Herausforderungen der Bahninfrastruktur
Das überwachte Netz umfasste Brücken, Böschungen, Tunnel und offene Gleisabschnitte – alle mit unterschiedlichen mechanischen Belastungen, Wetterextremen und geologischen Bewegungen. Kabelbasierte Systeme waren aufgrund von Zugänglichkeit, Kosten und Sicherheitsanforderungen nicht praktikabel. Das Ziel war ein kabelloses, fernüberwachtes und skalierbares Zustandsmonitoring, das verwertbare Daten in Echtzeit liefert.
Kabelloses Netzwerk intelligenter Sensoren
Althen entwickelte ein vollständig integriertes Fernüberwachungssystem, bestehend aus Sensor-Knoten und Gateways, die ein sich selbst reparierendes, kabelloses Mesh-Netzwerk bildeten – ideal für anspruchsvolle Bahnumgebungen ohne Leitungsmöglichkeiten. Alle Messdaten wurden sicher an ein zentrales Dashboard übertragen und konnten optional über eine API in bestehende Wartungssysteme eingebunden werden.
Hardware und Messsysteme
Das System umfasste unter anderem:
BM-Y1-C1 & BM-Y1-C4 Analoge Nodes
- 24-Bit Low-Noise ADC
- Mesh-Netzwerk mit 50 Nodes
- Sensorstromversorgung: 5V, 12V, 24V
BM-X drahtloser Neigungssensor
- ±15° 2-Achsen MEMS-Inklinometer
- Mesh-Netzwerk mit bis zu 5 km Reichweite
- Robustes IP67-Gehäuse aus Aluminium
BM-Z Industrielles IoT-Gateway
- Mesh-Reichweite bis zu 5 km
- Sicherer 4G- und WiFi-Datentransfer
- IP67 & -40 °C bis +80 °C Betrieb
Messgrößen und Echtzeit-Monitoring
Die kompakten, batteriebetriebenen Knoten wurden an Hängen, Brückenbögen und den Gleisen selbst installiert, ohne den Zugverkehr zu beeinträchtigen. Jeder Sensorknoten wurde je nach Risikostufe an diesem Standort für eine individuelle Abtastrate (von 5 Minuten bis zu einer Stunde) konfiguriert. Robuste IP67-Gehäuse und optionale Solarmodule sorgten für einen zuverlässigen Betrieb rund um die Uhr auch bei widrigen Wetterbedingungen.
Fernüberwachungslösung
Dieses System automatisiert den gesamten Prozess und liefert Echtzeitdaten zu zentralen Parametern wie Last, Spannung, Neigung und Verschiebung:
01. Überwachung des Gesamtdrucks:
BM-Y1-C1 (1-Kanal) Nodes automatisieren die Überwachung einer Druckmesszelle, die den gesamten Erddruck unter der Straße erfasst.
02. Mesh:
Das patentierte drahtlose MESH-Netzwerk mit großer Reichweite verbindet die Nodes mit dem Gateway. Das selbstheilende Netzwerk erhöht die Übertragungszuverlässigkeit. Die Fähigkeit zum „Hopping“ verbessert die Stabilität in komplexen Umgebungen erheblich und ermöglicht bei Bedarf eine größere Gesamtreichweite. Das System ist hochflexibel und skalierbar.
03. Überwachung der Verformung des Brückenbogens:
BM-Y1-C4 (4-Kanal) Nodes automatisieren die Überwachung eines mehrpunktigen In-Line-Extensometers, das vertikale und horizontale Verformungen am Brückenbogen misst.
04. Überwachung von Spannungsänderungen:
BM-Y3-C8 (8-Kanal) Nodes automatisieren die Überwachung eines Schwingdraht-Spannungsmessers im Brückenbogen.
05. Gateway:
Das BM-Z empfängt Sensordaten von den Nodes innerhalb des Netzwerks. Die auf dem Gateway laufende Software dient zur Konfiguration und Projektverwaltung. Zudem können Daten per FTP/API an einen ausgewählten Server und/oder an eine Software Ihrer Wahl übertragen werden.
06. Nodes:
Jeder batteriebetriebene Node erfasst Daten von mehreren Sensoren und überträgt diese drahtlos über das Mesh-Netzwerk an das Gateway.
07. Erkennung von Steinschlag:
BM-Y3-C8 (8-Kanal) Nodes überwachen Steinschlag am Hang über ein angeschlossenes, vibrationsaktiviertes Steinschlag-Erkennungssystem.
08. Überwachung der Hangstabilität:
BM-X Nodes können zur Überwachung der Hangstabilität entlang und im Umfeld der Bahnstrecke eingesetzt werden.
09. Hangzustandsüberwachung – Verschiebung:
BM-Y1-C1 (1-Kanal) und BM-Y1-C4 (4-Kanal) Nodes ermöglichen die Echtzeitüberwachung von Verschiebungssensoren zur Sicherstellung der Hangstabilität.
10. Überwachung von Untergrundsetzungen:
Tiefenabhängige horizontale Verschiebungen des Untergrunds infolge von Instabilität und/oder Diskontinuitäten können mit einer Kette fest installierter Inklinometer erfasst werden, die an BM-Y4 Nodes angeschlossen sind.
11. Überwachung von Bodensetzungen:
BM-Y1-C4 (4-Kanal) Nodes automatisieren die Überwachung eines Mehrpunkt-Bohrloch-Extensometers (MPBX), das vertikale Verformungen in verschiedenen Tiefen misst.
12. Überwachung des Porenwasserdrucks:
Piezometer zur Messung des Porenwasserdrucks im Untergrund werden in Echtzeit mit BM-Y2-C1 (1-Kanal) und BM-Y3-C8 (8-Kanal) Nodes überwacht.
13. Gleisüberwachung:
Drahtlose Neigungssensoren (BM-X Nodes) erfassen den Gleiszustand, einschließlich Überhöhung, Verwindung und Höhenabweichungen.
14. Überwachung von Setzungen und lateralen Verschiebungen:
Setzungen und laterale Hangverschiebungen werden mit digitalen In-Place-Inklinometern (IPI), MPBX, Extensometern oder SAAs führender Hersteller in Echtzeit über BM-Y4 Nodes überwacht.
Was die Daten aufzeigten – und verhinderten
Dank Echtzeit-Alarmen und Trendanalysen konnte das Bahnbetreiberteam frühzeitig präventive Maßnahmen ergreifen und so eine kostspielige Störung durch Hanginstabilität in der Nähe eines Pendlerknotenpunkts vermeiden. Bereits nach wenigen Wochen lieferte das System klare Erkenntnisse zu:
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Trends zur Hangstabilität.weisen auf potenzielle Erdrutschgebiete hin.
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Brückenbogenverschiebungwährend der Frost-Tau-Periode.
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Änderungen der Gleisüberhöhung und -verdrehungdie zu Geschwindigkeitsbeschränkungen führen könnten.
Althen Sensors & Controls als zuverlässiger Partner
Was uns auszeichnete, war nicht nur die Technologie. Es war das komplette Support-Paket:
- End-to-End-Projektabwicklung
- Lokale Schulungen und Fernsupport
- Integration mit älteren Instrumenten
- Skalierbares Design für zukünftige Erweiterungen
Mit einem einzigen Ansprechpartner und umfangreicher Erfahrung in der geotechnischen und strukturellen Überwachung haben wir uns als zuverlässiger, langfristiger Partner bewährt.
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