Digitale H├╝llkurve auf Laserscan-Basis

Die Leipziger Verkehrsbetriebe realisieren digitale H├╝llkurvenberechnungen auf Basis von Laserscan-Punktwolken. Sie dienen zur Vorbereitung des Einsatzes und der Zulassung von Fahrzeugen nach BOStrab. Unterst├╝tzt werden sie von der GEO DIGITAL GmbH aus D├╝sseldorf.

Die H├╝llkurvenberechnung dient dazu, die sichere Befahrbarkeit von Engstellen zu bestimmen. Damit wird auch gepr├╝ft, ob zwei Fahrzeuge gefahrlos passieren k├Ânnen. Daher wird diese sp├Ątestens im Rahmen von Fahrzeugneubeschaffungen oder des beabsichtigten Einsatzes abweichender Fahrzeugabmessungen eingesetzt. Geregelt wird der sichere Betrieb in der Stra├čenbahn-Bau- und Betriebsordnung (BOStrab), diese gilt im Bereich der digitalen Erfassung des Lichtraumprofils als ├╝berholt. Seit rund 25 Jahren wird in den Gremien gepr├╝ft, ob ein kinematischer Ermittlungsweg aufgenommen wird, dies ist aber bis dato noch nicht geschehen.

Doch die Notwendigkeit wird gerade f├╝r Betreiber des ├ľPNV-Netzes immer gr├Â├čer. Vor diesem Hintergrund realisieren die Leipziger Verkehrsbetriebe (LVB) GmbH bei der digitalen Berechnung der H├╝llkurve die Erfassung der Bestandsdaten der Gleisanlagen via mobilem Laserscanning. Anfang M├Ąrz dieses Jahres wurde dazu das gesamte Streckennetz erfasst. Die LVB arbeiten seit Jahrzehnten an der Verbreiterung der Fahrzeuge. Die n├Ąchste Fahrzeugbeschaffung ab ca. 2024 soll eine Breite von 2,40 Meter haben und damit nochmals 10 Zentimeter breiter als bisher. Dies soll eine deutliche Erweiterung der Transportkapazit├Ąten bringen.

Altes Thema, neu interpretiert

Die Herausforderungen rund um die H├╝llkurvenberechnungen sind gro├č. Insbesondere sind die bogengeometrischen Ausschl├Ąge ÔÇô sprich wie deutlich das Fahrzeug in der Kurve von der theoretischen Breite mit Bezug auf die Gleisachse abweicht ÔÇô entscheidend. Hierf├╝r m├╝ssen einfache Ermittlungsverfahren zur Anwendung kommen. ÔÇ×Dies ist jedoch aufgrund des zur (genauen) Ermittlung des ben├Âtigten lichten Raumes erforderlichen Aufwandes nach der Lichtraumrichtlinie kaum m├ÂglichÔÇť, so Uwe Kretzschmar von den LVB. Dar├╝ber hinaus gebe es keinerlei Regelung f├╝r die ├ťbergangsbereiche zwischen einzelnen Elementen der Gleisgeometrie.

Die LVB haben alle betroffenen Teile des Schienennetzes (├╝ber 140 Kilometer Gesamtnetz f├╝r Stra├čenbahnlinien) per mobilem 3D-Laserscanner erfasst. Foto: Leipziger Verkehrsbetriebe GmbH

Bedingt durch die R├╝ckst├Ąndigkeit der BOStrab gehen einzelne Stra├čenbahnbetriebe unterschiedlich mit dem Thema um. Die LVB haben wie die meisten gr├Â├čeren Netzbetreiber in den letzten Jahrzehnten hauseigene L├Âsungen geschaffen, schlie├člich gibt es das Konzept der ÔÇ×digitalen H├╝llkurveÔÇť f├╝r Stra├čenbahnen schon lange. Bereits ab Mitte der 90er Jahre arbeiteten die LVB mit den ersten spezialisierten Modulen der GEOPAC-Software von GEO DIGITAL. Doch im Zuge von Ausgliederung der Planung in externe Tochtergesellschaften entwickelte sich das Thema unterschiedlich. ÔÇ×So entstand der kuriose Effekt, dass au├čerhalb des Verkehrsbetriebes mit Computermodellen gearbeitet wurde, jedoch innerhalb des Verkehrsbetriebes die Nachweise ÔÇÜvon HandÔÇś und auf Papier zu erbringen warenÔÇť, beschreibt Kretzschmar. Dies ├Ąnderte sich erst mit einer teilweisen R├╝ckgliederung der Planung in den Jahren nach 2010. Ab diesem Zeitpunkt wurde die Umsetzung einer durchgehend digitalen Nachweisf├╝hrung und einer digitalen H├╝llkurve ein wesentliches Ziel. Aufgrund der Erfahrungen war klar, dass digitale Stra├čenbahnfahrzeuge und ein durchgehend vorhandenes, digitales Streckennetz daf├╝r die Grundlage bieten m├╝ssen.

Digitales Streckennetz

Zun├Ąchst wurden dazu alle im Linienverkehr einge-setzten Fahrzeuge mit dem GEOPAC-Trameditor auf der Grundlage der Herstellerangaben ÔÇ×nachgebautÔÇť und deren ÔÇ×VerhaltenÔÇť im Computer mit den Herstellerangaben abgeglichen. Wichtig war dann, die bisherige, analoge Nachweisf├╝hrung von der Fahrzeugseite durch ein Referenz- oder Bemessungsfahrzeug mit digitaler Erfassung zu ersetzen, sprich eine homogene Bemessung der betroffenen Gleisabschnitte zu erstellen. Zudem sollten dabei der gesamte 3D-Raum ÔÇô also auch Bahnsteigkanten, T├╝rlagen (f├╝r die Barrierefreiheit) und der Stromabnehmer und dessen Lauf ÔÇô abgebildet werden.

Da die Zusammenf├╝hrung und/oder die Digitalisierung von (teilweise historischen) Plan-, Bestands- und Papierpl├Ąnen daf├╝r nicht m├Âglich war, besch├Ąftigte man sich in Leipzig schon fr├╝hzeitig mit den per Laserscanning erfassten Punktwolken. In den Jahren 2013/14 wurden erstmals Probedaten bei einem Bahn├╝bergang aufgenommen. ÔÇ×Diese Daten lieferten die Grundidee f├╝r die nun vorangetriebene Umsetzung und den Einsatz der neuen TechnologieÔÇť, so Kretzschmar.

In enger Zusammenarbeit mit der Siemens Mobility GmbH und GEO DIGITAL haben die LVB im ersten Schritt im Sommer 2018 eine Pilotmessung ├╝ber ca. 10 Kilometer Gleis durchge-f├╝hrt. Die kinematische Gleisaufnahme auf Basis eines speziell ausger├╝steten Schienenfahrzeugs erfolgte in 4 ├ťberfahrten (2 x 2 in jede Richtung). Zur Erh├Âhung der Genauigkeit der Trassen (relative Genauigkeit zueinander) wurden die Messfahrten au├čerdem zueinander registriert. Schwerpunkt der Pilotmessung war und ist die Umsetzung der von Siemens f├╝r den Vollbahnbereich entwickelten Auswertungstechnologien (offene Vignolschiene) auf die innerst├Ądtischen Anforderungen eines Stra├čenbahnbetriebes, zum Beispiel Rillenschiene und Fahrbahnlage. Die Datenauswertung erfolgte innerhalb der LVB. ÔÇ×Nachdem Anfang 2019 die Daten unseren Anforderungen entsprechend vorlagen, konnten wir mit Unterst├╝tzung der GEO DIGITAL kurzfristig zus├Ątzliche, spezielle CAD-Funktionen zur vereinfachten Nutzung der Daten realisieren und eine erfolgreiche Erstauswertung der Pilotmessung durchf├╝hrenÔÇť, sagt Kretzschmar.

Vor-Ort Pr├╝fung der Abstandsma├če bei Schienenfahrzeugen mit Styroporbl├Âcken. Die Engstellen k├Ânnen nun digital exakt berechnet werden. Foto: Leipziger Verkehrsbetriebe GmbH

In dem gemessenen Abschnitt konnten drei punktuelle Engstellen identifiziert werden, die den Einsatzbedingungen der neuen Fahrzeuggeneration nicht entsprechen und genauer gepr├╝ft werden m├╝ssen. Tats├Ąchliche Kollisionsgefahr bestand an einer dieser drei Stellen, was die Vor-Ort-Pr├╝fung best├Ątigte. Die bisherigen Ergebnisse best├Ątigen f├╝r die Leipziger die gew├Ąhlte Herangehensweise. ÔÇ×Die festgestellten kritischen Punkte wurden an empirisch nicht zu erkennenden, ├Ârtlich aber wiederum typischen Stellen vorgefunden und w├╝rden bei einem sofortigen Einsatz der 2,4 m-Fahrzeuge eine Betriebsgefahr und in der Konsequenz die Verhinderung der Zulassung bedeutenÔÇť, sagt Kretzschmar. Nutzwert der Laserscan-Aufnahmen

Bei der Pr├Ąsentation der Ergebnisse des Pilotprojektes wurden zus├Ątzlich von der GEO DIGITAL erzeugte Videoanimationen genutzt, die sich als besonders hilfreich erwiesen. ÔÇ×Letzt-endlich wurde durch alle Beteiligten der erhebliche Nutzwert der Laserscan-Aufnahme des Gesamtgleisnetzes, den individuellen softwareseitigen Auswertungsm├Âglichkeiten und den daraus kurzfristig ableitbaren Aussagen f├╝r die Umsetzung des Gesamtprojektes erkannt und auch best├ĄtigtÔÇť, so Kretzschmar. Aktuell k├Ânnen bereits erste Probedaten aus der M├Ąrz-Befahrung genutzt werden. Die vollst├Ąndigen Daten des Gesamtnetzes sollen in der zweiten Jahresh├Ąlfte zur Verf├╝gung stehen. Dann k├Ânnen sie auch f├╝r die Einf├╝hrung der neuen Fahrzeuggeneration nachhaltig genutzt werden. (sg)

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