Smart Rail Inspector

Hauptziel

Mit dem SMART RAIL INSPECTOR wird ein System zur zustandsabhängigen Instandhaltung des Schienennetzes entwickelt, um zum einen die schienengebundene Lärmbeeinträchtigungen rechtzeitig zu reduzieren und zum anderen eine wirtschaftliche und effektive Wartung und Pflege zu ermöglichen. Die automatisierte Schadensdetektion hilft unmittelbar die Verkehrsströme zu verflüssigen, die Sicherheit des Schienenverkehrs zu erhöhen und trägt zu Kosten- und mittelbar zu Energieeinsparungen bei. Die Anwendung statistischer Methoden erlaubt eine modell-orientierte Vorhersage von auftretenden Schäden im Schienensystem. Eine Lärmbelästigung durch Verschleiß der Schienen kann damit zukünftig sehr stark reduziert und Ausfälle durch Schienenschäden können nahezu ausgeschlossen werden. Gemäß der sechzehnten Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verkehrslärmschutzverordnung - 16. BImSchV) liegen die Immissionsgrenzwerte z. B. in reinen und allgemeinen Wohngebieten und Kleinsiedlungsgebieten bei 59 dB(A) am Tag und 49 dB(A) in der Nacht. Durch den zukünftigen Einsatz des SMART RAIL INSPECTORS in der Praxis kann die mittlere Lärmbelästigung leicht um 3 dB(A) (und mehr) gesenkt und die Immissionsgrenzwerte laut 16. BImSchV eingehalten werden. Das System des SMART RAIL INSPECTORS setzt die zu erarbeitenden technologischen Fortschritte in gesellschaftliche und wirtschaftliche Vorteile um. Die Innovationen münden in ein ganzheitliches digitales Sensorsystem, samt Auswertealgorithmen und Visualisierung, welches später am Markt als Dienstleistung und als Produkt angeboten wird. Der Lösungsansatz basiert darauf, dass die zu entwickelnde Sensoreinheit des SMART RAIL INSPECTOR Systems bei normalen Zug- und Straßenbahnfahrten am Linien-Fahrzeug angebracht und mitgeführt wird. Ein spezieller Messwagen oder Messzug wird nicht benötigt, wodurch eine kontinuierliche Überwachung des Gleisoberbaus und der Schienen ermöglicht wird.

Die Aufgabenstellung besteht in der Kombination und Integration der verschiedenen Sensoren in einem Mess- und Auswertesystem. Die zu entwickelnde Sensoreinheit umfasst einen neuartigen Triangulationssensor für die hochgenaue und schnelle Gleisbeobachtung mittels Lasertriangulation (LTS), einen weiteren optischen Sensorkomplex zur Erzeugung und Auswertung einer Punktwolke im cm-Bereich für Schiene und Bahndamm (GES), einen Schallsensor zur Geräuschanalyse und einen Positionssensor für die präzise Georeferenzierung der Daten im Bereich weniger Zentimeter. Hierbei kommt der exakten Synchronisation der Daten eine tragende Rolle zu. Die Sensoren werden um eine zentrale Steuer- und Aufzeichnungseinheit ergänzt.

Bisherige Ergebnisse

Das IMS ist seit über 15 Jahren im Bereich der CMOS Bildsensorik tätig. Durch zahlreiche internationale Publikationen und Patente ist das Institut als Kompetenzzentrum im Bereich der Bildsensorik international anerkannt. Die besonderen Möglichkeiten im IMS erlauben die enge Kooperation zwischen den Bildsensor-Entwicklern und den Technologieabteilungen, die die CMOS Prozesse entwickeln. Durch diese Konstellation ist es möglich, mit allen Kenntnissen über den CMOS-Prozess neue Bauelemente zu designen und zu realisieren. Dies geschieht meist durch Anforderungen von potenziellen Kunden. In mehreren Entwicklungsprojekten mit Herstellern von Positionssensoren hat das IMS bereits verschiedene Sensoren z. B. auch für Triangulation realisiert. Heutige Sensoren basieren jedoch auf konventionellen pn-Photodioden oder sind verstärkt auf den Einsatz im Automotive Bereich hin optimiert worden. Sie werden bereits in kleinen bis mittleren Stückzahlen gefertigt und sollen auch weiterhin Verwendung finden. Besondere Multiplexing- und Akkumulationstechniken sowie die hohe Pixeldynamik zeichnen diese Sensoren aus. Diese bereits vorhandenen Techniken sollen in diesem Projekt ebenfalls weiterentwickelt werden. Die Nutzung der vom IMS jüngst neu entwickelten und patentierten LDPD Pixelstrukturen bringt hier den entscheidenden Vorteil gegenüber allen konkurrierenden Lösungen.

 

Partner

      

Förderung

Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.