Entwicklung der digitalen Schiene: KI-gestützte eingebettete Datenverarbeitung

Der Kunde wandte sich an uns mit dem Wunsch nach einer robusten und zukunftssicheren Embedded-Computing-Lösung für Bahnanwendungen. Ziel war es, die Effizienz, die Sicherheit und die Gesamtbetriebsleistung zu verbessern und gleichzeitig die Einhaltung der Bahnstandards zu gewährleisten. Die Entwicklung des On-Board-Computings hat eine Fülle von Möglichkeiten eröffnet, die zuvor nicht verfügbar waren, zahlreiche Herausforderungen der Branche gelöst und gleichzeitig die Betriebskosten gesenkt.

Die Bahnindustrie hat in den letzten Jahren einen Wandel durchlaufen, wobei Fortschritte in der Digitalisierung, Automatisierung und KI-gesteuerten Analytik eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Leistung spielen. Mit dem Ausbau der Schienennetze und der steigenden Nachfrage müssen die Betreiber sicherstellen, dass die Züge mit minimalen Ausfallzeiten in Betrieb bleiben und den Fahrgästen und Frachtkunden zuverlässige Dienstleistungen bieten. Der Kunde benötigte eine Lösung, die sich nahtlos in die bestehende Infrastruktur integrieren lässt und gleichzeitig eine zukünftige Skalierbarkeit ermöglicht.

Der Kunde suchte eine Lösung, die nicht nur eine hohe Leistung gewährleistet, sondern auch rauen Umgebungsbedingungen standhält, einschließlich extremer Temperaturen, Vibrationen und Stromschwankungen, wie sie bei Bahnanwendungen häufig auftreten. Ein ausfallsicheres Design mit redundanten Komponenten war notwendig, um einen konsistenten Betrieb aufrechtzuerhalten und mögliche Ausfälle zu vermeiden. Darüber hinaus war die Einhaltung der weltweiten Eisenbahnvorschriften und Cybersicherheitsstandards von größter Bedeutung, um die Datensicherheit und die sichere Kommunikation zwischen Zügen und Kontrollzentren zu gewährleisten.

The client’s requirements included a high-performance, rugged computing platform capable of handling real-time AI inferencing, seamless wireless communication, and high-speed data transfer while ensuring maximum uptime and reliability. To address these needs, the embedded computing solution had to support multiple high-speed connections, real-time diagnostics, and remote monitoring.

Key areas where on-board computers play a role:

• Safety enhancements
• Speed regulation
• Maintenance and diagnostics
• Security
• Passenger comfort and experience
• Route optimisation
• Communication and connectivity
• Environmental impact reduction
• Compliance and reporting
• Emergency response

On-board computers can utilise sensors and cameras to detect obstacles or other trains on the track, automatically applying brakes or taking corrective actions to prevent collisions. These same sensors can monitor the infrastructure for defects or obstructions, providing early warnings for maintenance teams. Additionally, speed monitoring ensures that trains operate within safe limits, and this data can be transmitted to a central control centre in real time.

By continuously collecting and transmitting real-time data on train performance, on-board computers facilitate predictive maintenance, reducing downtime and optimising operational scheduling. The ability to run self-diagnostics allows for quick fault detection and proactive troubleshooting.

Furthermore, fuel consumption is optimised by adjusting engine performance based on train load and terrain, contributing to both operational efficiency and environmental sustainability. By implementing AI-driven analytics, rail operators can leverage historical data to predict potential failures and mitigate disruptions before they occur. Additionally, predictive analytics enable precise scheduling, reducing delays and improving overall service reliability.

On-board surveillance ensures security by monitoring train interiors and exteriors, deterring unauthorised access, vandalism, or theft. In the event of an emergency, the system can trigger alerts, shut down power, or implement emergency protocols. For passengers, on-board computers regulate cabin temperature and lighting automatically, provide seamless entertainment options, and enable real-time travel updates via wireless connectivity. With automated passenger counting and crowd monitoring, operators can optimise capacity management and enhance the passenger experience.

To meet the client’s demands, the Vecow ECX-3200MX PEG was recommended, a high-performance embedded computing platform built for the rail industry. This system offers:

• Intel Core i9-13900E Processor (Raptor Lake-S) with Intel R680E PCH for advanced AI and inferencing.
• Remote Management Functionality, including Intel vPro, TCC, TSN, and TPM 2.0 for secure in-transit monitoring.
• Rugged, Rail-Optimized Design, meeting EN50155 and EN50121-3-2 certifications.
• PCIe x16 Expansion Slot supporting up to 200W power budget for a discrete GPU or AI accelerator.
• High-Speed Connectivity, with four independent 2.5-Gbit/s LAN interfaces, two 1-Gbit/s interfaces, and six USB 3.2 Gen 2 ports.
• Multiple Wireless & I/O Options, including PoE+ LAN video capture, three external SIM slots for 5G/Wi-Fi 6, and wide 12-50V DC input support.

The Vecow ECX-3200MX PEG was implemented successfully for the client, who operates in one of the world’s most modern rail networks in northeastern Asia. Its real-time AI capabilities, rugged design, and extensive connectivity options made it an ideal choice for digital rail transformation. This solution not only addressed the client’s current needs but also ensured scalability for future advancements in railway technology.

Neben den technischen Spezifikationen wurde das Vecow-System aufgrund seiner einfachen Integration und Anpassungsfähigkeit ausgewählt. Die Plattform unterstützt mehrere Videoeingänge und Echtzeit-Analysen, die eine KI-basierte Überwachung, Einbruchserkennung und Anomalieerkennung ermöglichen. Darüber hinaus sorgt das fortschrittliche Energieverwaltungssystem für eine gleichbleibende Leistung auch unter schwankenden Strombedingungen, was für Bahnanwendungen, bei denen Stromunterbrechungen zu Betriebsstörungen führen können, entscheidend ist.

Durch die Verwendung eines modularen Designs ermöglicht der Vecow ECX-3200MX PEG eine Erweiterung auf der Grundlage zukünftiger technologischer Fortschritte. Die Möglichkeit zur Aufrüstung von Speicher-, Speicher- und Verarbeitungsfunktionen stellt sicher, dass das System auch in den kommenden Jahren relevant bleibt und eine kosteneffiziente Lösung bietet, die die Investitionsrendite maximiert.

Bei der Auswahl einer eingebetteten Computerlösung für Bahnanwendungen ist es wichtig, mit einem Anbieter zusammenzuarbeiten, der Folgendes bietet

• Nachgewiesene Kompetenz bei Bahn-Computing-Lösungen
• Umfassende technische Unterstützung und Anpassungsmöglichkeiten
• Zukunftssichere, aufrüstbare Lösungen für langfristige Rentabilität

Embedded Computing ist das Herzstück moderner Bahnanwendungen. Der Kunde profitiert von einem sichereren, effizienteren und vernetzten Bahnsystem.

Der Einsatz fortschrittlicher Computertechnologien in Eisenbahnnetzen stellt einen großen Schritt nach vorn bei der Modernisierung der Verkehrsindustrie dar. Datenverarbeitung in Echtzeit, vorausschauende Wartung und KI-gesteuerte Analysen verbessern nicht nur die betriebliche Effizienz, sondern tragen auch zu mehr Sicherheit und Zufriedenheit der Fahrgäste bei. Darüber hinaus wird durch die Einhaltung von Industriestandards und -vorschriften sichergestellt, dass die eingesetzte Technologie die strengen Anforderungen der Bahnumgebung erfüllt.

Mit Blick auf die Zukunft wird eingebettetes Computing weiterhin eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Zukunft des Schienenverkehrs spielen. Mit der Weiterentwicklung von KI- und Automatisierungstechnologien werden Bahnbetreiber in der Lage sein, noch ausgefeiltere Tools für die Betriebsüberwachung, Energieeffizienz und Sicherheit zu nutzen. Durch Investitionen in zukunftssichere Lösungen wie den Vecow ECX-3200MX PEG können Schienennetze langfristige Nachhaltigkeit, erhöhte Zuverlässigkeit und ein nahtloses Fahrgasterlebnis gewährleisten.