Praxis: Fracht intelligent bewegen
IoT bei der Bahnfracht
Bei der Überwachung ihrer Güterwagons nutzt die in Wien ansässige Rail Cargo Group seit Kurzem IoT-Technik. Das Management-System hat durchaus Beispielcharakter, denn es setzt unter anderem Remote-Dienste und Sensortechnik ein, deren Arbeit sich auf andere Branchen übertragen lässt.
Ob dringend benötigte Fertigungskomponenten oder Ware für den Endkunden - der Frachtverkehr nimmt ständig zu. Die in Wien ansässige Rail Cargo Group (RCG), die zu der Holding der Österreichischen Bundesbahnen gehört, bietet dazu als zweitgrößtes europäisches Gütertransportunternehmen flächendeckend End-to-End-Logistiklösungen an. Knapp 518.000 Züge transportieren jedes Jahr mehr als 115 Millionen Tonnen Güter. Dabei können die österreichischen Frachtspezialisten auf ein weltweites Schienennetz zugreifen. Sogar Streckenführungen von Europa nach China werden angeboten.
Diese hohe Anzahl bewegter Güterwagons gilt es natürlich zu überwachen. Für einen reibungslosen Betrieb ist es unerlässlich, die Position eines jeden Wagons zu kennen, um auf etwaige Probleme sofort reagieren zu können. Schließlich können sie inaktiv auf Abstellgleisen stehen und auf ihre Be- oder Entladung warten, obwohl ihre Tour längst zum nächsten Ziel führen sollte, denn jeder nicht fahrende Wagon ist ungenutztes Kapital. Aus diesem Grund starteten die IT-Verantwortlichen ein Projekt mit A1 Digital, einem Unternehmen, das bei Fragen der digitalen Transformation berät. Ziel war es, ein System zur Nachverfolgung der Wagons zu entwickeln und zu implementieren.
Telematiklösung hilft weiter
Im Rahmen des Projekts namens Smartcargo sollen dabei bis Ende 2020 rund 13.700 Wagons der RCG mit einer intelligenten Telematik-Lösung ausgestattet sein. Diese hilft dann dabei, die Ankunftszeiten der Fracht durch die genaue Positionsverfolgung der Güterzüge vorherzusagen. Beispielsweise bei einer verzögerten zeitkritischen Lieferung ist dann eine rechtzeitige Suche nach Alternativen möglich.
Das System besteht aus einem Management-System, das auf einer Plattform von A1 Digital beruht und den in den Wagons verbauten Endgeräten. Deren Positionssensor liefert GNSS-basierende Koordinaten (Global Navigation Satellite System), zu denen Daten aus dem US-amerikanischen GPS, dem russischen Glonass und künftig auch dem europäischen Galileo gehören. Zusätzlich erfasst es die IDs der aktuellen GSM-Zellen. Ein zusätzlicher Sensor sorgt für die zuverlässige Bewegungserkennung auch unabhängig vom GPS-Empfang. Für die Überwachung des Transports empfindlicher Güter und eine Stoßerkennung sowie für die Temperaturmessung innerhalb des Geräts sind weitere Sensoren verbaut.
Schlüsselfunktion Positionserkennung
Bei den positionsgebundenen Diensten kann der Cargo-Betreiber im Wesentlichen auf drei Systeme zugreifen. Die GPS-gestützte Smart-Move-Erkennung des Geräts erfasst Bewegungen nur bei signifikanten Positionsänderungen. Dies verhindert Fehlalarme bei zu geringen Bewegungsmustern. Zudem können Positionsmeldungen je nach Bewegt- beziehungsweise Ruhezustand in festgelegten Intervallen aktiv vom Wagon gemeldet werden. Auch lassen sich je nach gewünschtem Meldeverhalten auch Alarme beim Betreten oder Verlassen von kreis-, linien- oder polygonförmigen Flächen (Geofencing) einrichten. Selbstverständlich ist neben der Erfassung und Einspeisung dieser Positionsdaten auch die aktive Benachrichtigung des mit der Güterbewegung betrauten Personals möglich. Damit werden Abweichungen vom Regelbetrieb rechtzeitig sichtbar und entsprechend planbar.
Die Verbindung des Wagons mit der Smartcargo-IoT-Plattform erfolgt über das herkömmliche Mobilfunknetz - man nutzt also nicht das Bahn-eigene GSM-Netz. Der Vorteil liegt in der flexibleren Anbindung der einzelnen Wagons. In Österreich selbst kommt das Netz von A1 zum Einsatz. Jedoch verfügen die in den Wagons verbauten Geräte auch über die Fähigkeit des nationalen Roamings: Bei schwachem Signal des Hauptnetzes schaltet das System sofort auf andere Netze um. Dies gilt auch international. Selbst in schwach versorgten Gebieten steht durch die freie Netzbetreiberwahl meist eine Verbindung zur Verfügung. Die Übertragung selbst erfolgt durch ein Protokoll, das auf niedrigsten Stromverbrauch optimiert ist. Dieses setzt auf TCP/IP auf.
Systemstatus automatisch mitgeteilt
Für die Verbindung sorgt ein Quadband-GSM-Modem mit einem integrierten eSIM-Chip. Zusätzliche Sicherheit ist durch eine durchgängige Überwachung der Kommunikationswege gewährleistet. Sollte die Datenübertragung für einen längeren Zeitraum ausfallen, ist eine automatische Wiederherstellung einer Default-Konfiguration oder der Firmware vorgesehen. Falls am Standort des Wagons keine ausreichende Datenverbindung per GPRS hergestellt werden kann, erlaubt das kompakte Nachrichtenformat auch die Verwendung von SMS für die Informationsübermittlung. Zu den übermittelten Daten gehört neben Positionsangaben oder Bewegungsprofilen auch der Status der Hardware selbst. Damit lassen sich sämtliche Aktivitäten der Hardwareeinheit sowie etwaige Störungen in einem auslesbaren Systemlog aufzeichnen und an das Monitoring-System zurückspielen.
Da der Einsatz der Güterzüge über lange Strecken und auch Zeiten erfolgt, ist ein physischer Zugriff zu den verbauten Tracking-Geräten nur schwer durchführbar. Neben der Möglichkeit zur Fernwartung ist auch eine ausreichende Stromversorgung wichtig, die in den verschiedensten Klimazonen zuverlässig arbeitet. Dort sind aus diesem Grund unabhängig zuschaltbare Lithium-Metall-Batteriepacks verbaut, die eine hohe Kapazität und einen weiten Temperaturbereich aufweisen. Die garantierte Lebensdauer liegt bei Sendeintervallen von jeweils 15 Minuten bei bewegtem und von jeweils zwölf Stunden bei ruhendem Wagon bei sechs Jahren. Der Betrieb ist von -40 °C bis 85 °C möglich.
Management-Plattform für genaue Koordination
Da Smartcargo sämtliche Eingaben vom übergeordneten Management-System verarbeitet, sind neben dem Tracking einzelner Wagons und der genauen Prognose der Ankunftszeiten weitere Analysen möglich. Die Tracking-Geräte können zum Beispiel Stöße durch eigens dafür eingebaute Sensoren erkennen und optional auch Türöffnungen aufzeichnen. Erfolgt der Zutritt zu einem Wagon unplanmäßig, kann dies auf einen Diebstahlsversuch hinweisen. Dann gibt die IoT-Plattform sofort eine Warnung aus, sodass lokale Sicherheitskräfte zeitnah eingreifen können. Bislang konnte dieser effektive Schutz gegen kriminelle Zugriffe nur sehr begrenzt sichergestellt werden, da eine lückenlose Überwachung auf der gesamten Strecke sowie auf den Bahnhöfen nicht möglich ist.
Das Management-System erlaubt es mit diesem Konzept auch, dass die IT-Verantwortlichen der Rail Cargo Group den Zugriff für die jeweiligen Abteilungen so gestalten können, dass diese lediglich die Funktionen und Informationen erhalten, die für die Erfüllung ihrer individuellen Aufgaben nötig sind. Dies verhindert, dass wichtige Informationen in der Datenflut untergehen.
Basis des Management-Systems ist eine von A1 Digital bereits in anderen Projekten verwendete Plattform. Bei der Integration der Endgeräte in das System konnten die Techniker bei diesem Projekt 80 Prozent der Funktionen so übernehmen, wie sie ursprünglich definiert waren. Die restlichen 20 Prozent wurden von A1-Digitals-Experten mit einer eigens entwickelten Software angepasst, die auf die individuellen Situationen bei Railcargo zugeschnitten ist.
Die Plattform übernimmt außerdem sämtliche Funktionen des Geräte-Managements. Dazu gehören das Fehler-, Software-, Konfigurations-, Alarm- und Performance-Management. So lassen sich jederzeit komplette Konfigurationsänderungen auf die Geräte übertragen. Bei sicherheitsrelevanten Problemen ist beispielsweise möglich, eine neue Firmware aus der Ferne zu installieren, ohne dass die Wagons dazu in die Werkstatt müssten. Eine ständige Verbindung ist dazu nicht notwendig. Die Plattform kommuniziert mit den Wagons asynchron. Damit lassen sich Konfigurationsänderungen initiieren, obwohl die entsprechenden Endgeräte offline sind. In dem Moment, in dem sie wieder am Netz sind, rollt das System die Modifikationen aus.
Fazit
Die IoT-Plattform hat flexible Anwendungsmöglichkeiten. Die verwendete Visualisierung lässt sich für beliebige Anwendungsfälle anpassen. Ferner sind Systeme von Drittanbietern individuell anzubinden. Falls gewünschte Funktionen noch nicht vorhanden sind, können Micro-Services, die diese beheben, flexibel integriert werden. Die Rail Cargo Group sichert mit Smartcargo ihre Zukunftsfähigkeit. Mit stetig zunehmendem Frachtvolumen und dem - auch politisch gewollten - Umstieg von der Straße auf die Schiene, ist der herkömmliche Frachtbetrieb ohne passende IT-Unterstützung in Zukunft nur noch schwer umsetz- und abbildbar.
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