In den letzten Jahrzehnten haben sich Eisenbahnen von traditionellen mechanischen Transportsystemen zu komplexen, datengesteuerten Plattformen entwickelt. Angetrieben durch die rasante Urbanisierung, steigende Fahrgasterwartungen, strenge Sicherheitsvorschriften und ambitionierte Dekarbonisierungsziele beschleunigen Eisenbahnbetreiber ihre digitale Transformation, um sicherere, effizientere und intelligentere Bahndienstleistungen anzubieten.

Dieser Übergang erfordert mehr als nur intelligente Software- und Hardwareintegration oder schnellere Netzwerke. Er verlangt nach industrietauglicher Computertechnik, die in der Lage ist, KI-Verarbeitung mit geringer Latenz am Netzwerkrand – sowohl an Bord als auch in Kontrollzentren – zu ermöglichen und gleichzeitig eine nahtlose Zug-Boden-Kommunikation (T2G) sowie einen zuverlässigen Betrieb selbst unter härtesten Bedingungen zu gewährleisten.

Der zunehmende Einsatz von KI im Eisenbahnbetrieb

Eisenbahnbetreiber in Europa, Nordamerika und Ostasien setzen zunehmend auf KI, um die betriebliche Effizienz, Genauigkeit und das Reiseerlebnis zu verbessern. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:

• Hinderniserkennung im Schienenverkehr: In Nordeuropa erkennt eine Kombination aus KI und LiDAR Fremdkörper auf den Gleisen, von umgestürzten Bäumen bis hin zu Wildtieren. Die Echtzeit-Bilderkennung liefert sofortige Warnmeldungen und ermöglicht es den Bordsystemen, proaktive Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen.

• Vorausschauende Wartung: In Großbritannien nutzen Sensoren entlang der Gleise KI, um den Zustand der Anlagen zu überwachen. Durch die Vorhersage potenzieller Ausfälle können Betreiber Wartungsarbeiten proaktiv planen, Ausfallzeiten minimieren und einen reibungslosen Betrieb gewährleisten.

• Pünktlichkeitsoptimierung: In Japan analysieren KI-Algorithmen historische Leistungsdaten, Fahrgastaufkommen und Echtzeit-Verkehrsdaten, um Fahrpläne zu optimieren. Diese dynamische Anpassung reduziert Verspätungen und verbessert die Fahrplangenauigkeit deutlich.

Von der Cloud bis zum Edge: Die Herausforderungen realer KI im Eisenbahnwesen

Mit dem Übergang von KI aus der Cloud zu Onboard-Anwendungen steigt der Hardwarebedarf über reine Rechenleistung hinaus. Der Einsatz von KI in Hochgeschwindigkeitszügen erfordert die Überbrückung der Kluft zwischen kontrollierten Laborbedingungen und der dynamischen Umgebung im Schienenverkehr.

1. Kommerzielle vs. Eisenbahn-Hardware
   Kommerzielle KI-Hardware arbeitet typischerweise in temperaturkontrollierten Rechenzentren mit stabiler Stromversorgung. Anwendungen im Bahnbereich sind jedoch geschäftskritisch und erfordern höchste Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Anders als kommerzielle Systeme, die Ausfallzeiten tolerieren, muss die Bord-KI jahrzehntelangen, ständigen Vibrationen, extremen Temperaturschwankungen und instabilen Stromversorgungen standhalten.

2. Technische Hindernisse für den KI-Einsatz
   Der Einsatz von Hochleistungs-KI im Bahnbereich erfordert die Überwindung erheblicher physikalischer und umweltbedingter Einschränkungen:
   • Thermische und SWaP-Beschränkungen (Größe, Gewicht und Leistungsaufnahme): KI-Verarbeitung erfordert leistungsstarke GPUs, die erhebliche Wärme erzeugen. In beengten, staubigen Zugumgebungen ist eine lüfterbasierte Kühlung oft unpraktisch. Die Wärmeableitung in einem lüfterlosen Gehäuse stellt eine große technische Herausforderung dar.
   • Starke Vibrationen und Stöße: Ständige Bewegungen und plötzliche Stöße beim Bremsen oder in Kurven können Metallkontakte lockern oder herkömmliche Speicherlaufwerke beschädigen.
   • Komplexe elektromagnetische und Stromversorgungsumgebungen: Zugantriebssysteme erzeugen massive Spannungsspitzen. Ohne robuste Stromisolierung und Schutzmaßnahmen sind empfindliche KI-Chips einem hohen Ausfallrisiko ausgesetzt.

Neudefinition von Bord-KI durch “extrem robustes” Design

Mit über 25 Jahren Erfahrung im Bereich der Bahn-Computertechnik begegnet ADLINK diesen Herausforderungen durch eine ganzheitliche Software-Hardware-Integrationsstrategie:

• Fortschrittliche lüfterlose Wärmetechnik: ADLINK integriert erfolgreich Hochleistungs-NVIDIA-GPUs und Intel-Prozessoren in lüfterlose Gehäuse und gewährleistet so einen Betrieb mit voller Geschwindigkeit auch in Umgebungen ohne Luftstrom.

• Einhaltung internationaler Bahnnormen: Die Produkte sind streng nach den Normen EN 50155, EN 45545 (Brand- und Rauchschutz) und EN 61373 (Vibrations- und Stoßfestigkeit) konstruiert. Der Einsatz robuster M12-Steckverbinder gewährleistet eine absolut zuverlässige Signalübertragung auch unter starken Vibrationsbedingungen.

• Heterogenes Computing und modulare Flexibilität: Durch die Nutzung heterogener Architekturen (CPU + GPU) für Aufgaben mit geringer Latenz und modularer Designs wie CompactPCI können Betreiber Systeme flexibel konfigurieren, um regionale Vorschriften oder zukünftige Upgrades (z. B. 5G oder Wi-Fi 6) zu erfüllen und so langfristige Wartung und Kompatibilität zu gewährleisten.

Robuste KI-Plattformen für intelligente Eisenbahnen

ADLINK bietet ein umfassendes Portfolio an bahnzertifizierten Modulen und Plattformen, um den sich wandelnden KI-Anforderungen der Branche gerecht zu werden und die Leistungsfähigkeit vom Kontrollzentrum bis zum taktischen Einsatzgebiet zu erweitern:

AVA-7200: Lüfterlose Onboard-KI-Computing-Plattform: Die speziell für intelligente Schienenverkehrssysteme entwickelte AVA-7200 integriert leistungsstarke NVIDIA®-GPUs und Intel®-Prozessoren der 13. Generation. Diese EN 50155-zertifizierte Plattform bietet die erforderliche Rechenleistung für die LiDAR-basierte Hinderniserkennung und Echtzeit-Sicherheitswarnungen auch bei extremen Temperaturen. (Mehr erfahren über AVA-7200)

AVA-1000: 5G Train-to-Ground (T2G) Gateway: Als wichtige Verbindung zwischen Zug und Bahninfrastruktur bietet dieses Gateway skalierbare Intel- oder ARM-Prozessoroptionen. Es unterstützt 5G/Wi-Fi 6 mit bis zu vier SIM-Karten und gewährleistet so einen unterbrechungsfreien Datenfluss für die T2G-Kommunikation und Fahrgastinformationssysteme (PIDS). (Mehr erfahren über AVA-1000)

CompactPCI- und CompactPCI-Seriellmodule
Das komplette Sortiment an 3U/6U-Blade-Servern, Netzteilen und Peripheriekarten ist für den Betrieb in einem breiten Temperaturbereich (-40 °C bis +85 °C) ausgelegt. Ihre hohe Skalierbarkeit und redundante Bauweise erfüllen die strengen Anforderungen von Bahnleitstellen. (Mehr erfahren über CompactPCI-Lösung)

Fahrgastinformationssysteme (PIDS)
Die ARD-Serie bietet Echtzeit-Updates zu Bahnhöfen, Ankunftszeiten und Notfallwarnungen. Entwickelt in Zusammenarbeit mit AUO für fortschrittliche Displaytechnologie, zeichnen sich diese EN 50155-konformen Systeme durch hervorragende Sichtbarkeit, Langlebigkeit und IP-geschützte Reihenschaltung für eine vereinfachte Installation aus. (Mehr erfahren über PIDS-Lösung)

Fazit

ADLINK ist weiterhin führend im Bereich intelligenter Bahnsysteme und bietet robuste Edge-KI-Plattformen und Kommunikationslösungen, die KI direkt in Bordanwendungen integrieren. Von der Hinderniserkennung bis hin zu synchronisierten Fahrgastinformationen unterstützt ADLINK globale Bahnbetreiber beim Aufbau einer intelligenteren, sichereren und zuverlässigeren Zukunft des Transportwesens.

Weitere Informationen finden Sie unter ADLINK-Seite für Bahnlösungen.