Digitalisierungsprojekte und -konzepte im Fokus

Künstliche Intelligenz im Kapazitätsmanagement

Der DB-Konzern hat moderne Technologien wie KI frühzeitig auf den Weg gebracht und bereits 2017 erste Anwendungen getestet. Wir setzen KI gezielt dort ein, wo sie den DB-Konzern ganz konkret besser macht – pünktlichere Züge, schnellere und präzisere Informationen für die Kund:innen, zuverlässigere Qualität. Der Einsatz von KI beginnt bereits bei der Planung und intelligenten Steuerung des Verkehrs und reicht bis zur Digitalisierung der Instandhaltung.

Nach erfolgreichen Pilotphasen gehen wir nun in die konkrete Umsetzung und den flächendeckenden Einsatz von KI. Ziel ist es, einzelne Leuchttürme zu einem intelligenten Netz zu verbinden und Pilotprojekte schnell, standardisiert und geschäftsfeldübergreifend in die Umsetzung zu bringen.

• AI Factory: Die Gründung einer AI Factory mit rund 150 Mitarbeitenden bestärkt dieses Ziel. Dies ergänzt die bereits bestehenden Initiativen in den Geschäftsfeldern.
• Intelligentes Kapazitätsmanagement: Betrachtet man das intelligente Kapazitätsmanagement, das eine Kombination von Tools in den Bereichen Fahrplan, Bahnbetrieb und Ex-Post-Analysen des Betriebs darstellt, so wurden 2023 über 100.000 Verspätungsminuten eingespart. Der Prozess des operativen Kapazitätsmanagements umfasst ein reguliertes Zusammenspiel zwischen den Leitstellen der EVU und der EIU. Dieses prozessuale Miteinander wird durch zwei verschiedene KI-Ansätze unterstützt, die unterschiedlichen Regularien und Zielsetzungen folgen. Beide Ansätze zielen auf eine Verbesserung der Pünktlichkeit. Die EVU stellen die Pünktlichkeit in den Mittelpunkt. Die Disponent:innen in der Infrastruktur stre­­ben eine übergreifend optimale Kapazitätsausnut­zung an. D. h., sie versuchen eine möglichst gute Pünktlichkeit für alle auf dem Schienennetz verkehrenden Züge zu erreichen, ohne einzelne EVU zu bevorzugen. Dabei unterstützt das Assistenzsystem ADA-PMB in ausgewählten Pilotbereichen.
• Einsatz von KI-Dispo: Das in unserer AI Factory entwickelte Verfahren KI-Dispo unterstützt im Pilotbetrieb Leit­stellendisponent:innen dabei, den Verkehr im Störungs­fall möglichst effizient zu steuern. Die KI verarbeitet in Sekun­denschnelle die aktuelle Betriebssituation auf Grund­la­ge von rund 500 Informationen pro Minute und generiert da­raus ihre Vorschläge. Sie simu­liert auf Basis des Live­betriebs laufend die Entwicklung der Verkehrslage und meldet mögliche Konflikte frühzeitig. Die Disponent:innen können so eingreifen, bevor eine Störung eintritt. Ab 2021 kam das Verfahren bei den S-Bahnen Stuttgart, Rhein-Main und ab 2022 in München zum Einsatz, wodurch mehr als 58.000 Verspätungsminuten vermieden werden konnten. Das bedeutete im eng getakteten Netz der Metropol-S-Bahnen eine signifikante Verbesserung. Aufgrund der positiven Ergebnisse aus dem Pilotprojekt sollen 2024 auch die S-Bahnen in Berlin und Hamburg sowie weitere Strecken pilotiert werden.
• Reisendeninformation: Auch bei der Reisendeninfor­mation kommt KI zum Einsatz: Mittels Machine Learning und Big-Data-Technologie haben wir einen Algorithmus trainiert, der vorhersagt, wann, wo und warum Züge Verspätungen aufbauen. Täglich entstehen so rund 150 Millionen Prognosen für heute schon rund 20.000 Fahrten, die bspw. über den DB Navigator kommuniziert werden. KI analysiert zudem automatisiert Kundenfeedbacks, die über verschiedene Kanäle wie QR-Codes im Zug, den DB Navi­gator oder das ICE Portal eintreffen. In Echtzeit werden die Feedbacks gefiltert, nach Themen sortiert und schnellst­­möglich an das Zugpersonal sowie Mitarbeitende in den Werken weitergeleitet. Dies ermöglicht schnellere und direkte Reaktionen.
• Instandhaltung: In der Instandhaltung setzen wir KI u. a. zur visuellen Ermittlung von Schäden bei DB Fernverkehr, DB Regio und DB Cargo ein.

Konnektivität

Bahnreisende erwarten immer selbstverständlicher exzellen­te Daten- und Mobilfunkverbindungen. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, schließt der DB-Konzern gemeinsam mit den Mobilfunkanbietern Lücken im Mobilfunknetz am Gleis und baut die Bandbreiten weiter aus. Der Ausbau kommt schneller voran als geplant:

• Bereits heute stellt die Telekom fürs Telefonieren und Surfen auf 97% der Hauptverkehrsstrecken des DB-Konzerns LTE mit mehr als 200 Mbit/s zur Verfügung. Der DB-Konzern und die Telekom hatten 2021 vereinbart, das gesamte Streckennetz des DB-Konzerns bis Ende 2026 lückenlos mit leistungsfähigem Mobilfunk zu versorgen: > 200 Mbit/s auf fahrgastreichen, >100 Mbit/s auf sonstigen Strecken. Dazu wurden Investitionen in dreistelliger Millionenhöhe auf den Weg gebracht.
• Vodafone-Kunden sollen bereits 2025 auf mindestens rund zwei Dritteln aller Strecken weitestgehend ohne Unterbrechung telefonieren und surfen können.

Basis dafür ist nicht nur der Mobilfunkempfang am Gleis, son­dern auch die Verbesserung der Mobilfunk-Durchlässigkeit von Zügen. Der DB-Konzern hat dafür gemeinsam mit Partnern modern­ste Lasertechnologie entwickelt, um Scheiben bei Be­­stands­zügen durch Lasern nachträglich durchlässig für Mo­­bilfunk zu machen. Zum Schutz vor Wärme sind die Scheiben dieser Züge mit einer hauchdünnen Metallschicht versehen. Diese Metallschicht ist für Mobilfunkwellen nur schwer zu durchdringen. Um sie durchlässiger zu machen, wird mit einem Laser eine feine Netzstruktur in die Metallschicht eingearbeitet. Durch das filigrane Muster gelangen Mobilfunksignale rund 100-mal besser ins Zuginnere als bisher. Den Wärmeschutz und damit den Komfort an Bord verändern die millimeterfeinen Linien nur minimal. Die Technologie ist aktuell bereits in einzelnen Regionalzügen in Bayern sowie Berlin und ­Brandenburg im Einsatz. DB Fernverkehr investiert zudem rund 50 Mio. €, um rund 70.000 Fensterscheiben in mehr als 3.300 Wagen nachträglich zu lasern. Neue Fernverkehrszüge und viele neue Nahverkehrszüge sind bereits mit mobilfunktransparenten Scheiben versorgt.

Der Datenverbrauch im Zug wird in den kommenden ­Jah­­­ren weiter deutlich zunehmen. Damit Reisende an Bord Telefon- und Datenverbindungen in der zukünftig üblichen Mobilfunkqualität erleben können, sind Gigabit-Übertragungsraten nötig. Auch die weitere Digitalisierung des Bahnbetriebs erfordert leistungsfähige Übertragungstechno­­lo­­gien am Gleis, denn das 5G-basierte Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) soll den 2G-basierten Mobilfunkstandard GSM-R ersetzen. Der DB-Konzern entwickelt daher gemeinsam mit Partnern ein Konzept, wie in Deutschland eine umfassende 5G-Mobilfunkinfrastruktur entlang der Gleise aufgebaut werden kann. Bis Ende 2024 erprobt das Förderprojekt »Gigabit Innovation Track« an einer gut 10 km langen Teststrecke, wie die notwendigen hohen Übertragungsraten für Reisende erreicht werden können und die dafür notwendige Infrastruktur ressourcenschonend und schnell aufgebaut werden kann.

Auch in der Zuginstandhaltung steigt der Bedarf an zuverlässiger 5G-Mobilfunkinfrastruktur. Dafür hat der DB-Konzern ein 5G-Campusnetz im Instandhaltungswerk Krefeld pilotiert. Damit kann eine gute Nutzbarkeit und eine hohe Qualität im Freifeld, im Werk und im/unter dem Zug hergestellt werden. Auch ein weiteres 5G-Campusnetzwerk für das hochmoderne Instandhaltungswerk Cottbus wurde inzwischen ausgeschrieben.

Digitale Schiene Deutschland

Digitalisierung, Automatisierung und KI sind die zentralen Schlüssel für eine höhere Kapazität und eine optimale Auslastung des Schienennetzes sowie die Steigerung von Qualität und Pünktlichkeit. Die Digitalisierung der Schieneninfrastruktur im Rahmen der Digitalen Schiene Deutschland (DSD) umfasst die Ausrüstung von Infrastruktur und Fahrzeugen. Das Zielbild der DSD wird mithilfe verschiedener Technologien in zwei Stufen erreicht:

• Zunächst soll über die sog. Stufe 1 Plus eine digitale Basis in der Infrastruktur geschaffen werden. Diese umfasst Digitale Stellwerke (DSTW), das europäische Leit- und Siche­­rungssystem ETCS (Level 2) und hoch automatisiertes Fahren (ATO GoA2).
• Darauf aufbauend soll in der Stufe 2 die weiterreichen­de Digitalisierung angegangen werden: mit zugzentrischer Sicherungslogik für Fahren im optimalen Abstand, intelligenter Kapazitätsplanung und Verkehrssteuerung sowie vollautomatischem Fahren (ATO GoA4). Sowohl für die Stufe 1 Plus als auch die Stufe 2 sind neben Leit- und Sicherungstechnik (DSTW, ETCS) auch Übertragungssysteme (FRMCS, bbiP), moderne und einheitliche Bediensysteme (integriertes Leit- und Bediensystem; iLBS) und ETCS-Fahrzeugausrüstung entscheidend.

Die Umsetzung der DSD hat 2020 begonnen. Im Rahmen des sog. Starterpakets hat die konkrete Planung und Installation von ETCS und DSTW im Kontext des Digitalen Knotens Stuttgart (DKS), der Schnellfahrstrecke Köln — Rhein/Main und der Durch­fahr­barkeit des transeuropäischen Korridors Skandinavien — Mittel­meer (ScanMed) begonnen. Als erste Re­gion Deutschlands wird Stuttgart die digitale Zugsicherungs- und Stellwerkstechnologie implementieren. Zur Unterstützung der korrespon­dierenden Fahrzeugumrüstung hat das BMDV eine Fahr­zeugförderrichtlinie für die betroffenen Fahrzeuge im DKS veröffentlicht, sodass die Fahrzeugausrüstung 2022 beginnen konnte.

Nach Abschluss des Entwicklungsprojekts Sensors4Rail 2023 wird im Folgeprojekt Automated Train innerhalb der nächsten drei Jahre erstmalig eine voll automatisierte, fahrerlose Bereitstellungs- und Abstellfahrt realisiert. Dies umfasst u. a. das voll automatisierte Auf- und Abrüsten. Zudem wird mit sensorbasierter Hinderniserkennung der Eingriff in die Fahrzeugsteuerung demonstriert.

Das iLBS wurde im September 2023 erstmalig an einem Bedienstandort für den Regelbetrieb eingeführt. Es bündelt alle betriebserforderlichen Anwendungen und vereinheitlicht die Bedienung unabhängig vom Hersteller. Mit dieser Harmonisierung vereinfachen sich Bedienung, Schulung und Instandhaltung deutlich. Verbindlichkeit der DSD-Ausrüstungsplanung bis 2028 wurde durch Veröffentlichung im Rahmen aktualisierter Nutzungsbedingungen Netz im Juli 2023 geschaffen.

Wesentliche Neuerung der aktualisierten DSD-Rolloutplanung bis 2030 bildet die Berücksichtigung der Generalsanierung des Hochleistungsnetzes. Hierdurch hält die Digitalisierung des Schienennetzes auf den Hochleistungskorridoren beschleunigt Einzug und ein frühzeitiger Kapazitätsgewinn soll realisiert werden. Darüber hinaus werden Obsoleszenz und betriebliche Belange adressiert. Dafür ist die Digitalisierung des Schienennetzes ein entscheidender und unumgänglicher Schritt. Die DSD ist ein wesentlicher Hebel dafür, die Verkehrswende in Deutschland voranzubringen.

DB-Konzern als Teil von Europe’s Rail

Europe’s Rail ist die europäische Initiative zu Forschung und Innovation sowie Systemintegration im Eisenbahnsektor. Partnerschaftlich sollen Kosteneffizienz, Integration und Wettbewerbsfähigkeit des Bahnsektors gestärkt werden, um die übergreifende Vision des europäischen Bahnsystems ohne Systembrüche zu erreichen. So wird u. a. an der Harmo­nisierung der Systemarchitektur wie auch an den technischen Spezifikationen für die Interope­rabilität (TSI) gearbeitet. Weitere Schwerpunktthemen sind die Digitalisierung des Güterverkehrs mit der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) und die Digitalisierung der Leit- und Sicherungstechnik bis hin zum Automatisierten Bahnbetrieb (ATO).

Digitale Instandhaltung

Durch Digitalisierung und Automatisierung der Instandhaltung wird die Verfügbarkeit der Fahrzeuge und Anlagen erhöht.

• Die Digitalisierung der Fahrzeugflotten für eine besse­­re Zustandsüberwachung schreitet voran. Die Digitalisierung von rund 800 Fahrzeugen aus drei Baureihen wurde gestartet. Die ersten 350 Fahrzeuge wurden mit Sensorik bzw. Diagnoseboxen ausgerüstet, um Zustandsdaten aus den Fahrzeugen für zustandsbasierte Instandhaltung und damit bessere Asset-Produktivität, Verfügbarkeit und Kostenstrukturen zu nutzen. Bis Ende 2026 sollen alle Fahr­­zeuge umgerüstet sein und als Blaupause für weitere Baureihen dienen. Infolge von operativ getriebenen Repriorisierungen kommt es hier zu einer Verzögerung im Vergleich zur ursprünglichen Planung.
• Die digitale Flottensteuerung wird bei DB Regio als zentrales Element der digitalen Instandhaltung von Fahrzeugen implementiert. Der Rollout der Anwendung dLox zur technischen Erfassung von Schäden am Zug durch das Zugper­sonal wurde nach erfolgreicher Nutzung bei DB Cargo auch bei DB Regio ausgerollt. Aktuell nutzen rund 28.000 Mitarbeitende bei DB Cargo und DB Regio die Anwendung im täglichen Betrieb.
• Die Automatisierung und Digitalisierung in den Werken nimmt Fahrt auf. 2023 ist die Anzahl automatisierter Überfahrmessanlagen auf elf Anlagen angewachsen. Ende 2024 werden insgesamt 14 sog. Radsatz-Messanlagen in Betrieb genommen. Alle Werke von DB Fernverkehr sowie nahezu alle Metropol-S-Bahnen bei DB Regio werden dann über diese modernen Anlagen verfügen, wodurch manuelle Tätigkeiten sowie die Werkaufenthaltszeit deutlich reduziert werden.
• Der Rollout des bei DB Fernverkehr erfolgreich einge­führ­ten Systems zur KI-basierten Materialerkennung auf wei­­tere Geschäftsfelder wurde gestartet. Die Anwendung DB.Mat.ID steht zukünftig rund 15.000 Mitarbeitenden der Instandhaltung zur Verfügung und vereinfacht die Materialsuche. Durch Abgleich eines Fotos mit einer Bilddatenbank wird das richtige Bauteil schnell und sicher identifiziert.
• Mit der Digitalisierung im Komponentenbereich der Fahrzeuginstandhaltung sind wir 2023 weiter vorangeschrit­ten: Die 2022 in Kassel gestartete Einführung der digi­talen Rückmeldung der Leistungserfassung wurde in weiteren Werkstätten ausgerollt. Zudem wurde die Grundlage geschaffen, um Anfang 2024 in der Radsatzwerkstatt Kassel mit der digitalen Erfassung von Prüfmerkmalen zu starten.