Intelligente Infrastruktur Überwachung – KI macht die Bahn noch sicherer

2021-07-15 | Dr. Jenny Vuong | Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) fördert das Projekt HARMONY von Mission Embedded, Frequentis und dem Institut für Computertechnik der TU Wien. Das Ziel des Projekts ist ein innovatives Gleisüberwachungssystem, das mittels künstlicher Intelligenz Anomalien in der Gleisinfrastruktur erkennt, um Folgeschäden frühzeitig zu verhindern und Unfälle zu vermeiden.

In der 8. Ausschreibung des Förderungsprogramms für die IKT der Zukunft der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) wurde ein Zukunftsszenario adressiert, das den Menschen in eine urbanisierte und hoch-technologisierte Gesellschaft platziert. Auf Initiative des BMK wurden Technologiehersteller dazu eingeladen, in einem interdisziplinierten Team innovative Technologien zu erforschen, um eine Harmonie zwischen Mensch und Maschine zu gewährleisten. Die Bahnindustrie ist in einer modernen Gesellschaft kaum wegzudenken. Der Personentransport und vor allem auch der Gütertransport sind wichtige Zahnräder, die den Fortbestand unserer Gesellschaft gewährleisten. Die stetige Modernisierung unserer Umgebung ist ein fortlaufender Prozess und somit steigt auch der Bedarf an eine sichere und zuverlässige Bahninfrastruktur.

Effizientere, häufigere und gleichzeitig wirtschaftliche Überwachung der Gleisinfrastruktur

Mission Embedded fungiert in diesem Projekt als Technologie-Integrator und hat sich zum Ziel gesetzt ein innovatives System zu erforschen und zu entwickeln, dass die Instandhaltung der Bahngleisinfrastruktur effizienter, hoch-frequentierter und wirtschaftlicher gestalten kann – mittels intelligenter Infrastrukturüberwachung. Das kompakte System soll mit modernen Sensoren ausgestattet werden, wie in etwa Kamerasensoren, Mikrophone, etc, und soll in bereits im Einsatz befindliche Regelzüge montiert werden. Dabei soll das System bei regulären Fahrten die Gleisinfrastruktur abtasten und die dabei enstehenden Daten mit Hilfe von Algorithmen basierend auf Künstlicher Intelligenz automatisch auf Anomalien überprüfen. Die Analyse wird dann an einen Remote Analyst in der Zentrale geschickt, um weitere erforderliche Schritte einzuleiten. Dadurch können potenzielle Gefahren, wie etwa Gleisbrüche, Gleisschäden oder Gleisbewuchs abgewendet werden, bevor verheerende Unfälle passieren. Die Rolle des Remote Analysts wird im Zuge dieses Projektes neu-definiert und erforscht, und die Gewährleistung der Benutzerakzeptanz und Benutzerfreundlichkeit des Systems durch die Integration eines Human-Centred Designs über die gesamte Projektlaufzeit unterstützt.

Die Forschungsergebnisse aus dem Projekt HARMONY zur intelligenten Infrastrukturüberwachung haben nicht nur das Potenzial die Sicherheit, Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Bahnfahrens erheblich zu erhöhen, sondern haben potenziell auch eine dauerhafte Auswirkung auf die Durchführung von Wartungsarbeiten durch die Neudefinition der Rolle des Remote Analysts. Diese Arbeitsrolle könnte nicht nur in der Bahnindustrie ihren Platz finden, sondern auch in all jenen Industrien, wo hoch-dimensionale und komplexe Daten in einer Mensch-Maschine Interaktion analysiert werden müssen.

Gemeinsam mit den Projektpartnern ICT, TU Wien (Experten im Bereich Maschinelles Lernen) und Frequentis Control Room Consulting (Experten im Bereich User Experience, Usability, Grafik Design und Validierung) werden interdisziplinäre Expertise in das anspruchsvolle Forschungsvorhaben eingebracht. Mit dem BMK als Fördergeber wird dieses Forschungsprojekt eine maßgeschneiderte High-Tech-Lösung aus Österreich an alle Bahnbetreiber aus aller Welt bieten können.

Mission Embedded ist einer der Pioniere weltweit im Bereich intelligenter Sensor- und Assistenzsysteme für die Schiene und verfügt über langjährige Erfahrung und Expertise in den Bereichen Sensorintegration, Machine Learning, automatische Datenverarbeitung sowie in sicherheitskritischen Applikationen. Hochqualitative Sensordaten aus mehreren Vorgängerprojekten bilden eine wichtige Grundlage für das vorliegende Projekt. Als Konsortialführer und Experte für hochzuverlässige Software und Hardware zeichnet Mission Embedded für die technische Entwicklung des Projektes hauptverantwortlich.

Das Institut für Computertechnik der TU Wien bringt sein langjähriges Forschungs-Know-how, seine weitreichende Expertise in den Bereichen Embedded Systeme, Embedded Machine Learning sowie Sensordatenanalyse ein und leistet einen essenziellen Beitrag zur technischen Entwicklung.

Frequentis – Control Room Consulting (CRC) ist mit seiner jahrzehntelangen Erfahrung im sicherheitskritischen Umfeld mit Prozessanalysen und Informationsstrom-Design der Garant für die Maximierung der Ende-zu-Ende Sicherheit des Gesamtsystems. Frequentis CRC stellt sich auch den benutzerspezifischen Herausforderungen. Zentrale Fragen wie Benutzerakzeptanz, die Visualisierung von Multi-Sensor-Daten und letztendlich die Rollendefinition des Remote Analysten werden unter anderem mittels Stakeholder-Analysen, Informationsstromanalysen sowie Human Performance Analysen entsprechend adressiert.

Das Konsortium

Über Mission Embedded

Mission Embedded entwickelt und liefert intelligente Produktinnovationen für professionelle Anwendungen in sicherheitskritischen Bereichen wie Bahn, Spezialfahrzeuge, Industrie, Flugsicherung und Medizintechnik. Unser Fokus sind dabei Assistenzsysteme, autonomes Fahren, autonome Maschinen sowie AI und Machine Vision in Safety- und Security-Anwendungen. Unsere maßgeschneiderten Lösungen ermöglichen unseren Kunden ihre Innovationsprojekte in kürzester Zeit und mit höchster Qualität in die Realität umzusetzen. Dabei unterstützen wir unsere Kunden in allen Phasen des Produktlebenszyklus – von der Konzeption über das Systemdesign bis hin zur Produktion und Wartung.

Als Teil der Frequentis-Gruppe baut Mission Embedded auf mehr als 70 Jahre an Erfahrung und Expertise für die Entwicklung von hochzuverlässigen Systemen.

Über TU Wien – Institut für Computertechnik

Das Institut für Computer Technik (ICT) an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Wien legt Forschungsschwerpunkte auf den Gebieten Embedded Systems, Systems on Chip und Software-intensive Systems. Die Bereiche Embedded Machine Learning, Sensordatenanalyse, Safety und Security, Smarte Energiesysteme und Requirements Engeneering stellen wichtige Forschungsaktivitäten dar, die zurzeit in 30 extern finanzierten Projekten mit einem Gesamtvolumen von etwa 1 Million Euro betrieben werden.

In der Lehre trägt das ICT zur Ausbilung im Bereich von Digitalen Systemen, Microcomputer, SW Entwicklung und Hardware Design im Bachelorstudium Elektrotechnik und Informationstechnik sowie im Masterstudium Embedded Systems maßgeblich bei. Seit der Gründung 1975 durch Heinz Zemanek hat das Institut viel Anerkennung, Forschungauszeichnungen und Teaching Awards erhalten und eine Reihe von erfolgreichen Unternehmen wurden von ehemaligen ICT Mitgliedern begründet.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage www.ict.tuwien.ac.at/.

Über FREQUENTIS

Frequentis mit Firmensitz in Wien ist ein internationaler Anbieter von Kommunikations- und Informationssystemen für Kontrollzentralen mit sicherheitskritischen Aufgaben. Solche „Control Center Solutions” entwickelt und vertreibt Frequentis in den Segmenten Air Traffic Management (zivile und militärische Flugsicherung, Luftverteidigung) und Public Safety & Transport (Polizei, Feuerwehr, Rettungsdienste, Schifffahrt, Bahn). Als Weltkonzern verfügt Frequentis über ein internationales Netzwerk an Niederlassungen, Tochtergesellschaften und lokalen Repräsentanten in über 50 Ländern.

Produkte und Lösungen von Frequentis sind an mehr als 35.000 Arbeitsplätzen und in rund 150 Ländern zu finden.
1947 gegründet, ist Frequentis gemäß eigener Berechnung mit einem Marktanteil von 30% Weltmarktführer bei Sprachkommunikationssystemen für die Flugsicherung. Weltweit führend sind die Systeme der Frequentis-Gruppe außerdem im Bereich AIM (Aeronautical Information Management / Luftfahrtinformationsmanagement), bei Message Handling Systemen (Nachrichtensysteme für die Luftfahrt), sowie bei GSM-R Systemen im Bahnbereich. Die Aktien der Frequentis AG notieren unter dem Kürzel FQT, ISIN ATFREQUENT09, an der Wiener und Frankfurter Börse. Im Jahr 2020 wurde mit weltweit rund 1.900 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ein Umsatz von EUR 299,4 Mio. und ein EBIT von EUR 26,8 Mio. erwirtschaftet.

Detailinformation über Frequentis finden Sie auf der Homepage www.frequentis.com.