Effiziente Sensorbasierte Zustandsüberwachungsmethodik zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlern im Eisenbahngleis (ConMoRAIL)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ullrich Martin; Professor Dr.-Ing. Volker Schwieger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515687155

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Methodik zur effizienten Gleisfehlererkennung als Unterstützung für eine intelligente, zustandsbasierte Instandhaltungsplanung. Dadurch sollen Infrastrukturschäden verhindert werden, während zugleich die Sicherheit erhöht wird und die Instandhaltungskosten reduziert werden. Das Überwachungssystem soll kostengünstig, bordautonom und zulassungsfrei sein (d. h. es wird keine Sondergenehmigung der deutschen Eisenbahnaufsichtsbehörden benötigt). Es soll auf Fahrzeugen im Regelbetrieb installiert werden können, sodass eine kontinuierliche Erfassung des Gleiszustandes möglich ist. Die kontinuierlichen Messungen ermöglichen die Entwicklung wissenschaftlicher Methoden zur Bestimmung der Gleisqualität sowie zur Erkennung und Klassifizierung von Gleisfehlern mit Hilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens (ML). Darüber hinaus wird dasselbe Multisensorsystem synergetisch genutzt, um die identifizierten Defekte effizient zu lokalisieren und räumlich sowie zeitlich zu separieren. Hauptziele dieses Forschungsprojekts sind: Ziel 1: Analyse von Trägheitsmessungen, die von Fahrzeugen während des regulären Betriebs erfasst werden, um Gleislagefehler zu erkennen und identifizieren Wissenstransfer von maßstäblichen Labormodellen, um strukturelle Defekte zu erkennen und zu identifizieren Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs und seiner Auswirkungen auf die erfassten Signale. Dieser Ansatz wird Algorithmen aus dem ML sowie aus der Theorie dynamischer Systeme und der Regelungstechnik umfassen, um eine hybride Verarbeitungsmethodik zu entwickeln Ziel 2: Kinematische Sensorfusion unter Berücksichtigung der zeitlichen Korrelationen mit Hilfe einer formfilterähnlichen Erweiterung des Unscented Kalman Filters Einschränkung der Sensorfusion durch nichtlineare stochastische Gleichheits- und Ungleichheitsbedingungen auf der Grundlage einer digitalen Streckenkarte. Darüber hinaus wird die digitale Streckenkarte mit Fahrplänen sowie Höchst- und Durchschnittsgeschwindigkeiten verfeinert und aktualisiert. Dies ist nicht nur für eine zuverlässige und genaue Lokalisierung einer bestimmten Störung notwendig, sondern auch für die räumliche Trennung von sich überlagernden Störungen. Ziel 3: Integration, Erprobung und Bewertung des Positionierungssystems und der Fehlerdiagnosealgorithmen für die Gleisfehlererkennung und effiziente Lokalisierung. Entwicklung eines Gesamtqualitätsindikators, der von der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ortung sowie der Fehlerdichte und weiteren statistischen und dynamischen Parametern abhängt. Dieser Indikator soll einen schnellen und effizienten Einblick in die Gleisqualität und Fehlerortungsleistung geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen