DAS Ohr an der Schiene: Wie Distributed Acoustic Sensing innovative Anwendungen in der Bahnbranche ermöglicht

Visualisierung: DAS Distributed Acoustic Sensing | Foto: ITK Engineering GmbH / Fotolia / Thomas Söllner

Distributed Acoustic Sensing (DAS) ist eine der neuesten Technologien in der Zug­überwachung. Das deutsche Technologie­unternehmen ITK Engineering entwickelt derzeit zahlreiche Bahn­anwen­dungen mit Hilfe von DAS.

Die Digitalisierung der Bahnbranche schreitet weiter mit großen Schritten voran. Im Fokus stehen dabei unter anderem Anwendungen wie die Echtzeitlokalisierung von Zügen, Predictive Maintenance oder auch das Erkennen von unerwünschten Eindringlingen auf dem Gleis. Bei all diesen Anwendungen kann die Sensortechnologie Distributed Acoustic Sensing einen wertvollen Beitrag für die Zukunft leisten.

Die Technologie des Distributed Acoustic Sensing (DAS) nutzt Glasfaserkabel, die durch das Anschließen sogenannter Interrogator-Einheiten in kontinuierliche, akustische Sensoren verwandelt werden. Derzeit gängige Systeme können eine Strecke von 100 km oder mehr kontinuierlich und in Echtzeit überwachen.

Anwendungsmöglichkeiten von DAS in der Bahntechnik | Quelle: ITK Engineering GmbH

Dieses Sensorprinzip ist bereits seit Jahrzehnten in der Öl-/ und Gasindustrie erfolgreich im Einsatz und findet seit etwa 2012 verstärkte Aufmerksamkeit in der Bahnbranche. Seitdem sind DAS-Sensoren Teil zahlreicher Untersuchungen und Pilotprojekte geworden und finden bereits mit ersten Anwendungen Einzug in den Betrieb.

Ein besonderer Vorteil von DAS-Sensoren in der Bahnbranche ist, dass oft bereits vorhandene Glasfaserkabel genutzt werden können, die zu Kommunikationszwecken im Kabelschacht neben dem Gleis verlegt wurden. Dies spart Kosten bei der Installation und Wartung. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit nur einem DAS-Sensor mehrere Anwendungen gleichzeitig realisiert werden können. So lassen sich beispielsweise Züge in Echtzeit verfolgen und gleichzeitig der Zustand von Rädern und Infrastruktur überwachen.

ITK Engineering ist seit über fünf Jahren aktiv an der Entwicklung von Algorithmen für DAS-Anwendungen beteiligt. So wurden in Kooperation mit Herstellern von DAS-Sensoren und Betreibern der Bahnbranche erfolgsversprechende Studien zur kontinuierlichen Echtzeit-Lokalisierung und Zuglängenbestimmung durchgeführt. DAS-Systeme bieten sich insbesondere in GPS freien Streckenabschnitten wie Tunneln oder Wäldern zur Zugverfolgung an.

In einem weiteren Kooperationsprojekt wurde gezeigt, dass sich DAS eignet, um Radflach­stellen frühzeitig zu erkennen. Dadurch können Folgeschäden durch die Flachstellen am Gleis oder schlimmstenfalls ein Radbruch vermieden werden. Entscheidend waren bei all diesen Projekten die von ITK eigens entwickelten Algorithmen zur Zugverfolgung, die auf einem Hybridansatz von traditioneller, physikalisch motivierter Sensorverarbeitung und maschinellen Lernalgorithmen basieren.

Das derzeit größte Potential für zukünftige Entwicklungen im DAS-Bereich sieht ITK Enginee­ring in der Erkennung von Personen und Objekten auf dem Gleis. In den letzten Jahren hat sich die Anzahl von Personenunfällen durch unerlaubte Gleisbetretung nahezu verdoppelt. Betreiber versuchen, diesem Problem vor allem durch den Bau von Zäunen entgegenzuwirken, die wiederum teilweise mutwilligen Beschädigungen zum Opfer fallen. Durch die kontinu­ierliche Überwachung langer Strecken bietet Distributed Acoustic Sensing die Möglichkeit, Personen auf dem Gleis oder auch Vandalismus an Zäunen frühzeitig zu erkennen und entsprechende Schutzmaßnahmen wie die Langsamfahrt einzuleiten.

Weiteres Potential für zukünftige Entwicklungen von DAS-Anwendungen zeigt sich im Bereich der Infrastrukturüberwachung. So lässt sich mit DAS beispielsweise eine Verdichtung des Gleisschotters oder ein Absinken von Brücken erkennen.

Mit innovativen Ansätzen wird ITK Engineering auch zukünftig Entwicklungen im Bereich von Distributed Acoustic Sensing vorantreiben, um als Treiber für die Digitalisierung im Bahnbereich zu fungieren.

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Autor: Thomas Sigl