smartrail 4.0: Ein Modernisierungsprogramm der Schweizer Bahnbranche.

Viele technische Produktionssysteme, die für das Zugfahren wichtig sind, werden in den nächsten Jahren altersbedingt ersetzt. Gleichzeitig entwickelt sich die Technologie immer rasanter und bietet den Bahnen neue Möglichkeiten, effizienter und pünktlicher unterwegs zu sein.

Diese Chance wollen die SBB, die BLS, die Schweizerische Südostbahn AG (SOB), die Rhätische Bahn (RhB), Transport public fribourgeois (tpf) und der Verband öffentlicher Verkehr (VöV) gemeinsam nutzen. Zusammen wird im Rahmen des Branchenprogramms smartrail 4.0 die Bahn fit für die Zukunft gemacht. Dafür wird erstmals die gesamte Bahnproduktion betrachtet, von der Fahrplanplanung bis hin zur Zuglenkung.

Im ersten Schritt wurde bis 2020 das Konzept dieser Gesamtarchitektur vertieft, erhärtet und ein genauer Plan erstellt. Dabei ist das Programm smartrail 4.0 in Teilprogramme unterteilt und befasst sich mit der technologischen Entwicklung in den nächsten 20 Jahren. Gemeinsam wird das Bahnsystem modernisiert mit dem Ziel, die Robustheit des künftigen Angebots zu sichern, die Kapazität auf der bestehenden Infrastruktur sowie die Sicherheit für die Mitarbeitenden im Gleisfeld zu steigern und die Systemkosten zu stabilisieren.

Vision & Ziel

Smartrail 4.0 hat die Ambition, eine substantielle Verbesserung im Kern der Bahnproduktion zu erreichen. Zur Bahnproduktion zählen alle Ressourcen, Systeme und Abläufe für die Planung und sichere Ausführung von Bewegungen auf der Bahninfrastruktur. Auf der vorhandenen Gleisinfrastruktur soll mehr Kapazität bereitgestellt werden.

Zu den konkreten Zielen von smartrail 4.0 gehören:

  1. Sicherung der Robustheit des künftigen Angebots
  2. Erhöhung der Streckenkapazität auf dem bestehenden Netz 
  3. Erhöhung der Sicherheit insbesondere beim Rangieren und auf Baustellen
  4. Bessere Kundeninformation und hoher Datentransfer
  5. Stabilisierung der Systemkosten in der Bahnproduktion
Schema Heute smartrail 4.0

Technisches Zielbild

Das technische Zielbild von smartrail 4.0 basiert auf bestehenden Protokollen des European Train Control Systems. Die Anlagenkomplexität wird jedoch mit dem Branchenprogramm erheblich reduziert und gleichzeitig werden neue Technologien eingesetzt. Im Ergebnis entsteht eine Gesamtarchitektur mit homogen aufeinander abgestimmten Komponenten, die gleichzeitig die Tragweite des Programms definieren:

  • Physische Bahninfrastruktur: Smartrail 4.0 setzt auf der bestehenden Infrastruktur auf und verlangt keine zwingenden Anpassungen. Hingegen kann mit der Umsetzung auf alle Signale, Tafeln und die meisten Gleisfreimeldemittel verzichtet werden. Dadurch ergibt sich eine Reduktion der Aussenanlagen um 70% und eine entsprechende Kosteneinsparung in Bau und Unterhalt.
  • Fahrzeugausrüstung COAT (CCS onboard application platform for trackside related functions): Smartrail 4.0 verschiebt Funktionalitäten von der Infrastruktur ins Fahrzeug (Beispiel Lokalisierung: Von der Balise zur metergenauen Fahrzeugortung). Mit einer grundsätzlich anderen Herangehensweise analog der Beispiele aus den Branchen Avionik und Automobilbau wird eine standardisierte Architektur mit einer Trennung von Hardware- und Softwarebeschaffung angestrebt.

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  • Automatic Train Operation: In schrittweiser Weiterentwicklung der heutigen Fahrempfehlung wird smartrail 4.0 den unterstützenden automatisierten Fahrbetrieb (ATO) ermöglichen. Aktuelles Ziel ist das Automatisierungsniveau GoA2 (Autopilot, Lokführer weiterhin präsent und für Sicherheit zuständig). Aufgrund der präziseren Steuerung der Geschwindigkeit bringt ATO Kapazität, Pünktlichkeit und die Möglichkeit für Energieeinsparungen.
  • Präzise Lokalisierung: Alle Züge können präzise, kontinuierlich (das heisst ohne feste Blockabstände) und sicher (inklusive Zugsintegrität) lokalisiert werden. Dies erlaubt eine präzisere Steuerung der Zugbewegungen und erhöht somit die Streckenkapazität. Zudem können die Gleisfreimeldemittel rückgebaut werden, was Kosten einspart.
  • Connectivity: Voraussetzung für eine optimierte Steuerung ist ein leistungsfähiger Datenfunk. Dafür setzt das Programm auf den kommenden Standard FRMCS, um den heutigen Bahnfunk GSM-R abzulösen.
  • ETCS Stellwerk: Die Prüfung, ob Bewegungserlaubnisse und Gefahrenbereiche auf dem Gleis erstellt, modifiziert oder aufgelöst werden, ist Aufgabe des zentralen ETCS Stellwerks. Diese zentrale Komponente integriert und vereinfacht bisherige Stellwerke und Radio Bloc Center. Das ETCS Stellwerk basiert auf einer geometrischen Sicherungslogik, welche mehr Kapazität schafft und die aufwändige Projektierung vereinfacht. Das ETCS Stellwerk hat eine reine -Funktion.
  • Traffic Management System: Sorgt für eine durchgängige Planung und Steuerung des Zugverkehrs. Die Fahrplanerstellung und Steuerung des Zugsverkehrs werden weitgehend automatisiert. Bei Abweichungen wird automatisch ein neu optimierter Fahrplan erstellt. Damit wird die vorhandene Bahnanlage in allen Fällen optimal genutzt.

Die volle Wirkung und damit der höchste Nutzen ergibt sich bei der Umsetzung aller Komponenten. Zur Komplexitätsreduzierung wurden bereits detaillierte Etappierungsmöglichkeiten für die flächendeckende Implementierung ausgearbeitet.

Zeitplan

 
Seit 2017

Konzeptphase

In der Konzeptphase wurde bis 2020 eine einheitliche Gesamtarchitektur entworfen.

ab 2020

Systembereitstellung und Erprobung

.damit der industrielle Rollout zuerst auf Einzelstrecken…

ab 2027

Industrialisierter Rollout

…damit der industrielle Rollout zuerst auf Einzelstrecken…

ab 2030


…und dann auf dem Kernnetz erfolgen kann.

bis 2040
 

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Etappierung

Das Programm smartrail 4.0 basiert auf einer Gesamtarchitektur mit mehreren aufeinander abgestimmten Komponenten. Die volle Wirkung ergibt sich in der Umsetzung aller Komponenten, dazu gehört auch die Vereinfachung der heutigen Aussenanlagen.  Um bereits früh einen Nutzen zu erhalten und die Komplexität im Gesamtsystem zu beherrschen, ist das Programm in vier Etappierungsschritte gegliedert:

Phase 1

Konzeptphase:
Ausarbeitung der architektonischen, fachlichen und funktionalen Anforderungen an die zukünftigen Systeme. Die technische Machbarkeit wurde validiert, sowie die Unterlagen zur Entscheidungs- und Ausschreibungsreife gebracht.

Phase 2

Systembereitstellungs- und Erprobungsphase:
Gestützt auf die Architekturvorgaben und Standards erfolgt die Entwicklung der Produkte durch die Industrie und Erprobung des Konzepts auf drei Teststrecken. Hierbei werden noch nicht alle SR40-Funktionalitäten verfügbar sein.

Phase 3 

Rollout Einzelstrecken:
Gestützt auf die Resultate der Erprobung erfolgt die Ausrüstung von isolierbaren Einzelstrecken mit beschränkten Fahrzeugumlauf. Dies damit möglichst wenig Rollmaterial auf die neuen technischen Vorgaben umzubauen sind. 

Phase 4 

Industrialisierter Rollout Kernnetz:
Der industrialisierte Rollout des Kernnetzes erfolgt in zehn Segmenten bis 2040. Nach Abschluss des Rollouts ist die volle smartrail 4.0 Funktionalität flächendeckend verfügbar, so dass 2041 erstmalig der volle Nutzen erreicht wird. 

 

Erfolgen tut die Migration auf Basis der TSI CCS (Technical Specification for Interoperability Command & Control Signaling), für welche 2022 das nächste grosse Update erwartet wird. Es soll für smartrail 4.0 wichtige Funktionen wie Nutzung von FRMCS für ETCS und Sprachfunk, Automatic Train Operation, virtuelle Balise und Zugintegrität (für ETCS Level 3) beinhalten.