Autonomes Bahnfahren

Im Rahmen der Verkehrswende werden zukünftig deutlich mehr Bahnreisende erwartet, die auf schnelleren Verbindungen transportiert werden müssen. Dafür werden autonome Systeme im Zugverkehr eine entscheidende Rolle spielen. Doch wie funktioniert autonomes Fahren? Und können wir fahrerlosen Bahnen vollkommen vertrauen?

Automatisch oder Autonom – Wo liegt der Unterschied?

Automatisierte Züge fahren in Deutschland schon seit einer ganzen Weile. Anhand des Automatisierungsgrades, auch GoA (Grade of Automation) genannt, wird angegeben, welche Prozesse automatisiert sind: Auf den unteren Stufen (GoA1 und GoA2) wird der Bahnfahrer unterstützt, auf höheren Stufen (GoA3 und GoA4) kann er sogar ersetzt werden. So bewegen sich beispielsweise einige U-Bahn-Linien in Nürnberg oder der Sky-Train am Düsseldorfer Flughafen ohne einen Fahrer, der den Zug steuert. Diese Züge werden von außen kontrolliert: Bestimmte Signale geben die Strecke frei oder sperren sie, und steuern beispielsweise die Geschwindigkeiten. Es handelt sich um geschlossene Systeme, in denen nur baugleiche Bahnen zum Einsatz kommen.

Beim autonomen Fahren wiederum fährt der Zug vollkommen selbstständig anhand der an Bord installierten Sensorik und künstlicher Intelligenz im Verkehrsraum. Die Maschine trifft eigenständig Entscheidungen, ohne von außen gesteuert zu werden.

Da die Begriffe „vollautomatisch“ und „autonom“ im öffentlichen Sprachgebrauch häufig synonym verwendet werden, wird auch in diesem Artikel von autonomem Fahren geschrieben, obwohl es sich genau genommen um automatisierte Systeme handelt.

So funktioniert autonomes Fahren

Wichtig beim autonomen Fahren ist vor allem die automatische Zugsicherung, die vorrangig die Geschwindigkeit des Zuges und die Abstände zu anderen Zügen kontrolliert. Die einzelnen Systeme der Leitstelle und der Züge stehen die ganze Zeit im Austausch miteinander. Die automatische Zugsteuerung ist eine weitere wichtige Komponente: Alle Abläufe, wie das Anfahren, Stoppen, und das Öffnen und Schließen der Türen wird über technische Sensoren gesteuert.

Im Falle einer Störung oder einer Gefahrensituation reagiert der Zug genauso wie mit Fahrer: Er bleibt stehen. Im Anschluss kann analysiert werden, wie der Fehler behoben werden kann. Vollautomatisierte Systeme unterliegen sehr strengen Sicherheitsvorkehrungen, weswegen eine Bahnfahrt ohne Fahrer allgemein als sehr sicher gilt.

Warum autonomes Fahren?

Es gibt verschiedene Gründe, warum autonomes Fahren im Bahnverkehr in Zukunft eine Rolle spielen könnte. Zum einen sind die Systeme flexibler und können besser auf zu- oder abnehmendes Fahrgastaufkommen reagieren. Außerdem sind die Abstimmung zwischen den einzelnen Bahnen und die Ankunfts- und Abfahrzeiten optimiert, was die Verbindungen pünktlicher macht. Da beim autonomen Fahren zahlreiche Sensoren arbeiten, können Fehler und Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden. Auch die Energiebilanz ist durch den gleichmäßigeren Betrieb optimiert. Mit autonomen Fahrsystemen reagieren Bahngesellschaften außerdem auf den Mangel an Zugführern, der im Rahmen der Verkehrswende noch zunehmen wird.

Brauchen wir noch Zugführer?

Mit zunehmenden Fortschritten im Bereich künstliche Intelligenz stellt sich die Frage, inwieweit Maschinen die Aufgaben der Zugführer vollständig übernehmen könnten. Die Forschungen im Bahnverkehr liegen vorrangig auf voll automatisierten, und nicht auf autonomen Systemen. Dafür werden auch weiterhin Zugführer benötigt, die jedoch vermehrt die Abläufe koordinieren, Systeme warten und im Notfall eingreifen können – Das Berufsbild wird sich also zunehmend wandeln.

Herausforderungen beim autonomen Bahnfahren

Um die Sicherheit beim autonomen Fahren zu gewährleisten, müssen die Systeme auf jede mögliche Situation reagieren können. Dies ist bisher nur bei U-Bahnen möglich, da die Strecken vor äußeren Einflüssen wie verschiedenen Wetterlagen oder Objekten auf den Gleisen geschützt sind. Ist jedoch keine äußere Begrenzung vorhanden, gestaltet sich der Einsatz von autonomen Systemen schwieriger. Hier beeinflussen zahlreiche verschiedene Faktoren die Fahrt. Außerdem bewegen sich auf einem Schienennetz meist unterschiedliche Bahntypen, die gut aufeinander abgestimmt werden müssen.

Ohne einen Zugführer ist im Problemfall keine Person vor Ort, die eingreifen kann. Die Lösung dafür ist eine verlässliche Fernsteuerung der Bahn in entsprechenden Gefahrensituationen. Für diese Steuerung von außen sind jedoch riesige Datentransfers nötig, die nur über ein 5G-Netz abgewickelt werden können.

Autonomes Bahnfahren in Deutschland

Fahrerlose U-Bahnen kommen in Deutschland schon in verschiedenen Städten, wie beispielsweise in Nürnberg, zum Einsatz. Seit Oktober 2021 fahren in Hamburg vier automatische S-Bahnen auf der GoA3 Stufe: Sie bewegen sich erstmals in einem offenen System. Die Neuerungen sind Teil des DB-Programms Digitale Schiene Deutschland. Auch im Regional- und Fernverkehr soll zukünftig die in Hamburg angewandte Technik zum Einsatz kommen. Vollautomatische Systeme der Stufe GoA4 werden heute schon beim Rangieren der Züge genutzt.

Welche Projekte aktuell von der Deutschen Bahn geplant und umgesetzt werden, können Sie auf der Seite digitale-schiene-deutschland.de nachlesen.

Foto: Cornelius Kibelka (Lizenz: CC BY-SA 2.0)

 

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