskanal zum plasmaTram-Profilmesssystem ermöglicht eine Vorverortung der Profilabschnitte mit einer Genauigkeit im Submeterbereich (< 100 Profi-le). Für die genaue Ausrichtung der Profile aneinander (Registrierung) konnten robuste, gegen seitliche Verschiebung unempfindliche Merkmalsvektoren identifiziert werden, wel-che die Korrelation von einem zwei- auf ein eindimensionales Problem reduzieren. Für die Offset-Ermittlung wurde ein völlig neuer globaler Suchalgorithmus entwickelt.

Datenzusammenführung und Langzeitbetrachtungen für Verschleiß- und Riffelentwicklung

Es wurde eine Software zur Ermittlung der Verschleißparameter aus Schienenprofilen sowie der Riffelbewertung auf Basis aufgezeichneter Achslagerbeschleunigungen entwi-ckelt. Das Modell ist völlig generisch und für beliebige Zustandsparameter geeignet. Um Robustheit gegenüber lücken- und fehlerhaften Daten zu erreichen, wurden sowohl ein-zelne Messwerte als auch ganze Messfahrten mit einem mehrstufigen Verfahren auf inne-re Konsistenz und Plausibilität geprüft und gewichtet. Die Daten wurden dann zu einem Zustandsbild auf Basis der prognostizierten Restliegedauer zusammengeführt.

Das Projekt exSentric ist bemerkenswert, weil es gelungen ist, aufbauend auf und durch Zusammenführung von Ergebnissen von den drei völlig unterschiedlichen Vorprojekten CUBAL, uvWave und plasmoTram Lösungen zur dringenden praxisrelevanten Fragestel-lungen zu erarbeiten, die in Folge dazu dienen, die Technologieführerschaft der Wiener Linien beim schienengebundenen öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) auszubauen und dazu beitragen, dass Wien auch weiterhin die lebenswerteste Stadt der Welt bleibt.

Projektbeteiligte

Projektleitung

AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Dr. Bernhard Ömer

Projektpartner

Dr. Mittermayr Scientific Consulting, Dr. Paul Mittermayr
Wiener Linien, DI Werner Wehr

Kontaktadresse

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Dr. Bernhard Ömer
Tel.: +43 (664) 825 10 80
Fax: +43 (505) 50-4190
E-Mail: bernhard.oemer@ait.ac.at

Dieses Projekt wurde im Rahmen des Programms "Mobilität der Zukunft" vom BMVIT finanziert.

Weiterführende Informationen sowie den Ergebnisbericht finden Sie im Infonetz der FFG.