Rail Shock Recording - Erhebung von Gleiszustand und Fahrgastkomfort mittels Smartphonesensoren (Detection of Temporal Patterns and Events in Time-Dependent Acceleration Data - Using the Example of Vienna’s Metro Rails)

Ziele/Ideen

Regelmäßige Messkontrollen der Schienenprofile sind ein wesentlicher Faktor für die Betriebssicherheit der Wiener Linien und somit vor allem für die Sicherheit und den Komfort von etwa 962 Mio. Fahrgästen, die mit U-Bahn, Straßenbahn und Bus pro Jahr unterwegs sind. Um genau zu wissen, wann die nächste Wartung notwendig wird, werden bei der U-Bahn (mind. 6x pro Jahr) und bei der Straßenbahn (mind. 4x pro Jahr) genaue Schienenprofil-Messungen durchgeführt.
Schienen-, Gleismessungen werden aktuell mit speziellen Messwagen durchgeführt. Lagefehler der Gleise und Schäden an den Schienen und Gleisanlagen wie Weichen und Kreuzungen werden daher entweder erst bei Befahren des Gleissegments durch den Messwagen bekannt oder durch Befahren mit Zügen (ebenfalls mit Gleismesssensoren ausgestattet). Um laufend Messungen der Schienenstrecke durchzuführen wären mehrere Messwagen bzw. eine höhere Messfrequenz nötig. Diese Messdaten basieren auf den Daten, die durch die jeweiligen Wagen erhoben wurden. Eine Erschütterungsmessung aus Sicht des Fahrgastes kann neue Aufschlüsse über das Fahrerlebnis/Fahrkomfort geben. Kombiniert mit den Daten der Wagenmessung entsteht ein gesamtheitliches Bild einerseits der Technik andererseits gepaart mit den Eindrücken der Fahrgäste. Damit die erhobenen Daten einem bestimmten Ort zugewiesen werden können, müssen die Smartphones jedoch zuerst lokalisiert werden, was im Untergrund (kein GPS) nicht trivial ist.

Kurzbeschreibung

Konkret habe ich mich in meiner Diplomarbeit damit befasst, zeitabhängige Beschleunigungsdaten von Smartphone-Beschleunigungssensoren von U-Bahn-Fahrgästen zu analysieren, um Rückschlüsse auf Position, Gleiszustand und Fahrgastkomfort zu ziehen.

Resultate

Die erfassten Sensordaten der Handys ähneln stark der gemeinsam mit dem Gleismesswagen von Wiener Linien aufgezeichneten Kurvenkrümmung. Anhand der Beschleunigungsdaten kann die Geschwindigkeit geschätzt werden, welche wiederum zusammen mit den Kurven mittels Sensor-Fusion eine Rekonstruktion des gefahrenen Pfades und somit eine ungefähre Lokalisierung im U-Bahn-Netz ermöglichen. Weichen können mit den Beschleunigungssensoren der Smartphones erfasst werden. Allerdings nur, wenn das Smartphone starr im Zug verbaut ist bzw. am Boden des Fahrgastraumes liegt. Wird das Smartphone hingegen in der Hand gehalten, konnten Weichen und auch leichte Gleisschäden nicht identifiziert werden, da der menschliche Körper die Erschütterungen zu stark absorbiert. Der Fahrgastkomfort konnte mittels der Smartphone-Beschleunigungssensoren evaluiert werden. Vor allem durch die augezeigte Möglichkeit, die gesammelten Daten im Untergrund zu lokalisieren, sind nun eine ganze Reihe verschiedener Anwendungsfälle möglich, wie z.B: Wie unruhig war für die Passagiere die U-Bahn-Fahrt an Position X, wie laut/kalt/warm/etc war es? Was hiervon ist für den Fahrgast relevant und kann gemacht werden, um den Fahrkomfort zu steigern und was davon ist für den Fahrgast nicht relevant, muss aber dennoch verbessert werden, weil es sicherheitsrelevant ist? Die Ergebnisse meiner Diplomarbeit nutzen also sowohl dem Fahrgast öffentlicher Verkehrsmittel (Optimierung Fahrgastkomfort) als auch dem Betreiber (in diesem Fall Wiener Linien), der am Zustand der Gleisanlagen interessiert ist.

Partner

Technische Universität Wien: Betreuer der Diplomarbeit