Immer ein Ohr an der Schiene: Fiber Optic Sensing

– So funktioniert die Glasfasertechnik, die Schallwellen sichtbar macht.

„Wegen Gegenständen im Gleis ist die Strecke vorübergehend gesperrt.” Diese Meldung wird in Zukunft immer seltener zu hören sein, denn nach einer längeren Testphase von 2014 bis Mitte 2018 setzt die Deutsche Bahn nun auf ausgewählten Strecken ein faseroptisches Sensorsystem, das Fiber Optic Sensing, ein. Mit dessen Hilfe können Tiere im Gleis, Hangrutsch oder Kabeldiebstahl schneller entdeckt werden – um die Sicherheit und Qualität des Bahnbetriebes weiter zu verbessern.

Was ist Fiber Optic Sensing?

Glasfaserkabel sorgen für eine schnelle Übertragung von Daten, beispielsweise bei Internetleitungen. Die Öl- und Gasindustrie verwendet sie als Lichtwellenleiter schon länger zur Überwachung entlegener Pipelines. Eine ähnliche Einsatzmöglichkeit verfolgt die Deutsche Bahn. Glasfaserkabel liegen bereits entlang der Hälfte der Gleise und dienen als Kommunikationsleitungen für Leit- und Sicherungstechnik. Mit Fiber Optic Sensing kann die Bahn Glasfaserkabel auch zur verbesserten Überwachung und Instandhaltung des Schienennetzes nutzen.

Wie funktioniert Fiber Optic Sensing?

Das faseroptische Sensorsystem funktioniert wie ein Radar: Ausgesandte Lichtimpulse werden durch äußere Einwirkungen teilreflektiert. Diese Reflexionen lassen sich registrieren und interpretieren – die Bahn hat so quasi immer ein Ohr an der Schiene!

Mithilfe von Fiber Optic Sensing werden Gegenstände im Gleis rechtzeitig erkannt.

Mithilfe von Fiber Optic Sensing werden Gegenstände im Gleis rechtzeitig erkannt.

1Einwirkung: Ein vorbeifahrender Zug, Menschen, Tiere oder Gegenstände im Gleis, sogenannte akustische Quellen, lösen Schallwellen aus. Diese verursachen Mikrobiegungen des Lichtwellenleiters und damit charakteristische Reflexionen der ausgesandten Lichtimpulse.

2Übertragung: Durch das Senden von Lichtimpulsen und das Messen der Reflexion im Glasfaserkabel werden die Schallwellen für die Auswertung sichtbar gemacht.

3Auswertung: Eine spezielle Software vergleicht permanent eingehende Akustikdaten mit bekannten digitalen Fingerabdrücken und gibt in Echtzeit Auskunft über die aktuelle Geräuschquelle. Spezielle Filter helfen dabei, Typ, Position und Zeitpunkt zu bestimmen.

Nach dem Stand der aktuellen Technik kann mit einer Fiber Optic Sensing Anlage ein Bereich von 40 Kilometern überwacht werden. Ereignisse werden bis auf +- fünf Meter genau angezeigt.

Wo kommt die Technik zum Einsatz?

2014 wurde für eine erste Studie ein 33 Kilometer langes Testfeld auf der Strecke Fulda-Würzburg eingerichtet. Seit Dezember 2016 stehen fest installierte faseroptische Sensorsysteme an drei Standorten. Hier hat die Deutsche Bahn verschiedene Anwendungsszenarien getestet: In Berlin Wannsee wurde auf einer 13 km langen S-Bahnstrecke die zuverlässige Ortung von Kabeldiebstählen weiterentwickelt. Entlang der rechten Rheinstrecke standen Hangrutsch, Steinschlag und Flachstellen an Rädern von lauten Güterzügen im Vordergrund. Auf der Schnellfahrstrecke VDE 8.2 wurde die Position der Züge in Echtzeit verfolgt und der Oberbau überwacht (Gleisbetts und der Gleise).

Mitte 2018 wurden die Vorprojekte an diesen drei Standorten erfolgreich abgeschlossen. Im Westen Deutschlands und im Großraum Berlin wird Fiber Optic Sensing nun insbesondere mit Fokus auf die Ortung von Kabeldiebstahl im laufenden Betrieb erprobt. Daneben kooperiert die Bahn auf nationaler und internationaler Ebene mit Bahnbetreibern sowie Wissenschaftlichen Instituten, um den Mehrwert von Fiber Optic Sensing möglichst umfassend auszuschöpfen.

 

[Aktualisierung am 25.02.2019: Nach der Mitte 2018 abgeschlossenen Testphase wird Fiber Optic Sensing an drei Standorten im laufenden Betrieb erprobt.]