FlexiDug - Flexible, digitale Systeme für den schienengebundenen Verkehr in Wachstumsregionen

Abstract

Die Klimakrise erfordert Veränderungen in allen Bereichen. Im Verkehrssektor gibt es hohe CO2-Einsparpotentiale, deshalb muss z. B. mehr Verkehr auf die Schiene verlagert werden. Im Energiesektor hat der Wandel bereits begonnen, deshalb wird z. B. die Verbrennung und der Abbau von Kohle reduziert und eingestellt. Das Projekt FlexiDug untersucht am Beispiel der Lausitz Kohleregionen und entwickelt nachhaltige Konzepte für die Nachnutzung der Werkbahnen. Das Werkbahnnetz der Lausitz Energie Bergbau AG (LEAG), Betreiberin der Lausitzer Kraftwerke und Tagebaue, ist circa 390 km lang. Mit diesem Netz als Grundlage wurden verschiedene Varianten der Nachnutzung untersucht. Darüber hinaus werden einzelne stillgelegte Strecken hinsichtlich einer Reaktivierung betrachtet. Insgesamt kann so ein Streckennetz für den schienengebundenen Personen- und Güterverkehr entstehen, welches den Strukturwandel der Region unterstützt. Es wurde ein digitaler Zwilling der Lausitz, bestehend aus einem digitalen Bestandsmodell, den Trassierungsgrundlagen der LEAG und der DB InfraGO sowie potenzieller Entwicklungsvarianten des Gleisnetzes aufgebaut. Dieser kann für planerische Fortschreibung, Visualisierung und zur fachlichen Interaktion zwischen den Gewerken Sensorik, Leit- und Sicherungstechnik (LST) und Objektplanung weiterverwendet werden. Ein Schwerpunkt bildete hierbei die geodätische Harmonisierung der Fachplanungen. Um den Wachstumsaussichten der Region gerecht zu werden, braucht es neuartige, weil skalierbare LST-Konzepte. Auf Basis des etablierten Zugleitbetrieb wurde der Zugleiter in der Cloud (ZLiC) entwickelt und erfolgreich im Feld erprobt. Die Digitalisierung des Zugleiter und dessen Erweiterbarkeit um technische Unterstützung schaffen den Spagat zwischen einer initial kostengünstigen und zukünftig leistungsfähigeren Lösung. Die Software wurde agil, ontologiebasiert und mit einem hohen Grad an Automatisierung entwickelt. Es konnte demonstriert werden, dass Erweiterungen des Funktionsumfangs dadurch unaufwändig umzusetzen sind. Die Software wird ferner mit Gleisnetzdaten (z. B. digitale Planungen) parametrisiert. Das System kann so fast ohne Implementierungsaufwand auf andere Regionen angewendet werden. Es wurde eine Untersuchung der Potentiale bahnspezifischer Sensoren und Sensornetzwerke zur verlängerten Nutzung der vorhandenen Infrastruktur, zur Senkung von Instandhaltungskosten sowie zur Optimierung des Betriebs durchgeführt. Dafür wurden Sensoren ausgewählt, Sensorknoten gebaut sowie multimodale Kommunikationsprotokolle entwickelt, simuliert, validiert und in Feldversuchen eingesetzt. Das Projekt wurde durch den mFUND des Bundesministeriums für Verkehr gefördert und begann im November 2021 und wurde erfolgreich im November 2024 im Rahmen einer Abschlussdemo in der Lausitz abgeschlossen. Es wurden auf dem Betriebsgelände der LEAG die umfangreichen Forschungsergebnisse und die einzelnen entstandenen Prototypen vorgestellt. The climate crisis requires changes in all areas. There is great potential for CO2 savings in the transport sector, which is why more transport needs to be shifted to rail, for example. In the energy sector, the change has already begun, which is why, for example, the burning and mining of coal is being reduced and discontinued. The FlexiDug project uses the example of Lusatia to investigate coal regions and develop sustainable concepts for the subsequent use of industrial railways. The railway network of LEAG, operator of the Lusatian power plants and opencast mines, is approx. 390 km long. With this network as a basis, various options for subsequent utilisation were investigated. In addition, individual disused lines were analysed with regard to reactivation. Overall, this can create a route network for rail-based passenger and freight transport that supports structural change in the region. A digital twin of Lusatia was created, consisting of a digital model of the existing network, the routing bases of LEAG and DB InfraGO as well as potential development variants of the railway network. This can be used for planning updates, visualisation and for technical interaction between the sensor technology, the signalling and control systems (LST) and object planning trades. One focus here was the geodetic harmonisation of the specialist planning. Innovative, scalable train control concepts are needed to meet the region’s growth prospects. The Zugleiter in the Cloud (ZLiC) was developed and successfully tested in the field on the basis of the established German operating procedures (Zugleitbetrieb). The digitalisation of the local train control officer (Zugleiter) and its expandability to include technical support strike a balance between an initially cost-effective solution and a more efficient one in the future. The software was developed in an agile, ontology-based manner and with a high degree of automation. It was possible to demonstrate that extensions to the functional scope can be implemented easily as a result. The software is also parameterised with track network data (e.g. digital planning). The system can thus be applied to other regions with almost no implementation effort. The potential of railway-specific sensors and sensor networks to extend the use of existing infrastructure, reduce maintenance costs and optimise operations was investigated. To this end, sensors were selected, sensor nodes built and multimodal communication protocols developed, simulated, validated and used in field tests. The project was funded by the mFUND of the Federal Ministry of Transport and began in November 2021 and was successfully completed in November 2024 as part of a final demonstration in Lusatia. The extensive research results and the individual prototypes created were presented on the operating site of Lausitz Energie Bergbau AG.