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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung von Zügen
in einem Schienennetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
ein das Verfahren durchführendes System und eine Zentrale
dafür nach dem Oberbegriff eines der nebengeordneten Ansprüche.
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Die
Lokalisierung von Zügen ist an sich bekannt und wird durch
den jeweiligen Betreiber des Schienennetzes mittels eigener Netzsysteme
durchgeführt. Dazu wird z. B. ein wie in der
DE4235105 A1 beschriebenes
Verfahren verwendet, bei dem über ein leitungsgebundenes
Netzwerk eine sog. Linien-Zugbeeinflussung erfolgt. Die Zugbeeinflussung und
Lokalisierung kann auch über Funknetze der Betreiber durchgeführt
werden, wobei dann von der sog. Funk-Zugbeeinflussung gesprochen
wird.
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Die
Betreiber von Schienennetzen, wie z. B. die Deutsche Bahn AG, verwenden
diese Verfahren und Systeme, um insbesondere aus Sicherheitsgründen
die Aufenthaltsorte der Züge zu detektieren. Die Informationen über
die Aufenthaltsorte bzw. die Lokalisierung der Züge wird
aber auch dazu verwendet, die Kunden über die Planmäßigkeit
der Züge zu informieren, z. B. durch Lautsprecheransagen
am Bahnsteig oder durch aktualisierte Ankunft-/Abfahrtspläne im
Internet. Hierbei besteht aber ein Interessenskonflikt des Betreibers:
Zum einen möchte er sicherlich seine Kunden umfassend informieren,
zum anderen möchte er sich aber möglichst positiv
darstellen und gibt deshalb nur bedingt Auskunft über auftretende Zugverspätungen.
Der Kunde ist also auf die Auskunftsdienste des Schienennetz- bzw.
Bahn-Betreibers angewiesen. Wünschenswert wäre
die Möglichkeit für eine vom Betreiber unabhängigen
Lokalisierung und Überwachung des Schienenverkehrs, aus der
sich Aussagen über die Planmäßigkeit
der Züge gewinnen ließe.
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Im
Bereich des Straßenverkehrs gibt es bereits technische
Vorschläge, die eine Lokalisierung von Fahrzeugen ermöglichen.
Dabei wird auch auf bestehende Mobilfunknetze zurückgegriffen.
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In
der
DE 102 25 033
A1 wird z. B. ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem
Mobilfunksystem für jeweils einen Aufenthaltsbereich, der
sog. Location Area, eine Auswertung von kollektiv erfassten Daten
in Form von Location Updates erfolgt (s. dort u. a. Anspruch 1).
Durch eine Geo-Referenzierung werden konkrete Streckenabschnitte
den Aufenthaltbereichen zugeordnet und anschließend werden
die beim Location Update erfassten Daten mit Zeitmarken versehen.
Das Problem der Lokalisierung und Verfolgung von Zügen
wird dort nicht behandelt.
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In
der
DE 103 33 793
A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem auf Funkzellen-Ebene
individuelle Daten einzelner Mobilfunkgeräte ausgewertet werden,
um Anzahl und/oder Geschwindigkeit der sich in den einzelnen Funkzellen
bewegenden Mobilfunkgeräte zu ermitteln. Außerdem
werden auch Anzahl der sich nicht bewegenden Mobilfunkgeräte
ermittelt und mit den vorigen Daten verglichen, um eine Verkehrsinformation
zu generieren (s. dort u. a. Anspruch 1). Auch hier wird das Problem
der Lokalisierung von Zügen nicht behandelt.
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In
der
EP 17 42 190 A2 wird
ein Verfahren beschrieben, bei dem für einen mehrere Funkzellen umfassenden
Bereich die Daten erhoben und ausgewertet werden (s. dort u. a.
Zusammenfassung). Hierzu wird beim Eintritt jeweils eines Mobilfunkgerätes
in den Bereich die Identifikation der ersten Funkzelle dieses Bereiches
erhoben und mit einem Zeitstempel versehen. Wenn dann beim Wechsel
in einen nächsten Bereich werden dort auch die entsprechenden Daten
erhoben werden, so kann aus dem Vergleich der Daten eine Reisezeit
ermittelt werden. Allerdings wird auch hier das Problem der Lokalisierung
von Zügen nicht behandelt.
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Die
vorliegende Erfindung sich aber mit der Fragestellung, wie aus Mobilfunkdaten
Züge betreiberunabhängig lokalisiert sowie über
das Schienennetz verfolgt und hieraus Informationen über
die Planmäßigkeit der Züge gewonnen werden
kann.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Lokalisierung von Zügen in einem Schienennetz sowie ein
System und eine Zentrale dafür vorzustellen, die in vorteilhafter
Weise für einen vom Schienennetz- oder Bahn-Betreiber unabhängigen
Einsatz geeignet sind.
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Insbesondere
soll ein Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen werden, die zur
Lokalisierung von Zügen in einem Schienennetz, das im Versorgungsbereich
eines zellulären Mobilfunksystems liegt, in dem Mobilfunkgeräte
eingebucht sind, geeignet sind, wobei sich zumindest ein Teil der
Mobilfunkgeräte in den Zügen befindet, die sich
durch räumliche Bereiche des Mobilfunksystems entlang mindestens
eines Schienenweges bewegen.
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Um
die obige Aufgabe zu erzielen, stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren vor, bei dem für benachbarte räumliche
Bereiche, zu denen mindestens ein Schienenweg zuordnenbar ist, kollektive
Daten erfasst werden, die für eingebuchte Mobilfunkgeräte
Wechselzeitpunkte für Wechsel zwischen den benachbarten
räumlichen Bereichen anzeigen; und bei dem mittels Auswertung
der kollektiven Daten für mehrere eingebuchte Mobilfunkgeräte
gemeinsame Wechselzeitpunkte ermittelt und als zuordnenbar zu Zügen
erkannt werden, die auf dem mindestens einen Schienenweg verkehren,
wobei mittels Vergleich der gemeinsamen Wechselzeitpunkte mit planmäßigen
Wechselzeitpunkten, die z. B. durch Fahrplandaten und/oder statistischer
Auswertung der kollektiven Daten gewonnen werden können,
für verkehrende Züge der jeweilige gemeinsame
Wechselzeitpunkt einem Zug zugeordnet wird, um den Zug im Schienennetz
zu identifizieren und zu lokalisieren.
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Demnach
können die bereits im Mobilfunksystem implementierten Abläufe
zur Verfolgung von Mobilfunkgeräten, wie z. B. das sog.
Location Update, genutzt werden, um Züge betreiberunabhängig zu
lokalisieren. Werden Bereiche betrachtet, die Bahnhöfe
abdecken, so kann die Bestimmung der planmäßigen
Wechselzeiten bereits durch Zugriff auf die üblichen Fahrplandaten
erfolgen, der z. B. leicht über Abfragen von den im Internet
und/oder auf CD-ROM abgelegten Fahrplänen, realisiert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich dazu können insbesondere
für beliebige Streckenabschnitte die planmäßigen
Wechselzeitpunkte durch statistische Auswertung der dort erhobenen
kollektiven Daten ermittelt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lokalisierung und Verfolgung
von Zügen wird durch ein vom Betreiber des Schienennetzes
unabhängig arbeitendes System ermöglicht und kann
somit jederzeit und ohne Einschränkung genutzt und den
Kunden zur Verfügung gestellt werden. Die Lokalisierung
und Verfolgung von Zügen kann der Kunde beispielsweise über einen
entsprechenden mobilen und vorzugsweise internetgestützten
Datendienst nutzen und kann sich somit über den aktuellen
Aufenthaltsort sowie über evtl. Verspätungen von
Zügen informieren lassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird also bevorzugt
innerhalb eines Mobilfunksystems durch Auswertungen von Mobilfunksignalen
bzw. -daten realisiert, die von Mobilfunkgeräten erfasst
werden, welche sich in Zügen befinden und welche somit durch
den räumlichen Bereich bewegt werden. Das Verfahren ist
hier bestens dafür geeignet, auf der Basis von netzseitig
erfassten Mobilfunkdaten zeitnah die gehäufte Bewegung
und/oder den Aufenthalt von vielen Mobilfunkgeräten im
Versorgungsbereich von Schienennetzen zu erkennen und somit die
Lokalisierung von Zügen durchzuführen. Die kollektiv
erfassten Signale sind also Mobilfunksignale von in den Zügen
befindlichen Mobilfunkgeräten, wobei die Signale zentral
erfasst und ausgewertet werden. Durch die Auswertung von diesen
bereits vorhandenen und zahlreich erfassbaren Signalen wird eine
ausreichend große Datenbasis geschaffen, die eine fundierte
Lokalisierung und Verfolgung eines einzelnen Zuges ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist das Verfahren so ausgestaltet, dass jeder gemeinsame Wechselzeitpunkt
für mehrere Mobilfunkgeräte den zeitgleichen Eintritt
in und/oder den zeitgleichen Austritt aus dem jeweiligen räumlichen
Bereich angibt.
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Zumindest
für räumliche Bereiche, die Bahnhöfe
abdecken, können die planmäßigen Wechselzeitpunkte
leicht aus Fahrplandaten eines Bahnbetreibers abgeleitet werden.
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Zumindest
für räumliche Bereiche, die keine Bahnhöfe,
sondern beliebige Streckenabschnitte, abdecken, werden die planmäßigen
Wechselzeitpunkte bevorzugt durch eine mehrmals, insbesondere tageweise,
wiederholte Auswertung der kollektiven Daten ermittelt, wobei erkannt
wird, ob gemeinsame Wechselzeitpunkte auch planmäßige
Wechselzeitpunkte repräsentieren.
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Zumindest
für Streckenabschnitte auf denen mehrere Züge
zeitnah verkehren werden über mehrere benachbarte räumliche
Bereiche die kollektiven Daten, die als einem Zug zuordnenbar erkannt
werden, für eine zeitliche und räumliche Verfolgung
der Züge ausgewertet.
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Bevorzugt
wird jeweils ein aktuell ermittelter gemeinsamer Wechselzeitpunkt
mit mindestens einem planmäßigen Wechselzeitpunkt
verglichen, um eine Abweichung festzustellen, die eine Verspätung eines
Zuges anzeigt, dem der planmäßige Wechselzeitpunkt
zuordnenbar ist.
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Vorzugsweise
werden aus den kollektiven Daten oder aus den daraus ermittelten
Wechselzeitpunkten kollektive Reisezeiten bestimmt, die jeweils die
Durchfahrtsdauer eines Zuges durch den räumlichen Bereich
angeben. Dabei ist es von Vorteil, wenn mittels der kollektiven
Reisezeiten verschiedene Arten von Zügen erkannt werden,
um aus den Wechselzeitpunkten mehrerer eingebuchter Mobilfunkgeräte die
gemeinsamen Wechselzeitpunkte zu ermitteln und den Zügen
zuzuordnen.
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Diese
und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
auch aus den Unteransprüchen.
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Demnach
ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße
Verfahren auch zumindest einen der folgenden optionalen zusätzlichen
Schritte umfasst:
- – Zuordnung der
kollektiven Daten zu Zügen anhand von Kennungen einzelner
Mobilfunkgeräte;
- – Verfolgung von Zügen anhand von Kennungen einzelner
Mobilfunkgeräte;
- – zur Identifizierung von Zügen Vergleich
der Wechselzeitpunkte mit planmäßigen Wechselzeitpunkten,
die für den jeweiligen Bereich gelten, wobei der jeweilige
Bereich einen beliebigen Streckenabschnitt oder einen Bahnhof abdeckt;
- – über mehrere Tage wiederholte Analyse (Offline)
der Wechselzeitpunkte zur Bestimmung von planmäßigen
Wechselzeitpunkten, die auch für Bereiche gelten, die keinen
Bahnhof abdecken;
- – Identifizierung von Fahrstrecken von Zügen
mittels Vergleich der für mehrere Bereiche aktuell ermittelten
Wechselzeitpunkten mit planmäßigen Wechselzeitpunkten.
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Die
kollektiven Daten können mittels einer, insbesondere statistischen,
Auswertung von Eintritts- und Austrittszeitpunkten bestimmt werden,
die den Eintritt in den Bereich bzw. den Austritt aus dem Bereich
der aktiven und nichtaktiven Mobilfunkgeräte anzeigen.
Dies erfolgt vorzugsweise im Zusammenhang mit dem an sich im Mobilfunksystem
durchgeführten Location-Update-Verfahren.
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Um
die Lokalisierung noch genauer durchführen zu können,
kann mittels einer Auswertung von individuellen Daten, die die Präsenz
einzelner aktiver Mobilfunkgeräte in Unterbereichen des
räumlichen Bereichs anzeigen, eine Lokalisierung des Zuges
in einem einzelnen Unterbereich durchgeführt werden. Dabei
entspricht der räumliche Bereich einem Funkversorgungsbereich
des zellulären Mobilfunksystems und die Unterbereiche sind
einzelne oder mehrere Funkzellen dieses Funkversorgungsbereiches.
In diesem Zusammenhang können dann die individuellen Daten
z. B. mittels einer Auswertung von Daten für einen Funkwechsel
zwischen den Funkzellen bezüglich des Eintritts- und/oder
Austritts der aktiven Mobilfunkgeräte ermittelt werden.
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Außerdem
kann die Auswertung der individuellen Daten durch zusätzliche
Daten oder Angaben über die Sende- und/oder Empfangsfeldstärke von
Mobilfunksignalen ergänzt werden, um eine noch genauere
Lokalisierung des Zuges innerhalb eines Unterbereichs, also z. B.
innerhalb einer Funkzelle, durchführen zu können.
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Im
folgenden werden nun die Erfindung und die sich daraus ergebenden
Vorteile im Detail anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben,
wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
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1 zeigt
in schematischer Darstellung zwei angrenzende Funkversorgungsbereiche
(Location Areas), durch die ein Schienenweg führt und in denen
das Verfahren durchgeführt wird;
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2 zeigt
in vereinfachter Darstellung die Ergebnisse aus einer zeitlichen
Beobachtung bzw. Überwachung der kollektiven Reisezeiten
innerhalb eines der beiden des Funkversorgungsbereiche;
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3 zeigt
entsprechende Ergebnisse aus einer tageweise wiederholten Beobachtung
bzw. Überwachung der kollektiven Reisezeiten;
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4 zeigt
in ihre Funkzellen unterteilte Funkversorgungsbereiche, durch die
zwei Schienenwege führen;
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes
Verfahren.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Gebietsausschnitt mit zwei räumlichen
Bereichen LA1 und LA2, die jeweils einem Funkversorgungsbereich
(Location Area) eines zellulären Mobilfunknetzes entsprechen,
auf welche das Verfahren exemplarisch angewendet wird. Jeder Bereich
LA1 oder LA2 umfasst mehrere Funkzellen und wird von einem Schienenweg
W durchzogen, auf dem verschiedene Züge Z, wie z. B. S-Bahnen
des Nahverkehrs als auch ICE-Fernverkehrszüge, verkehren. Die
Ein- und Austrittszeitpunkte werden dabei von allen Mobilfunkgeräten
erfasst. Ein Wechsel von einem Bereich zum anderen wird von allen
Mobilfunkgeräten gemeldet (schwarze Kreise) und als kollektive Daten
erfasst. Die einzelnen Funkzellenwechsel mit weitergehenden Informationen
bzw. individuellen Daten werden nur für aktive Endgeräte
erfasst (offene Quadrate). Erfindungsgemäß kann
bereits anhand der kollektiven Daten eine erste Lokalisierung eines Zuges
durchgeführt werden, indem durch Datenauswertung gemeinsame
Wechselzeitpunkte ermittelt werden, die durch Abgleich mit Fahrplandaten
den einzelnen Zügen zugeordnet werden können.
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Die 2 zeigt
für den in 1 gezeigten Funkversorgungsbereich
LA1 in vereinfachter Darstellung die Ergebnisse aus einer sich über
einen Vormittag erstreckenden zeitlichen Beobachtung bzw. Überwachung
der kollektiven Daten bzw. Rohdaten RDT und der sich ergebenden
Häufungen von Wechselzeitpunkten als auch von kollektiven
Reisezeiten zu verschiedenen Tageszeiten. Auf der Ordinate des Diagramms
ist die Reisezeit TR aufgetragen, die als Differenz zwischen Austritts-
und Eintrittszeit definiert ist und die Aufenthaltsdauer eines Mobilfunkgerätes
angibt. Diese entspricht der Durchfahrtsdauer eines Zuge, wenn das
jeweilige Mobilfunkgerät sich in diesem Zug befindet. Auf
der Abszisse ist die Austrittszeit TA im Beobachtungszeitraum zwischen
5 Uhr morgens und 12 Uhr Mittags aufgetragen. Die jeweils im Rahmen
eines Location Updates erfassten Rohdaten RDT jedes einzelnen Mobilfunkgerätes
sind als Messpunkte dargestellt. Die Daten RDT bilden Häufungen,
die einzelnen Zügen entsprechen. Diese sind als offene
Quadrate an der Position der mittleren Reisezeit und Austrittszeit dargestellt.
Als zusätzliche Angabe könnte noch die Anzahl
der zu den Häufungen gehörenden Einzeldaten angegeben
werden. Erkennbar ist, dass es Bandbereiche gibt, in denen sich
die erfassten Daten jeweils um eine typische Reisezeit häufen,
wie z. B. um die Reisezeit TRu oder TRv. Jeder Bandbereich entspricht
einer Klasse von Zügen. Hier wird beispielsweise eine Klasse
von Zügen mit einer typischen kollektiven Reisezeit von
ca. 240 Sekunden, also 4 Minuten, erkannt. Die kollektive Reisezeit
TRv gehört hierzu und gibt z. B. einen schnell fahrenden
Fernzug an. Eine weitere Klasse weist eine typische kollektive Reisezeit
von ca. 420 Sekunden, also 7 Minuten, auf. Die kollektive Reisezeit
TRu gehört hierzu und gibt z. B. einen langsamer fahrenden
Nahverkehrszug an.
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Einzelne
Messdaten, die weit entfernt von diesen statistischen Häufungen
bzw. außerhalb der Bänder liegen, können
keiner entsprechenden kollektiven Reisezeit zugeordnet werden. Diese
Streudaten stammen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit von Mobilfunkgeräten,
die sich nicht in einem Zug befinden, und werden deshalb ignoriert.
Die hier ausgewerteten Rohdaten werden als kollektive Daten RDT beschrieben,
um auszudrücken, dass sie kollektiv, z. B. im Rahmen des
sog. Location Updates, erfasst werden können. Wie anhand
der 2 veranschaulicht wird, können die kollektiven
Daten RDT auch anzeigen, ob evtl. mehrere Mobilfunkgeräte
kollektiv, d. h. gleichzeitig oder sehr zeitnah, zwischen Funkversorgungsbereich
wechseln, was insbesondere bei Zügen der Fall ist. Denn
nicht selten befinden sich in Zügen mehrere eingebuchte
Mobilfunkgeräte (in Fernzügen durchaus 40 und
mehr), für die quasi gleichzeitig ein Wechsel zwischen
benachbarten Funkversorgungsbereichen erfolgt.
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Bereits
durch Auswertung der kollektiven Daten RDT kann erkannt werden,
zu welchen Zeiten Züge im beobachteten Bereich verkehren.
Anhand der kollektiven Reisezeiten TR kann zudem erkannt werden,
ob der jeweilige Zug wahrscheinlich ein schneller oder langsamer
Zug ist. Beispielsweise zeigt die Datenhäufung beim Austrittszeitpunkt
TAu an, dass dort so um etwa 9:40 Uhr ein eher langsamer Zug Zu
mit einer Reisezeit von etwa TRu = 400 sec zu beobachten ist. Beim
Austrittszeitpunkt TAv, der bei 10:00 Uhr liegt, wird ein eher schneller
Zug Zv mit einer Reisezeit von etwa TRv = 230 sec beobachtet.
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Um
die Züge konkret zu identifizieren, können die
Daten mit Fahrplandaten abgeglichen werden, so dass jeweils ein
bestimmter Zug lokalisiert werden kann. Dabei befindet sich der
Funkversorgungsbereich z. B. an einem Bahnhof, für den
die Fahrplandaten vorliegen. Die erfassten Wechsel- bzw. Austrittszeitpunkte
TA werden dann mit den dortigen Abfahr- und/oder Ankunfts-Fahrplänen
verglichen. Somit könnte z. B. die Datenhäufung
bei TAv und TRv, dem Zug Zv zugeordnet, der für diese Uhrzeit,
nämlich für 10:00 Uhr, im Fahrplan als „ICE
278” ausgewiesen ist. Sind die Daten erst einmal konkret einem
Zug zugeordnet, so können diese mit Daten, die in weiteren
Funkversorgungsbereichen entlang der Zugstrecke erfasst werden korreliert
und abgeglichen werden. Somit ist eine fortlaufende Lokalisierung
und Verfolgung einzelner Züge möglich.
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Vorzugsweise
wird die Datenerfassung regelmäßig wiederholt,
insbesondere tageweise wiederholt, um planmäßige
Wechselzeitpunkte zu ermitteln und evtl. Abweichungen zu erkennen.
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In
der 3 sind entsprechende Ergebnisse aus einer tageweise
wiederholten Beobachtung bzw. Überwachung der erfassten
kollektiven Daten RDT dargestellt. Erkennbar ist, dass sich das
bereits in der 2 abzeichnende Muster von Tag
zu Tag im wesentlichen wiederholt. Die anhand des Fahrplans identifizierten
Züge sind durch Ellipsen markiert und mit der Zugnummer
bezeichnet. Die schnellen Züge bilden die auf der Strecke
verkehrenden ICE-Verbindungen, die langsameren Züge die
S-Bahn-Verbindungen. Die Darstellung umfasst den Beobachtungszeitraum
von drei Tagen, nämlich vom 10. bis zum 12 Juli.
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Erkennbar
ist, dass nur relativ wenige Züge größere
Schwankungen bei den ermittelten Wechselzeitpunkten TA aufweisen.
Beispielsweise liegt für die Züge Zy und Zz am
12. Juli die jeweilige Wechselzeitpunkt deutlich später
als an den beiden Tagen zuvor. Diese Abweichung wird als Indikator
für eine Verspätung des jeweiligen Zuges verstanden.
Da die Reisezeiten TR sich für die Züge Zy und
Zz nicht stark ändern, kann davon ausgegangen werden, dass
die die Verspätungen schon beim Eintritt in den Funkversorgungsbereich
vorhanden war. Auch die meisten der anderen Züge, wie z.
B. die Züge Zu und Zv, weisen nur kleinere Schwankungen
in der Reisezeit TR auf. Hingegen weisen die Züge Zw und
Zx jeweils am 11. Juli jeweils eine stark abweichende Reisezeit
auf. Für den Zug Zw liegt am 11. Juli die Reisezeit TRw11
sogar bei etwa 820 sec, was einer Verzögerung von etwa
600 sec gegenüber den Daten der anderen Tage entspricht.
Die Erhöhung der Reisezeit TR wird hier als Indikator für
eine in dem Funkversorgungsbereich herrschende Störung
(z. B. Baustelle) erkannt, muss sich aber nicht besonders negativ
auf eine Verspätung des Zuges auswirken, wie dies z. B.
am gezeigten Beispiel der Züge Zw und Zx veranschaulicht wird.
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Somit
werden im wesentlichen die Abweichungen der Wechselzeitpunkte TA
als Verspätungen von Zügen verstanden, die Abweichungen
von Reisezeiten werden hingegen als lokale Störung angesehen.
Sollte jedoch für denselben Zug in mehreren Funkversorgungsbereichen
jeweils eine stark angestiegene Reisezeit zu beobachten sein, so
wirkt sich die Akkumulierung der Reisezeiten als signifikante Verspätung
des Zuges aus.
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Mit
dem hier beschriebenen Verfahren kann auf Routinen im Mobilfunksystem
zurückgegriffen werden, mit denen sich ein Large-Area-Wechsel
für alle Mobilfunkgeräte erkennen lässt.
Dies kann bei den inaktiven Mobilfunkgeräten aus Daten
der sog. Location-Update-Meldungen und bei aktiven Mobilfunkgeräten
aus Daten der entsprechenden Handover-Meldung ermittelt werden.
Dabei ist neben dem Wechselzeitpunkt zumindest die Large Area, aus
der das Endgerät stammt, sowie die Large Area und Zelle,
in die es gewechselt ist, bekannt.
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Die
eine Large Area durchquerenden Verkehrsströme machen sich
dadurch bemerkbar, dass bestimmte Eintritts-Austrittskombinationen
verstärkt auftreten. Aus dem Eintrittszeitpunkt TE in die
Location Area und dem Austrittszeitpunkt TA aus der Location Area
lässt sich die Reisezeit TR als Differenz von Austritts-
zu Eintrittszeit berechnen (TR = TA – TE).
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Da
auf dieser Datenebene alle Mobilfunkgeräte erfasst werden,
liegt bei dem derzeitigen Durchsetzungsgrad mit Mobilfunkgeräten
eine ausreichende Anzahl an Einzelmessungen pro Zug vor. Durch statistische
Methoden der Clusteranalyse lassen sich nun die einzelnen Häufungen
erkennen und zu einzelnen Clustern zusammenfassen. Ein Cluster ist also
definiert durch die Menge der zugehörigen Mobilfunkteilnehmer.
Für die einzelnen Cluster können dann geeignete
Kennzahlen (z. B. mittlere Reisezeit, mittlere Eintritts- oder Austrittszeit)
ermittelt werden. Jedes dieser Cluster repräsentiert nun
einen einzelnen Zug.
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Erfasst
und vergleicht man die Daten über mehrere Tage, so erscheint
ein sich täglich wiederholendes Muster (siehe 3).
Geht man davon aus, dass im Regelfall Züge planmäßig
verkehren, lassen sich bereits hier Planabweichungen erkennen. Da der
Austritt aus einer Large Area auch den Eintritt in die nächste
Large Area darstellt, sind die Informationen derart verknüpft,
dass sich ein Zug über den gesamten durch Daten abgedeckten
Bereich verfolgen lässt. Selbst in dem Falle, dass sich
einzelne Züge in einem Streckenabschnitt nicht nur räumlich
sondern auch zeitlich so überlappen, dass sie innerhalb
einer Large Area nicht getrennt werden können und als ein Zug
erscheinen, so kann dieser Umstand anhand der bekannten Menge der
zugehörigen Mobilfunkteilnehmer der einzelnen Züge
aus vorangegangenen oder folgenden Large Areas erkannt und korrekt
zugeordnet werden (s. 4). Somit lässt sich
für einen Zug die vollständige Route auf dem Streckennetz
bestimmen, wobei für alle Large Area – Wechsel
die Wechselzeitpunkte bekannt sind. Durch Vergleich mit dem Fahrplan
lassen sich damit die einzelnen Züge identifizieren. In
dem Beispiel lagen nur die Daten einer Large Area vor. Dennoch konnten
bereits die meisten Züge allein schon durch Vergleich mit
dem Ankunftsfahrplan des entsprechenden Zielbahnhofes eindeutig
identifiziert werden (s. 3).
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Hierdurch
lassen sich bereits auf dieser Stufe Züge eindeutig identifizieren
und in Echtzeit ihre Bewegung auf dem Netz verfolgen und durch Vergleich
mit dem Soll-Fahrplan die Pünktlichkeit der Züge überwachen.
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Um
darüber hinaus die Züge noch genauer lokalisieren
zu können, werden noch individuell auf Funkzellenebene
ermittelte Daten der aktiven Mobilfunkgeräte ausgewertet.
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Nachdem
die einzelnen Züge identifiziert und die Menge der zugehörigen
Teilnehmer bestimmt ist, kann nun anhand der individuellen Daten
der Aufenthaltsort des Zuges noch genauer bestimmt werden. Die hierbei
erreichbare Genauigkeit hängt von dem Informationsumfang
auf dieser Datenebene ab. Liegen individuelle Daten eines zugehörigen
Teilnehmers vor, so kann anhand der Informationen über
die einzelnen Zellwechsel die Position des Zuges zumindest zellgenau
festgestellt werden. Liegen weitere Informationen (z. B. Entfernungsangabe
zur bedienenden Zelle, Empfangstärken) vor, so kann mithilfe
dieser die Position auch genauer innerhalb der Zelle festgelegt
werden.
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Da
zu einem Zeitpunkt nur ein Bruchteil der Mobilfunkgeräte
aktiv ist, fallen die individuellen Daten weniger häufig
an, als die zuvor betrachteten kollektiven Daten. Das Datenaufkommen
auf dieser Ebene ist im Wesentlichen durch das Telefonierverhalten
der Zugreisenden bestimmt. Dies dürfte aber heutzutage
so beschaffen sein, dass eine nahezu vollständige Lokalisierung
auf dieser Ebene erreichbar ist.
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Zur
Veranschaulichung zeigt die 4 mehrere
in ihre Funkzellen unterteilte Funkversorgungsbereiche LA1, LA2,
LA3 usw., durch die beispielsweise zwei Schienenwege W1 und W2 führen.
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Innerhalb
der Bereiche LA1 und LA3 sind die beiden Züge Zu und Zv
räumlich getrennt, d. h. sie haben unterschiedliche Kombinationen
von Eingangszelle und Ausgangszelle und gehören somit unterschiedlichen
Verkehrsströmen an.
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Innerhalb
des Bereiches LA2 gehören beide Züge Zu und Zv
dem selbem Schienenweg bzw. Verkehrsstrom an (identische Eingangs-
und Ausgangszelle). Da aber in der Regel Züge innerhalb
eines solchen Bereiches zeitlich ausreichend voneinander getrennt
sind, können sie einzeln identifiziert werden (siehe auch 2 und 3).
Sollten jedoch Züge sich auch zeitlich so überlappen,
dass innerhalb des Bereiches LA2 keine Trennung möglich
ist, so lässt sich dies anhand der zugehörigen
Menge an Mobilfunkteilnehmern erkennen, da die den einzelnen Zügen
zugehörige Menge anhand der anderen Bereiche LA1 und LA2
bekannt ist.
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Anhand
der 5 wird nachfolgend dieses Verfahren anhand des
dort exemplarisch dargestellten Ablaufsdiagramms beschrieben.
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Zunächst
werden in einem Schritt 110 für einen Funkversorgungsbereich
als Rohdaten bzw. Eingangsdaten kollektive Daten RDT erfasst, die
Austrittszeitpunkte (s. TA in 2) von eingebuchten Mobilfunkgeräten
in diesem Funkversorgungsbereich anzeigen. Diese Zeitpunkte werden
hier als Wechselzeitpunkte TA beschrieben, um auszudrücken,
dass anstelle von oder zusätzlich zu den Austrittszeitpunkten
TA auch Eintrittszeitpunkte erfasst werden könnten. Die
Rohdaten werden hier als kollektive Daten RDT beschrieben, um auszudrücken, dass
sie kollektiv, z. B. im Rahmen des sog. Location Updates, erfasst
werden können. Zudem können diese Daten RDT anzeigen,
ob evtl. mehrere Mobilfunkgeräte kollektiv, d. h. gleichzeitig
oder sehr zeitnah, zwischen Funkversorgungsbereichen (siehe LA1, LA2...
in 4) wechseln, was insbesondere bei Zügen
der Fall ist. Denn nicht selten befinden sich in Zügen
mehrere eingebuchte Mobilfunkgeräte (in Fernzügen
durchaus 40 und mehr), für die quasi gleichzeitig ein Wechsel
zwischen benachbarten Funkversorgungsbereichen (s. 4)
erfolgt.
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Somit
kann dann in einer Schrittfolge 120 anhand der kollektiven
Daten RDT und den ermittelten Wechselzeitpunkten festgestellt werden,
ob eingebuchte Mobilfunkgeräte in einer größeren
Anzahl gleichzeitig bzw. gemeinsam von einem Funkversorgungsbereich
zum nächsten wechseln, so dass hieraus erkennbar ist, dass
die entsprechenden kollektiven Daten RDT Zügen zugeordnet
werden können. Andere Daten, die von einzelnen, z. B. in
Autos befindlichen, Mobilfunkgeräten stammen, können
verworfen werden.
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Bei
der im Schritt 120 durchgeführten Zuordnung der
kollektiven Daten bzw. der entsprechenden Mobilfunkgeräte
zu Zügen handelt es sich zunächst noch um eine
abstrakte Zuordnung, weil die einzelnen Züge noch unbekannt
und nicht identifiziert sind. Jedoch ermöglicht bereits
diese abstrakte Zuordnung eine Verfolgung der unbekannten Züge
(s. Schritt 130), um z. B. typische Bewegungsprofile zu
erhalten, die Hinweise auf konkrete Züge geben können. Auch
könnte anhand einer für mehrere Funkversorgungsbereiche
durchgeführten Datenanalyse die Belastung des Schienennetzes
an sich und die Häufigkeit von auftretenden Verspätungen
ermittelt werden.
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Die
in den Schritten 110 und 120 durchgeführte
Auswertung der kollektiven Daten RDT umfasst beispielsweise auch
eine statistische Auswertung der in 2 dargestellten
Datenerhebung, bei der die Austrittszeitpunkte TA auf der X-Achse
und die hier als Reisezeit TR beschriebene Differenz von Austrittszeit
TA und Eintrittszeit TE auf der y-Achse aufgetragen werden. Die
Reisezeit TR gibt die jeweilige Aufenthaltsdauer eines Mobilfunkgerätes
in einem Funkversorgungsbereich an und tritt insbesondere im Falle
von Zügen in Clusterform auf, so wie es die 2 darstellt.
Dadurch kann erkannt werden, welche der erfassten Rohdaten RDT zu
kollektiv sich bewegenden Mobilfunkgeräten gehören.
Sofern die Rohdaten RDT Häufungen von Reisezeiten TR zu bestimmten
Austrittszeitpunkten TA aufweisen, wird erfindungsgemäß angenommen,
dass es sich um Mobilfunkgeräte von kollektiv in Zügen
reisender Personen handelt. Deshalb werden diese Reisezeiten (z. B.
TRu und TRv in 2) hier als kollektive Reisezeiten
beschrieben, die jeweils einem Zug zugeordnet werden können.
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Durch
eine Datenanalyse der kollektiven Reisezeiten ist z. B. auch eine
Differenzierung zwischen verschiedenen Zugtypen möglich.
Denn die relativ langen Reisezeiten, wie z. B. TRu, zeigen eher langsam
fahrende oder oft haltende Züge an, wie z. B. die S-Bahn
Zu. Die kurzen Reisezeiten zeigen eher schnelle Fernzüge
an, wie z. B. den Schnellzug bzw. InterCityExpress Zv. Auch wenn
hier noch keine konkrete Datenzuordnung zu Zügen möglich
ist, wie z. B. die Zuordnung der Daten TRv und TAv zum ICE278 (s. 3),
so kann bereits diese Datenanalyse ergeben, ob eventuell einzelne
Züge nicht planmäßig und insbesondere
verspätet sind.
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Die
kollektiven Daten, die abstrakt Zügen zugeordnet werden
können, werden in einem Schritt 130 über
mehrere Funkversorgungsbereiche verfolgt, um zumindest abstrakte
Profile zu ermitteln, die einzelne Züge repräsentieren.
Dabei können insbesondere die jeweiligen gemeinsamen Wechselzeitpunkte
erfasst und ausgewertet werden.
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Zur
Identifizierung einzelner Züge werden in einem Schritt 140 die
gemeinsamen Wechselzeitpunkte mit planmäßigen
Wechselzeitpunkten verglichen, die im Teilschritt 139 bereit
gestellt werden.
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Beziehen
sich die erhobenen Daten auf einen Funkversorgungsbereich, der einen
Bahnhof abdeckt, so können als planmäßige
Wechselzeitpunkte z. B. die Fahrplandaten oder davon abgeleitete
Daten herangezogen werden. Durch Vergleich der gemessenen gemeinsamen
Wechselzeitpunkte mit den Daten aus dem Ankunfts- und/oder Abfahrtsfahrplan
für diesen Bahnhof können bereits Züge
konkret identifiziert werden und auch ggf. festgestellt werden,
ob einzelne Züge nicht planmäßig verkehren.
Wenn z. B. die planmäßige Ankunftszeit der S-Bahn
S41 bei 09:35 Uhr liegt (s. 2), so kann
der anhand der am 10. Juli bis 12. Juli erhobenen Daten erkannte
Zug Zu leicht als S-Bahn S41 identifiziert und lokalisiert werden.
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Oder
es wird beispielsweise für den Zug Zz (s. 3)
am 12. Juli ein aktueller Wechselzeitpunkt TAz12 gemessen, der deutlich
hinter den anderen Wechselzeitpunkten liegt und somit signifikant
vom planmäßigen Zeitpunkt TAz abweicht. Der planmäßige
Zeitpunkt kann aus dem Fahrplan abgeleitet werden und/oder kann
auch durch statistische Auswertung der Rohdaten RDT ermittelt werden,
indem geprüft wird, welcher Zeitpunkt oder zumindest enger Zeitraum
vorherrscht und als planmäßiger Wechselzeitpunkt
TAz angesehen werden muss. Wenn z. B. die planmäßige
Ankunftszeit des ICE76 sowie auch des ICE600 bei 10:40 Uhr liegt,
so lässt sich erkennen, dass beide Züge am 12.
Juli deutliche Verspätungen von etwa 20 bzw. 30 Minuten
aufweisen (s. 3).
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Vorzugsweise
werden im Schritt 139 die planmäßigen
Wechselzeitpunkte nicht nur für Bahnhöfe, sondern
für beliebige Streckenabschnitte ermittelt und für
den Vergleich (Schritt 140) bereit gestellt. Dazu werden
zuvor in Schritten 145 und 146 im Rahmen einer
vorzugsweise Offline durchgeführten Datenanalyse bevorzugt
die über mehrere Tage erhobenen Daten ausgewertet. Treten
an der Grenze des jeweiligen Funkversorgungsbereichs an mehreren
Tagen gemeinsame Wechselzeitpunkte gehäuft zu derselben
Zeit auf, so repräsentieren diese Daten planmäßige
Wechselzeitpunkte, die im Schritt 139 als Referenzdaten
zur Verfügung gestellt werden. Durch die schon im Schritt 130 durchgeführte
Verfolgung kann dann im Schritt 140 eine genaue Identifizierung
und Lokalisierung von konkreten Zügen durchgeführt werden.
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Beispielsweise
kann ermittelt werden, dass der ICE76 täglich in den Funkversorgungsbereich LA1
planmäßig um 10:30 Uhr eintritt und dann um 10:40
Uhr zum nächsten Funkversorgungsbereich LA2 wechselt. Um
11:15 Uhr wechselt der ICE 76 dann in den Funkzellenbereich LA3
usw..
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Diese
im Schritt 139 bereit gestellten Daten beziehen sich auf
beliebige Streckenabschnitte und umfassen also die Zugidentität,
den Ort des Wechsels (Übergang von einem Funkversorgungsbereich zum
nächsten) sowie den jeweiligen Zeitpunkt. Um zuverlässige
Daten zu haben wurde im Offline-Schritt 145 durch Vergleich
mit Fahrplandaten die jeweils Online durchgeführte Zugidentifizierung
(Schritt 140) verifiziert. Dabei kann auf Basis der über
mehrere Tage erhobenen Daten u. a. festgestellt werden, ob die jeweils
aktuell (im Schritt 140) erfolgte Zugidentifizierung korrekt ist.
Beispielsweise werden im Schritt 145 Fahrplanänderungen
erkannt, oder es wird erkannt, dass auf dem betrachteten Streckenabschnitt z.
B. ein Sonderzug verkehrt, der fälschlicherweise im Schritt 140 als
Regelzug erkannt wurde. Diese und weitere Fehler können
somit im Schritt 145 korrigiert werden. Im Schritt 146 können
dann für den richtig erkannten Zug auf der betrachteten
Strecke jeweils Ort und Zeitpunkt der Wechsel durch statistische
Auswertung der Daten ermittelt werden.
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Mit
diesen dann im Block 139 vorliegenden genauen Daten kann
u. a. Bestimmung von evtl. auftretenden Verspätungen (Schritt 150)
präzisiert werden. Außerdem kann mit den Daten
aus Block 139 die aktuelle Identifizierung von Zügen
im Schritt 140 genau für jeden beliebigen Streckenabschnitt
durchgeführt werden. Die Züge sind somit auch
abschnittsweise exakt lokalisierbar.
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Bei
Bedarf kann in einem Schritt 141 noch eine genauere Lokalisierung
z. B. anhand von individuellen Daten erfolgen, die Hand-Over-Zeitpunkte, Feldstärke
oder dergleichen angeben.
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Anhand
des im Schritt 140 durchgeführten Datenvergleichs
können in einem Schritt 150 dann Verspätungen
unabhängig vom Bahnbetreiber erkannt und dem Nutzer bzw.
Kunden als Information zur Verfügung gestellt oder übermittelt
werden. Hierzu kann z. B. die Übertragung einer entsprechenden Mobilfunknachricht,
insbesondere einer SMS-Nachricht, dienen.
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Die
in der 5 durchgezeichneten Linien, die insbesondere die
Blöcke mit den Verfahrensschritten 110, 120, 130, 140 und 150 verbinden,
zeigen an, dass diese Verfahrensschritte fortlaufend in Echtzeit
(Online) durchgeführt werden. Die gestrichelten Linien
hingegen betreffen Schritte, die auch nicht in Echtzeit (Offline)
durchgeführt werden können. Hierzu zählt
der Schritt 146, bei dem über einen längeren
Zeitraum eine statistische Analyse der Wechselzeitpunkte (Ein- bzw.
Austrittszeiten) durchgeführt wird, mit der auch für
Streckenabschnitte außerhalb von Bahnhöfen die
planmäßigen Wechselzeitpunkte ermittelt werden
können.
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Zusammenfassend
werden also hier ein Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen,
welche auf Basis von netzseitig erfassten Mobilfunkdaten zeitnah
Züge lokalisieren und identifizieren und ihre Bewegung
in Echtzeit auf dem Netz verfolgen kann. Aus diesen Informationen
lässt sich auch die Einhaltung des Fahrplans überprüfen
und Abweichung von selbigen quantifizieren. Das Verfahren stützt
sich dabei im wesentlichen auf Informationen, die von allen Mobilfunkendgeräten
erfasst werden. Eine genauere Lokalisierung der Züge kann
dabei durch Verwendung der Informationen realisiert werden, die
nur von aktiven Mobilfunkgeräten erfasst werden.
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Das
Verfahren ist prinzipiell über den Personenzugverkehr hinaus
z. B. auch im Güterzugverkehr anwendbar, immer dann, wenn
größere Mengen an Mobilfunkgeräten in
räumlich klar abgegrenzten Bereichen transportiert werden,
z. B. auch im Personenschiffsverkehr oder in der Containerschifffahrt,
insbesondere auf Binnengewässern bzw. Flüssen,
sofern eine ausreichende Anzahl der Container zu Telematikzwecken
mit Mobilfunkendgeräten ausgestattet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4235105
A1 [0002]
- - DE 10225033 A1 [0005]
- - DE 10333793 A1 [0006]
- - EP 1742190 A2 [0007]