PTC 2.0: Wabtec führt die bahnbrechenden Fortschritte bei wegweisender Software für die Schienenverkehrssicherheit an
Einführung
Positive Train Control, kurz PTC, feierte kürzlich das vierjährige Jubiläum seiner erfolgreichen Markteinführung in den USA. Doch diese Errungenschaft und die über zehn Jahre andauernden Entwicklungsbemühungen, die dahinter stehen, haben ihren Ursprung in einer Tragödie, die auf den 12. September 2008 zurückgeht, als ein Personen- und ein Güterzug im Stadtteil Chatsworth in Los Angeles kollidierten.
Nach diesem schrecklichen Unfall verabschiedete der Kongress ein Gesetz, nach dem die Eisenbahnen ein nationales Sicherheitssystem einführen müssen, das die Bewegung aller Züge in den USA auf fast 60.000 Meilen Gleisen überwacht, die Besatzungen berät und einen Zug bei Bedarf automatisch stoppt.
Die Inbetriebnahme dieses Mandats dauerte 12 Jahre und erforderte massive Investitionen und Innovationen von Eisenbahnunternehmen der Klasse I, kleineren Betreibern und führenden Technologieanbietern, einschließlich Wabtec. Um sich ein Bild vom Ausmaß dieses Vorhabens zu machen, sollten Sie sich vor Augen führen, was eine Fluggesellschaft der Klasse I dem Reporter der Los Angeles Times, David Lauter, über die Einhaltung der Vorschriften erzählte: „Die BNSF musste ungefähr 6.000 Masten am Wegesrand bauen, um Signale entlang einer Strecke von 11.500 Meilen zu übertragen, und 5.000 Lokomotiven mit Bordcomputern ausstatten.“ (Quelle: Los Angeles Times, „Die USA haben endlich ein System zur Verhinderung tödlicher Eisenbahnunfälle“, 2. Januar 2021.)
Lauter wies auch auf eine weitere wichtige — und anspruchsvolle — Anforderung von PTC hin: „Da die Triebwerke einer Eisenbahn häufig über Gleise fahren, die einer anderen gehören, mussten die Systeme, die von jeder der sieben großen Güterbahnen des Landes und mehr als zwei Dutzend kleinerer Güter- und Pendlerlinien verwendet werden, vollständig interoperabel sein.“
Was er zu diesem Zeitpunkt noch nicht wusste, war, dass die PTC-Software auf den 5.000 Bordcomputern von BNSF (und den über 22.000 Bordcomputern der gesamten Eisenbahnbranche) von Wabtec entwickelt werden würde und dass die PTC-Lösung von Wabtec zu einem Industriestandard werden würde, der täglich über 1 Million Meilen aktiven Zugschutz im Liniendienst für 97 Bahnbetreiber weltweit bietet.
Ein gelungener Start bei PTC
Weder die Eisenbahnindustrie noch Wabtec wurden von der wegweisenden PTC-Gesetzgebung plattfüßig erwischt. Wabtec entwickelte bereits ein Sicherheitsprodukt, das auf GPS und einer Borddatenbank mit wichtigen Merkmalen für die Strecke basierte — und das Unternehmen hatte mehrere Pilotkunden unter den Fluggesellschaften der Klasse I.
Die Lösungen von PTC basieren auf vier Säulen. Sie sind so konzipiert, dass Züge vor Überschreitung der Genehmigungsgrenzen, vor Entgleisungen aufgrund überhöhter Geschwindigkeit, vor dem Passieren einer Weiche, die nicht für diesen Zug vorgesehen ist, und vor dem Eindringen in Arbeitsbereiche, in denen Arbeiter und Ausrüstung arbeiten könnten, geschützt werden.
Doch die Skalierung all dieser Funktionen wäre eine gewaltige Herausforderung. Die PTC-Pilotlösung von Wabtec funktionierte nur auf ausgewählten Gleisabschnitten, nicht auf dem gesamten nordamerikanischen Schienennetz. Die Signalinfrastruktur und die Kommunikationsnetze am Straßenrand mussten viel weiter „ausgebaut“ werden, ganz zu schweigen von der Lösung des gesamten Problems der Interoperabilität.
PTC als „Overlay“
Mit Sicherheit als „Leitstern“ und den vier Säulen des Schutzes als erstes Ziel, leistete Wabtec Pionierarbeit bei PTC-Softwareinnovationen für die Branche und erhielt mehrere Patente. Dies geschah jedoch innerhalb der praktischen Parameter dessen, was die Branche eigentlich wollte.
„Es ist wichtig zu verstehen, dass die Einführung von PTC von dem Wunsch der Eisenbahnbranche geprägt war, ihre betrieblichen Abläufe zu verbessern und nicht zu ersetzen“, erklärt Jeff Kernwein, Group Vice President, Digital Intelligence, Wabtec. „Aus diesem Grund haben wir unsere ursprüngliche PTC Software so konzipiert, dass sie dem Ingenieur ‚über die Schulter' schaut, um Fehler zu vermeiden und gleichzeitig seine Autonomie für den sicheren Betrieb und die Erledigung seiner täglichen Aufgaben zu wahren.“
Diese Fähigkeit, das Sicherheitsniveau zu erhöhen und gleichzeitig Traditionen zu respektieren, hat der Wabtec PTC Software einen festen Platz in der Kabine jedes Lokomotivführers der Klasse I eingebracht.
Ein neuer Weg in die Zukunft für den Rest der Welt
Wabtec war damit beschäftigt, die Grenzen der PTC-Software auszuloten. Die neueste Version ist bereit, herkömmliche Annahmen in Bezug auf Sicherheit, Kapazität und Infrastrukturinvestitionen neu zu definieren.
„Vor zehn Jahren, als wir und die Spediteure der Klasse I gerade dabei waren, die erste Generation von PTC-Lösungen zu entwickeln, ließen wir uns von der Idee leiten, dass die PTC-Software als Overlay fungiert“, erinnert sich Kernwein. „Heute hören wir von Kunden, die an einem neuen Sicherheits- und Kapazitätsparadigma interessiert sind, das weniger Infrastruktur am Straßenrand erfordert.“
Wie wäre es beispielsweise, wenn die Autorität einfach an das integrierte PTC-System der Eisenbahn übertragen werden könnte, ohne dass irgendwelche Signale am Straßenrand erforderlich wären, anstatt sich auf eine signalgestützte oder formulargestützte Behörde zu verlassen?
Eine solche Verlagerung könnte eine überzeugende, kostengünstigere Alternative zu neuen Schienennetzen auf der ganzen Welt darstellen. Anders ausgedrückt: Eisenbahnen in Südamerika, Afrika, Südostasien und Australien könnten auf teure Signalanlagen am Wegesrand verzichten und direkt zu PTC 2.0 springen, um ihre Eisenbahnprojekte schneller und wirtschaftlicher zum Leben zu erwecken — ohne Abstriche bei der Sicherheit.
PTC 2.0: Ein Best-Case-Szenario in Bezug auf Sicherheit und Kapazität
Um in eine Welt zu gelangen, in der keine Signale am Wegesrand mehr erforderlich sind und On-Board-Lösungen eigenständig den Zügen das Fahren ermöglichen, müssen die Sicherheitsfunktionen neuer PTC-Systeme noch weiter verbessert werden.
Wabtec gibt in seinem PTC 2.0-Angebot, das die neue Software „Independent Validation Office Controller“ (IVOC) enthält, die die gesamte Eisenbahn überwacht, einen Einblick in diese Zukunft. Das IVOC kennt den Standort und die Eigenschaften jedes Zuges und weiß auch, wohin jeder Zug fahren darf. Dies wird durch eine präzise Navigation verbessert.
„Die Kombination aus regelbasierten Behördeninformationen und präziser Telemetrie in PTC 2.0 wird für eine deutliche Verbesserung der Sicherheit sorgen und gleichzeitig die Kapazitätsplanung transformieren, sodass die Betreiber mehr Züge sicher auf ihren Gleisen unterbringen können, ohne dass sie standardmäßig die Abstände für Züge im schlimmsten Fall festlegen müssen“, schließt Craig Green, Senior Director bei Wabtec, der die IVOC-Entwicklung beaufsichtigt.
Die Planung von „Zug im schlimmsten Fall“ erhöht die Streckensicherheit, indem sie sicherstellt, dass der Gleisverkehr ausreichend verteilt ist, um den schlimmsten Szenarien Rechnung zu tragen, z. B. einem schweren, kohlebeladenen Zug, der mit Höchstgeschwindigkeit fährt. Dieses System schützt die Züge, indem es für den Fall der Fälle einen großen Puffer zwischen ihnen bereitstellt.
Mit der PTC 2.0-Lösung von Wabtec können Eisenbahnen jedoch beginnen, über die Planung von „Worst-Case-Szenarien“ hinauszugehen und zu einem neuen Paradigma überzugehen, das Kapazität und Rentabilität auf sichere Weise maximiert — alles auf der Grundlage der „realen“ Standorte und Eigenschaften der einzelnen Züge im Block.