Kostengünstige Plattformen wie der Raspberry Pi ermöglichen es, geosensorische Messsysteme einzusetzen und individuell an spezifische Fragestellungen anzupassen. Im Bereich des öffentlichen Personennahverkehrs spielen solche Messungen eine wichtige Rolle, da sie Aufschluss über den Zustand von Fahrzeugen, Gleisanlagen und den Fahrkomfort geben können.
Im Rahmen dieses Projekts wird ein mobiles Messsystem aufgebaut, das Vibrationen und somit mitunter den Fahrkomfort während der Fahrt mit S-Bahnen in Berlin erfasst und räumlich verortet. Der Fokus liegt dabei auf dem Vergleich zwischen den unterschiedlichen Baureihen BR 480, BR 481 (modernisiert) sowie BR 483/484. Durch die Kombination von bereitgestellter Sensorik sollen Unterschiede im Vibrationsverhalten analysiert, ausgewertet und visuell dargestellt werden.
Die Motivation für dieses Projekt liegt einerseits im eigenen Interesse, ob auch messbare Unterschiede zwischen den Baureihen zu erkennen sind, andererseits in der Anwendung von geosensorischen Messmethoden in Kombination mit der Datenverarbeitung. Durch den Einsatz eines Raspberry Pi 4 in Kombination mit einem Beschleuingungssensor und Global Navigation Satellite System (GNSS)-Empfänger wird ein vollständiger Messworkflow nach dem EVAP-Modell (Erfassung – Verwaltung – Analyse – Präsentation) dokumentiert.
Ausgehend von der technischen Umsetzung sowie der Datenerhebung ergibt sich folgende zentrale Fragestellung:
Inwiefern unterscheiden sich die geosensorisch erfassten Vibrationsmuster der Berliner S-Bahn-Baureihen BR 480, BR 481 (modernisiert) sowie BR 483/484? Lassen sich diese Unterschiede räumlich und statistisch nachvollziehbar visualisieren?
Das Messsystem basiert auf:
einem Raspberry Pi 4 mit Speicherkarte: Der Raspberry Pi dient als zentrale Recheneinheit des Messsystems. Mithilfe eines Python-Skripts werden die Messdaten der per USB angebundenen Sensoren erfasst, verarbeitet und als CSV-Datei abgespeichert. Aufgrund der kompakten Bauweise sowie der universellen Unterstützung für serielle Schnittstellen eignet sich der Raspberry Pi besonders für mobile geosensorische Anwendungen.
dem u-blox EVK-F9DR mit integriertem ZED-F9K-Modul: Das u-blox EVK-F9DR ist ein Evaluations- und Entwicklungsboard zur hochpräzisen GNSS-Navigation mit integrierter Dead-Reckoning-Funktionalität (Koppelnavigation). Es unterstützt den gleichzeitigen Empfang mehrerer GNSS-Systeme und ermöglicht in der Theorie eine zuverlässige Positionsbestimmung durch näherungsweise Ortsbestimmung aufgrund der Aufzeichnung der Fortbewegungsrichtung und -geschwindigkeit auch in GNSS-gestörten Umgebungen, wie z. B. in Tunneln. Das Board stellt die Schnittstelle zwischen den Sensoren und dem Raspberry Pi dar (Quelle und weitere Informationen: https://www.u-blox.com/en/product/evk-f9dr). Das ZED-F9K-Modul ist das zentrale GNSS- und IMU-Modul innerhalb des EVK-F9DR. Es liefert satellitengestützte Positionsdaten wie auch inertiale Messeinheiten (IMU) als Kombination von Translationssensoren und gyroskopischen Sensoren. Letztere und genauer die Beschleuingungssensordaten werden zur Erfassung von Vibrationen während der S-Bahn-Fahrten genutzt. Durch die Verknüpfung mit den Positionsdaten können die gemessenen Vibrationen räumlich eindeutig zugeordnet und für den Vergleich der verschiedenen Fahrzeugbaureihen ausgewertet werden.