Digitalisierung

Digitale Schiene Deutschland

Digitalisierung, Automatisierung und künstliche Intelligenz sind zentrale Schlüssel für eine höhere Kapazität und eine optimale Auslastung des Schienennetzes. Das Zielbild der Digitalen Schiene Deutschland (DSD) umfasst ein digitales, hoch automatisiertes Bahnsystem. Als Grundlage dienen digitale Stellwerke (DSTW), das European Train Control System (ETCS) und hoch automatisiertes Fahren (ATO).

Die Umsetzung der DSD hat 2020 begonnen. Im Rahmen des sog. Starterpakets hat die konkrete Planung und Installation von ETCS und DSTW im Kontext des Digitalen Knotens Stuttgart (DKS), der Schnellfahrstrecke Köln — Rhein/Main und der Durch­fahr­barkeit des transeuropäischen Korridors Skandinavien — Mittel­meer (ScanMed) begonnen. Als erste Region Deutschlands wird Stuttgart die digitale Zugsicherungs- und Stellwerkstechnologie implementieren. Die Schieneninfrastruktur auszurüsten allein reicht nicht. Zur Unterstützung der korrespon­dierenden Fahrzeugumrüstung hat das BMDV eine Fahr­zeugförderrichtlinie für die betroffenen Fahrzeuge im DKS veröffentlicht, sodass die Fahrzeugausrüstung (Regio- und S-Bahn-Triebzüge) 2022 beginnen konnte. Insgesamt werden 333 Fahrzeuge auf ETCS und ATO umgerüstet.

Im ersten Halbjahr 2023 wurde das Entwicklungsprojekt Sensors 4 Rail (S 4 R) erfolgreich beendet. Das Folgeprojekt Automated Train löst S 4 R ab: Innerhalb der nächsten drei Jah­re wird erstmalig eine voll automatisierte, fahrerlose Bereit­stellungs- und Abstellfahrt gezeigt, die zu einem flexibleren Einsatz von Zügen im zukünftigen Bahnsystem führen wird. Auch das voll automatisierte Auf- und Abrüsten des Zuges gehört dazu. Zudem wird mit sensorbasierter Hinderniserkennung ein Eingriff in die Fahrzeugsteuerung demon­striert – d. h., der Zug wird durch intelligente Software in Kombination mit Sensorik an der Zugfront in die Lage versetzt, sein Umfeld zu erkennen und selbstständig auf Hindernisse zu reagieren, also zu bremsen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 42,6 Mio. € gefördert.

Gegenwärtig wird die Rolloutplanung auf Basis von klar definierten Ausrüstungsprioritäten weiterentwickelt. Ein frühzeitiger Kapazitätsgewinn soll durch das Vorziehen der Ausrüstung von zusammenhängenden Verkehrskorridoren realisiert werden, Obsoleszenz und betriebliche Belange sollen berücksichtigt und die Ausrüstung von Basisinfrastruktur vorlaufend begonnen werden. Hinzugekommen ist die Berück­sichtigung der Generalsanierung des Hochleistungsnetzes im Rolloutplan der DSD. Dadurch hält auf den Hochleistungskorridoren vorzeitig die Digitalisierung des Schienennetzes beschleunigt Einzug.

DSD ist ein wesentlicher Hebel dafür, die Verkehrswende in Deutschland voranzubringen. Die entsprechende ETCS-Ausrüstungsstrategie bis 2028 wurde Mitte Juli durch die DB Netz AG im Rahmen der Nutzungsbedingungen Netz (NBN) 2023 auf ihrer Internetseite veröffentlicht. Die veröffentlichten Inhalte geben Aufschluss über die geplante Ausrüstung der Strecken mit ETCS, ATO und Future Railway Mobile Communication System (FRMCS). Gleichzeitig wird die Außerbetriebnahme der Class-B-Systeme punktförmige Zugbeeinflussung (PZB) und linienförmige Zugbeeinflussung (LZB) für Strecken der DB Netz AG bis De­zember 2028 dargestellt. Die veröffentlichten streckenscharfen Inbetrieb- und Außerbetriebnahmedaten stehen jedoch unter dem Vorbehalt der Bereitstellung der erforderlichen Finanzierungsmittel im Rahmen des Bundeshaushalts.

Digitale Transformation

Digitalisierung ist ein Erfolgsfaktor für den Wandel hin zu einer robusten, leistungsfähigen und modernen Bahn für unsere Kund:innen. Für mehr Qualität und Leistung braucht es ein vernetztes Zusammenwirken in einem digitalen Gesamtsystem. Unser Zielbild ist die Schaffung einer digitalen Bahn. Das bedeutet eine integrierte und gesamtheitliche Digitalisierung, sodass ein vernetztes Gesamtsystem entsteht.

Um die Vollständigkeit und Passfähigkeit der Aktivitäten rund um die digitale Transformation im Bahnbetrieb sicherzustellen, wurde im Oktober 2022 die Projekteinheit Digitaler Produktionsverbund (DPV) geschaffen. 2023 soll auf den Erfolgen des DPV aufgebaut und das Maßnahmenportfolio erweitert werden. Projekte, die in diesem Kontext schon heute zur nachhaltigen Steigerung von Kapazität, Qualität und Effizienz beitragen, sind z. B.:

• Künstliche Intelligenz in der Disposition: Bei den S-­Bah­nen Stuttgart, Rhein-Main und München unterstützt KI bereits die Disponent:innen dabei, den Verkehr im Störungsfall möglichst effizient zu steuern. 2023 soll der Funktionsumfang erweitert und die Technologie auf weitere S-Bahnen sowie Mischverkehre ausgerollt werden.
• Automatische Überfahrmessanlagen in der Instandhaltung: Durch Einsatz einer automatisierten Überfahrmessanlage vor dem Werk werden alle Radsätze bei der Fahrt in die Werkshalle automatisiert vermessen. Bis Ende 2023 wird die Anzahl automatisierter Überfahrmessanlagen auf 15 Anlagen wachsen. Alle Werke von DB Fernverkehr sowie nahezu alle Metropol-S-Bahnen von DB Regio werden dann über diese modernen Anlagen verfügen, wodurch manuelle Tätigkeiten sowie die Werk­aufenthaltszeit deutlich reduziert werden.

Mit Initiativen wie der digitalen Instandhaltung und dem ­Einsatz von KI im Bahnsystem treiben wir ­die Digitalisierung der Bahn gemeinsam voran und bündeln unsere Kräfte beim Einsatz neuer Technologien für eine nachhaltige Steigerung von Kapazität, Qualität und Effizienz. Darüber hinaus wirkt Digitalisierung gleichermaßen dem drohenden Fachkräftemangel entgegen: Neben dem Entfall manueller Tätigkeiten durch die Automatisierung von Prozessen kann durch eine intelligente Planung und Steuerung der Einsatz von Mitarbeitenden und Assets effizienter gestal­tet und durch die Unterstützung digitaler Assistenten die Personalproduktivität gesteigert werden.

Ein Beispiel hierfür ist die KI-basierte Materialerkennung in der Instandhaltung. Die hohe Heterogenität in der Fahrzeugflotte führt zu einer aufwendigen und teils fehlerhaften Identifikation in den Instandhaltungswerken. Dabei ist die eindeutige Identifikationsnummer der Materialien essenziell für eine zuverlässige Instandhaltung. Gemeinsam im Systemverbund wurde eine KI-basierte Anwendung entwickelt, die unsere Mitarbeitenden durch automatische Materialerkennung bei der Identifikation unterstützt. Der digitale Assistent entlastet somit die Mitarbeitenden bei der Materialsuche und -identifikation, sodass mehr Zeit für Instandhaltungstätigkeiten verwendet werden kann. Die Anwendung wird derzeit auf die Geschäftsfelder DB Cargo, DB Regio, DB Netze Fahrweg sowie die DB Fahrzeuginstandhaltung ausgerollt, sodass bis Ende 2023 rund 12.000 Mitarbeitende mit der App ausgestattet sind.

Künstliche Intelligenz im Bahnbetrieb

Der DB-Konzern weitet den Einsatz von KI für die Disposition von Zügen aus. Mithilfe eines selbst entwickelten Tools soll der Bahnbetrieb pünktlicher werden. Das Programm unterstützt die Disponent:innen dabei, den Verkehr effizient zu steuern und Verspätungen zu vermeiden.

Bei den S-Bahnen in Stuttgart, im Rhein-Main-Verbund und in München ist das Tool bereits im Einsatz. 2022 konnten dort insgesamt 58.000 Verspätungsminuten vermieden werden. Im zweiten Halbjahr 2023 wird die KI bei der S-Bahn in Berlin eingeführt. Wie erwarten dadurch in 2023 deutschlandweit etwa 90.000 vermiedene Verspätungsminuten. 2024 soll das Tool auch im Hamburger S-Bahn-Netz zum Einsatz kommen. Damit können künftig alle fünf Metropol-S-Bahnen in Deutschland KI-gestützt arbeiten.

Zudem wird das Tool aktuell auf der Strecke zwischen Elmshorn und Sylt getestet. In diesem Abschnitt operiert die KI erstmals außerhalb eines geschlossenen S-Bahn-Systems und muss mit Mischverkehr, also Güter-, Nah- und Fernverkehrszügen, umgehen. Verlaufen diese Tests erfolgreich, kommt das System im nächsten Schritt auf der stark ausgelasteten Strecke zwischen Mannheim und Basel zum Einsatz.

DB Cargo startet flächendeckend die Diagnostik von Gü­ter­wagen mit einer KI-Software. Hochauflösende Bilder aus 13 Kamerabrücken an acht Standorten von DB Cargo liefern Hin­weise zu Schäden und Ladungssicherung an Güterzügen. Damit können frühzeitig Unregelmäßigkeiten behoben und mehr Güterwagen in den Einsatz gestellt werden.