Wie Straßenbahnen intelligent und autonom werden
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In vielen neuen Autos sind heutzutage verpflichtend Fahrerassistenzsysteme eingebaut. Doch diese werden nicht nur für Autos benötigt, sondern auch für Straßenbahnen. Am Center for Vision, Automation und Control am Austrian Institute of Technology (AIT) forscht man daran bereits seit 8 Jahren.
Dieses Jahr konnte ein Forschungsprojekt abgeschlossen werden, bei der Assistenzsysteme für „Bims“ mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattet worden sind. „Auch Straßenbahnen müssen künftig vorausschauendes Verhalten entwickeln, um im Betrieb sicher zu sein und Ausfälle zu vermeiden“, sagt der AIT-Projektleiter Christian Zinner im Gespräch mit der futurezone.
Fahrer*innenunterstützung
Das geschieht mit neuronalen Netzwerken, die lernen, Verkehrssituationen zu verstehen und vorausschauend abzuschätzen. Damit sollen in erster Linie Personenschäden vermieden werden. Die in die Straßenbahnen integrierte Kästen sind mit einer KI ausgestattet, die heikle Situationen verstehen und interpretieren soll. „Dabei ist und bleibt der Mensch das Maß aller Dinge“, so Zinner.
„Aber Menschen haben nicht zu jedem Zeitpunkt den gleichen Aufmerksamkeitslevel, denn Fahrer*innen werden manchmal müde, wenn sie länger im Einsatz sind. Hier können wir mit KI eine Hilfestellung bieten“, sagt der AIT-Projektleiter. „Es gibt auch immer wieder Unfälle, die aufgrund von Fahrfehlern passieren, etwa, weil ein Fahrzeug zu schnell in eine Kurve geführt wird und dann entgleist oder umkippt“, erklärt Zinner. Auch hier soll die KI helfen, diese zu vermeiden.
Wie die KI Fahrzeuge und Geschwindigkeiten erkennt
© Intelligent Tram
Einbau in die Flotten
Die neuen Komponenten, die beim FFG-Forschungsförderungsprojekt „INTELLiTRAM“ zum Einsatz kommen, müssen zudem möglichst klein sein, weil sie in bestehende Flotten integrierbar sein müssen. Das sei eine Herausforderung gewesen, erzählt Michael Kreilmeier, Geschäftsführer der Mission Embedded, die gemeinsam mit Alstom Projektpartner des AIT ist.
Straßenbahnen haben außerdem spezielle Anforderungen, die es bei Autos nicht gibt: So müssen die Systeme etwa Signale und Weichen kennenlernen. Außerdem seien die Bremswege viel länger, fügt Kreilmeier hinzu. „Die KI hilft dabei, Szenen besser zu interpretieren.“
Die Bim könnte selbstständig in die Remise fahren, wenn es nach dem AIT geht
© Ait
Autonomes Fahren in die Remise
Bei dem Projekt geht es aber auch darum, die Straßenbahn künftig teilweise autonom fahren zu lassen. Doch kann das bald gelingen? „Wir erwarten nicht, dass von heute auf morgen sämtliche Fahrzeuge fahrerlos unterwegs sein werden. Aber es gibt Einsatzbereiche, wo man es sich auch bei Straßenbahnen relativ gut vorstellen kann“, erklärt Zinner.
Einer dieser Einsatzbereiche ist etwa die Remise. Die Straßenbahn lernt, sich dort selbstständig abzustellen und sich wieder zu aktivieren, wenn es wieder Zeit für sie ist, die Remise zu verlassen. In den Nachtstunden werden die Fahrzeuge in der Regel im Betriebshof abgestellt und werden erst wieder zum Schichtbeginn in Betrieb genommen. Das kostet Unternehmen viel Geld, wenn sie Nachtzuschläge bezahlen müssen. Auch den Transfer zur Werkstätte oder Waschanlage sollten die Bims selbstständig bewältigen können, wenn es nach dem AIT geht. Dafür müsste man die erforderliche Technologie direkt in das Fahrzeug bringen.
Neben der Umrüstung der Flotten gibt es noch weitere Herausforderungen. Je autonomer die Systeme, desto mehr Sicherheitsanforderungen gibt es. „Das ist ein noch größeres Normungs- und Zulassungsthema“, erklärt Kreilmeier. Auch er traut sich deshalb keine fixe Prognose abgeben, bis wann autonome Straßenbahnen wirklich im Flottenmanagement im Einsatz sein werden.
Mehr Infos zum Projekt
Projekt
An „Intelligent Tramways through Sense, Learn and React“ (abgekürzt: INTELLiTRAM) sind das Austrian Institute of Technology (AIT) mit Europas größtem Schienenfahrzeughersteller Alstom (früher Bombardier) und Mission Embedded beteiligt
Wissenschaft
Forscher können auf die Ergebnisse aufbauen und diese weiterverwenden
Förderung
Das Projekt lief 3 Jahre und wurde im Rahmen des Programms Mobilität der Zukunft durch das Bundesministerium für Klimaschutz gefördert und von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft abgewickelt
Assistenzsysteme
Das AIT hat bereits zwei Assistenzsysteme für Straßenbahnen entwickelt, auf die man bei dem Projekt aufbauen konnte. „Das Fahrerassistenzssystem von uns passt dahingehend auf, wie schnell der Wagen an einer bestimmten Stelle fährt und ob die vorgesehene Geschwindigkeit eingehalten wird“, erklärt Zinner. Ist dies nicht der Fall, gibt es akustische Warnhinweise an die Fahrer*innen. Bei starken Überschreitungen wird das Fahrzeug auch automatisch abgebremst.
Ein zweites Assistenzsystem betrifft die Vermeidung von Zusammenstößen. „Dazu haben wir ein Hindernissystem mit Stereokameras entwickelt, das in den Wagen eingebaut wird“, so der Projektleiter. Diese beiden Assistenzsysteme für Straßenbahnen seien marktreif und in mehreren Städten weltweit im Einsatz, erzählt Zinner. Frankfurt in Deutschland war die erste Stadt, die diese Systeme eingesetzt hat, Zürich in der Schweiz folgte. „Die Durchdringung in Straßenbahnflotten wird rapide zunehmen“, sagt Zinner.
Forschungsstrategie
„Für uns ist das Projekt Teil einer größer angelegten Forschungsstrategie“, erklärt Kreilmeier von Mission Embedded. Dort wird weiter daran gearbeitet, dass KI-Systeme einen sogenannten „Sicherheitscheck“ bestehen, um zugelassen zu werden. Aktuell sind die entwickelten KI-Systeme nicht für den Einsatz bei Straßenbahnen zugelassen. Beim AIT forscht man in weiterer Folge daran, die Schienen besser zu erkennen, um diese zeitgerecht warten zu können.
Diese Serie erscheint in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG).
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