smartrail 4.0: Ein Programm der Schweizer Bahnbranche.

Die Schweiz ist ein Bahnland. Damit dies auch so bleibt, machen die SBB, die BLS, die Schweizerische Südostbahn AG (SOB), die Rhätische Bahn (RhB), Transports publics fribourgeois (TPF) und der Verband öffentlicher Verkehr (VöV) gemeinsame Sache und beziehen dabei die ganze Bahnbranche mit ein. Mit dem Programm smartrail 4.0 machen wir die Bahn gemeinsam fit für die digitale Zukunft.

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.

Damit das Zeitalter der Digitalisierung den Bahnkunden auch wirklich nutzt, gehen wir mit smartrail 4.0 koordiniert und gemeinsam an die Arbeit. Im ersten Schritt wird bis 2019 das Konzept vertieft und erhärtet und ein genauer Plan erstellt . Das Programm smartrail 4.0 ist in sechs Teilprogramme unterteilt und befasst sich mit der technologischen Entwicklung in den nächsten 20 Jahren. Wir entwickeln neue Systeme für die Bahnbranche und kommen gemeinsam zum Ziel: Tiefere Kosten. Mehr Kapazität. Höhere Pünktlichkeit. Mehr Sicherheit.

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. Reduktion der jährlichen Systemkosten in der Bahnproduktion um 450 MCHF (nur SBB; Infrastruktur und Fahrzeuge)
  2. Erhöhung der technischen Kapazität um 15% bis 30%
  3. Erhöhung der Sicherheit insbesondere beim Rangieren und auf Baustellen
  4. Erhöhung der Verfügbarkeit der Sicherungsanlagen
  5. Hohe Datenfunk-Kapazität für Kundinnen und Kunden
Schema Heute smartrail 4.0

Technisches Zielbild

Das technische Zielbild von smartrail 4.0 basiert auf bestehenden ETCS-Protokollen, wird aber die heute damit verbundene Anlagenkomplexität reduzieren und gleichzeitig neue Technologien einsetzen. 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 (GFM) 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 (ATO): In schrittweiser Weiterentwicklung der heutigen Fahrempfehlung wird smartrail 4.0 ATO einführen. 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 (Kapazität) und einen Rückbau der GFM (Kosten).
  • Connectivity: Voraussetzung für eine optimierte Steuerung ist ein leistungsfähiger Datenfunk. Dafür setzt das Programm auf den kommenden Standard FRMCS, um GSM-R abzulösen.
  • ETCS Stellwerk (ES): 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 RBC. Das ETCS Stellwerk basiert auf einer geometrischen Sicherungslogik, welche mehr Kapazität schafft und die aufwändige Projektierung vereinfacht. Das ETCS Stellwerk hat eine reine «Gatekeeper»-Funktion.
  • Traffic Management System (TMS): Sorgt für eine durchgängige Planung und Steuerung des Zugverkehrs. Die Fahrplanerstellung und Steuerung des Zugsverkehrs wird 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

 
ab 2017

Projektierung

In der bis Ende 2019 laufenden Projektierungsphase werden neue Technologien und Systeme hinsichtlich ihrer Funktions- und Zulassungsfähigkeit geprüft.

ab 2020

Erprobung

Auf Pilotanlagen werden diese anschliessend in Feldtests erprobt…

ab 2027

Industrialisierter Rollout

…damit ab 2027 der industrielle Rollout erfolgen kann.

2038
 

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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 (inkl. Vereinfachung heutige Aussenanlagen). Um bereits früh einen Nutzen (Cash-Flow Einsparungen) zu erhalten und die Komplexität im Gesamtsystem zu beherrschen, zeichnen sich in Etappierungsschritte ab:

Phase 1

Erprobung:
Die Erprobung von einzelnen Funktionen erfolgt schrittweise ab 2020. Die Erprobung der vollständigen Funktion von smartrail 4.0 - Release 3 erfolgt ab 2025 auf einem oder mehreren noch zu bestimmenden Streckensegment(en).

Phase 2

isolierbare Einzelstrecken:
Die ersten Rollouts sind ab 2027 bis 2030 bewusst auf isolierbaren Einzelstrecken mit beschränktem Fahrzeugumlauf geplant, sodass beim Rollmaterial eine minimierte Anpassung der bestehenden Fahrzeugausrüstung notwendig wird. Ein breiter Rollout im Kernnetz erfolgt ab 2030, der Abschluss des Rollouts ist bis 2040 geplant. Für die Migration im Zeitraum 2027 - 2030 wurden schweizweit 18 Normalspurabschnitte (inkl. Erprobungstrecke) identifiziert, wovon sich 15 Strecken als Migrationskandidaten im Zeitraum 2027 bis 2030 herauskristallisieren.

Phase 3

Kernnetz:
Der schweizweite Rollout im Kernnetz erfolgt ab 2030 in 10 grossen Netzsegmenten auf Basis der TSI CCS 2022. Die Migration der S-Bahnbereiche Zürich und Bern sowie die TEN Korridore sind erst ab 2035 geplant.

Das nächste grosse Update der TSI CCS (Technical Specification for Interoperability Command& Control Signaling) wird auf 2022 erwartet. Es soll für SR40 wichtige Funktionen wie Nutzung von FRMCS für ETCS und Sprachfunk, Automatic Train Operation, virtuelle Balise und Zugintegrität (für ETCS Level 3) beinhalten.