Automatisierungs- ansätze im ÖPNV-Depot
Wie können Betriebsabläufe, z. B. das Fahren zur Waschanlage, Werkstatt oder Ladesäule, durch Automatisierung im Fahrzeugdepot optimiert werden? Welche Ansätze werden derzeit erprobt und wie könnten diese in die Praxis umgesetzt werden?
Die Nachfrage nach nachhaltiger und gleichzeitig bezahlbarer Mobilität wächst rasant. Diese kann langfristig nur durch einen effizienten und wirtschaftlichen Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) gewährleistet werden. Die Verkehrsunternehmen stehen dabei vor großen Herausforderungen: Zum einen müssen die Fahrzeugflotten zügig auf klimaneutrale Antriebsarten umgestellt werden, zum anderen sehen sich die Unternehmen einem steigenden Kostendruck und einem zunehmendem Fachkräftemangel ausgesetzt.
In diesem Zusammenhang rückt auch die Optimierung der Betriebsabläufe auf den Betriebshöfen in den Fokus. Ein unverzichtbarer Lösungsansatz ist dabei die (Teil-) Automatisierung bestimmter Betriebsabläufe, insbesondere von Aufgaben, wie das Fahren zur Waschanlage, Werkstatt, Tankstelle bzw. Ladestation, das Abstellen der Busse am Ende der Schicht oder das Aufstellen in der Ausrückreihenfolge zu Schichtbeginn.
Depotautomatisierung mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand
Genau hiermit beschäftigten sich die Partner des Forschungsprojekts „Innovative Depot Automatisierung“ (IDEA) MRK Management Consultants GmbH, Peak Mobility GmbH sowie die Technische Universität Dresden. Indem sich Fahrzeuge zukünftig fahrerlos und koordinierend zu den vom Depot Management vorgesehenen Orten bewegen können, wird der Aufwand der Fahrer für innerbetriebliche Fahrten reduziert, und es werden deutlich effektivere und zuverlässigere Betriebsabläufe erzielt.
Projektleiter Andreas Küster, Geschäftsführer beim Projektkoordinator MRK Management Consultants GmbH, erläutert, was IDEA von anderen Forschungsprojekten zu vollautonom fahrenden Fahrzeugen unterscheidet:
„Meistens werden hier aufwendig ausgerüstete Fahrzeuge und teure Infrastruktur eingesetzt, weshalb einer zeitnahen und umfänglichen Umsetzung in der Praxis wirtschaftliche, rechtliche und technische Hürden entgegenstehen. Mit dem Projekt IDEA haben wir gezeigt, wie sich eine Depot Automatisierung technisch innovativ und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand bereits heute realisieren lässt.“
Insbesondere wurde untersucht, wie sich innovative Datenübertragungs- und Ortungssysteme, basierend auf existierenden Technologien, wie zum Beispiel 5G, zu diesem Zweck einsetzen lassen.
Nachnutzung in kommerziellen Anwendungen
IDEA wurde als Teil des Programms „InnoNT“ zur Förderung innovativer Netztechnologien im Mobilfunk mit insgesamt 3 Mio. Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert. Kern des Vorhabens war die Erforschung, Erprobung und anschließende Validierung einer funkbasierten Kommunikation zwischen fahrerlos bewegten Fahrzeugen sowie einem Depot Management System (DMS) über ein innovatives 5G-Campus-Netzwerk.
Prinzipiell sind die Voraussetzungen für eine zunehmende Automatisierung von Betriebshofprozessen durch DMS und moderne Fahrzeuge mit entsprechenden Kom- ponenten bereits gegeben. Was bislang fehlt, ist eine geeignete Infrastruktur sowie standardisierte Schnittstellen, um die verschiedenen Teilsysteme effizient miteinander verknüpfen zu können. Eine interoperable Infrastruktur zu entwickeln, die eine wirtschaftliche Nachnutzung in kommerziellen Anwendungen sicherstellt, hat daher höchste Priorität.
Herausfordernd beim automatisierten Bewegen der Fahrzeuge ist unter anderem die geforderte hohe Präzision bei der Positionierung sowohl In- und Outdoor, denn die Genauigkeit muss im Bereich weniger Zentimeter liegen. Hierfür sind robuste, zuverlässige und genaue Ortungssysteme erforderlich, die auch den Ansprüchen an eine Wirtschaftlichkeit genügen. Im Projekt wurde ein 5G-Campusnetz sowohl zur niedriglatenten Datenübertragung und auch zur Indoor-Ortung verwendet.
Erweitertes DMS
Als Testumgebung diente eine Instanz des Depot Management Systems Peak.DMS, welches im Projekt um Funktionen für die Steuerung und Überwachung von automatisierten Fahrmanövern und Versorgungsvorgängen erweitert wurde. Da Peak.DMS bereits über praxiserprobte Funktionen für das vollautomatische Fahrzeug-, Stellplatz- und Lademanagement verfügt, waren die grundlegenden Voraussetzungen für die Steuerung von automatisierten Fahrbewegungen und Versorgungsprozessen bereits gegebenen.
Torsten Vogel, Geschäftsführer der Peak Mobility GmbH erläutert die Idee:
„In der derzeitigen Betriebspraxis übermittelt unser DMS die Fahranweisungen per Anzeiger oder auf mobilen Medien an das Fahr- oder Rangierpersonal. Es ist daher naheliegend, diese Anweisungen, sogenannte ‚Missionen‘, an ein System zur automatischen Fahrzeugsteuerung zu übergeben.“
Das Automated Fleet Control System (AFCS) setzt diese Missionen dann im Zusammenspiel mit den Onboard-Komponenten in Form von automatisierten Fahrmanövern der einzelnen Fahrzeuge um.
Im Rahmen von IDEA wurden die Schnittstellen zwischen Peak.DMS und AFCS implementiert. Über sie übergibt das DMS die Missionen an das AFCS und empfängt die erforderlichen Informationen aus dem Ortungssystem. Um die Interoperabilität der Systeme zu gewährleisten, wurde ein Standardisierungsprozess für die relevanten Schnittstellen eingeleitet. Hierbei steht Peak Mobility in engem Austausch mit dem Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) und der europäischen Standardisierungsvereinigung Information Technology for Public Transport (ITxPT).
Projektfortschritt
Parallel zur Integration der Schnittstellen wurde ein ortungsfähigen 5G-Campusnetzes auf einem privaten Gelände der MRK in Torgau installiert. Zudem wurde ein serienmäßiger 18-Meter-Hybrid-Gelenklinienbus mit den Steuerungskomponenten für automatisches Fahren ausgerüstet. Ziel war es, im Sinne eines Brownfield-Ansatzes zu erforschen, unter welchen Voraussetzungen sich eine Nachrüstung von Bestandsfahrzeugen und -infrastruktur lohnt. Darüber hinaus stand aus dem Projekt ABSOLUT ein bereits automatisiert fahrender Minibus zur Verfügung. Mit den beiden Fahrzeugen wurden die wesentlichen Anwendungsfälle zur Betriebs-hofautomatisierung getestet und evaluiert. In einem weiteren Schritt des Projekts wurde auf Basis aller Forschungsergebnisse eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung durchgeführt.
Vorbereitungen für Depotautomatisierung treffen
Die Projektbeteiligten konnten sowohl die Funktionsfähigkeit als auch die Wirtschaftlichkeit der erprobten Lösungen nachweisen: Torsten Vogel: „Wir sind in der Lage, ÖPNV-Unternehmen eine Richtschnur an die Hand zu geben, wie sie ihre Fahrzeugdepots kurz- bis mittelfristig automatisieren können. Gleichzeitig wollen wir durch die Standardisierung der Schnittstellen und Systemarchitektur die Fahrzeuglieferanten und ÖPNV- Softwarehersteller dazu ermuntern, ihre Produkte bereits frühzeitig und nachhaltig für eine zukünftige Depotautomatisierung weiterzuentwickeln.“
Branchenbeobachter wissen, dass hierfür ein guter Zeitpunkt ist. Denn viele Verkehrsunternehmen planen – vor allem im Zuge der Umstellung der Flotten und Infrastruktur auf emissionsfreie Antriebe – kurz- oder mittelfristig den Neu- beziehungsweise Umbau von Betriebshöfen. In diesem Zuge werden in den allermeisten Fällen auch die Belange der Betriebshofautomatisierung berücksichtigt. Die Unternehmen sollen dazu bewegt werden, bei der Neubeschaffung von Fahrzeugen von Anfang an darauf zu achten, dass diese bereits über die notwendigen Komponenten und Schnittstellen zum automatischen Fahren verfügen beziehungsweise mit geringstem Aufwand dafür nachgerüstet werden können. Ähnliches gilt für die notwendigen DMS-Erweiterungen zum automatischen Fahren auf dem Depotgelände: Verkehrsbetriebe, die bereits über ein modernes DMS verfügen, sollen dieses mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand um ein AFCS ergänzen können.
IDEA – Innovative Depot Automatisierung
Ziel: Automatisierung von Depots öffentlicher Verkehrsunternehmen mittels innovativer funkbasierter Kommunikation zwischen einzelnen autonom bewegten Fahrzeugen sowie einem Depot Management System über ein 5G-Campus-Netzwerk.
Projektpartner: MRK Management Consultants GmbH, Peak Mobility GmbH, Technische Universität Dresden; assoziiert: Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV), Information Technology for Public Transport (ITxPT).
Web: bmdv.bund.de/
