CH690167A5 - Anordnung zur Bereitstellung von Kommunikation und Positionierung bei einer Steueranlage. - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, um Kommunikation und Positionierung an einer Steueranlage zur Lenkung mobiler Einheiten bereitzustellen, zum Beispiel bei Wagen in einem Bahnsystem. Die Positionierung soll mit grosser Genauigkeit ausgeführt werden, zum Beispiel mit der Genauigkeit eines Meters. Eine Mobil-Einheit und Bahnstationen, welche längs des Bahnsystems angeordnet sind, enthalten erste bzw. zweite Ausstattungen für Kommunikation und Positionierungsmassnahmen. 



  Steuersysteme der betreffenden Art für Bahnsysteme des öffentlichen Verkehrs kosten heute ca. 10 Millionen Kronen/Kilometer; und die Löhne der Wagenführer machen mehr als die Hälfte der Betriebskosten aus. Es ist daher von Interesse, Lösungen vorzusehen, welche die Positionierung und die Kommunikation bei Steuersystemen betreffen, mit denen es möglich sein soll, führerlose Wagen zu betreiben. Hieran anschliessend ist darüber diskutiert worden, dass ein Datenbus längs der Gleise installiert sein könnte, mit installierten bidirektional arbeitenden Kurzdistanz-Kommunikationseinheiten, deren Anzahl etwa 1/m betragen würde. Die zugrunde liegende Absicht wäre, Identitäts- und gewisse Logikinformationen im Dezimeter-Abstand angeben zu können. Ein entsprechender Wagen kann somit auf jeden Meter positioniert werden und erhält gewisse Kommunikationsmöglichkeiten. 



  Existierende Lösungen zur Positionierung und zur Kommunikation sind relativ einfach. Es existieren diesbezüglich zwei Typen von Systemen. Das erste System arbeitet mit festen und das zweite System arbeitet mit  beweglichen Blöcken. Feste Blöcke implizieren, dass die Bahn oder Gleise in Sektionen aufgeteilt werden, in denen nur eine Zugeinheit zeitweilig zugelassen ist. Ein Gleitkontakt zum Kurzschliessen von zwei Metallschienen bildet einen Detektor. Solche Systeme werden auf den Markt gebracht und sind dort erhältlich. Die Prinzipanordnung mit beweglichen Blöcken impliziert Vorkehrungen, bei denen ein Zug mit einer Sicherheitszone umgeben ist, in der keine weiteren Züge zugelassen sind. 



  Es besteht ganz allgemein ein Bedarf, Führungs- und Bahnsysteme in einer technisch/wirtschaftlich vorteilhafteren Weise anzuordnen. Die Erfindung löst unter anderem dieses Problem. 



  Es existiert daher ein Bedarf, einen entsprechenden Wagen auf einen Meter genau zu positionieren und um Daten allgemeiner Art zwischen Wagen und zugehöriger Infrastruktur auszutauschen. Die Erfindung löst dieses Problem ebenfalls. 



  Die Lösung des Problems soll innerhalb eines kurzen Zeitraums realisierbar sein und eine technische Konstruktion aufweisen, welche so einfach und so kostengünstig wie möglich ist. Da die Wagen führerlos sein sollen, muss die Zuverlässigkeit des Systems hoch sein. Dieses Problem wird durch die Erfindung ebenfalls gelöst. 



  Es besteht daher eine Forderung, dass genaue Positionierungen in kontinuierlicher Weise ausgeführt werden können sollen und dass sogar auch kleinere Zugeinheiten (Wagen) in engeren Abständen betrieben werden können. Die Erfindung löst dieses Problem ebenfalls. 



  Im Zusammenhang mit der Thematik von Positionierung und Führung bei Führungssystemen des betreffenden Typs existiert die Anforderung, Telekommunikationsmöglichkeiten vorsehen zu können, die von Passagieren benutzbar  sind. Dies wird durch die Erfindung ebenfalls gelöst. 



  Der Gegenstand, durch den eine erfindungsgemässe Anordnung hauptsächlich charakterisiert wird, besteht in der Bereitstellung von Kommunikation zwischen einer ersten bzw. zweiten Ausrüstung mittels eines Telefonsystems, welches ein mobiles Radiosystem und/oder festes Telefonnetz-System aufweist. Um Positionierungen auszuführen, enthält eine entsprechende Mobil-Einheit oder ein Wagen eine Positionierungsausrüstung bevorzugt vom GPS-Typ (Global Position System, globales Positionsermittlungsverfahren), welches beim Vorbeifahren einer Mobil-Einheit an einer diesbezüglichen Basisstation mittels einer Bezugs- bzw. Referenzpositionierungsausrüstung angeglichen werden kann. Das genannte Angleichen der Positionierungsausrüstung von Mobil-Einheit oder Wagen kann über das Telefonsystem ausgeführt werden. 



  Auf diese Weise können in einer ersten Ausführungsform die Funktionen für Kommunikation und Positionierung separiert werden. Die Kommunikation findet über Basisstationen statt, welche mit einem jeweiligen Abstand von ca. 100 Metern entlang einer entsprechenden Bahn oder Bahnabschnitten (bzw. Gleis-Sektionen) angeordnet sind. Die Positionierung geschieht mittels entsprechender Vorkehrungen, welche im Wesentlichen Radio-basiert sind und von an sich bekannter Anordnung sein können. 



  In einer weiteren Ausführungsform wird bei offenen oder halboffenen Bahnabschnitten oder langen Strecken eine Referenzpositionierungsausrüstung verwendet, welche aus einer fest stehenden kalibrierten GPS-Bezugsstation besteht, die differentielle GPS-Korrekturen errechnen kann. Die Mobil-Einheiten oder Wagen sind mit mobilen GPS-Empfängern versehen, welche die Positionierungen laufend mit einer Präzision von zum Beispiel 100 Metern  ausrechnen, was bedeutend ausserhalb der Präzision von etwa 1 Meter liegt, für die das System ausgelegt sein soll. Die Daten von der fest stehenden kalibrierten Referenzstation sind so angeordnet und vorgesehen, dass die mobilen Empfänger auf die zuletzt angegebene Genauigkeit korrigiert werden können, was die Installation entlang der Bahn im Kornmunikationssystem unnötig macht. 



  In abgedeckten Bahn- oder Gleisabschnitten oder bei kürzeren Strecken, bei denen höchste Kontinuität der Positionierung benötigt wird, werden extrapolationsmässige Funktionen herangezogen, die sich auf bevorzugt die letzte erkannte Position beziehen, welche von der Positionierungsausrüstung errechnet wurde, welche mit offenen oder halb offenen Gleisabschnitten oder langen Strecken arbeiten kann. Dabei arbeitet das System mit Informationen darüber, welcher Gleisabschnitt oder welche Gleisabschnitte mit einer Extrapolationsfunktion oder   -funktionen behandelt werden. 



  Das Telekommunikationsnetzwerk besteht bevorzugt aus einem oder beinhaltet ein Mobilradiosystem des DECT-Typs (DECT = Digital European Cordless Communications), welches eine ÜbertragungsmögIichkeit für Daten allgemeiner Art, gute Zugänglichkeit, Flexibilität, Hand-over-Funktionen, Roaming, Einfachheit, Privatoperatorstruktur usw. aufweist. Das Telekommunikationsnetz umfasst daher ein Mobilradionetz des DECT-Typs, bei dem öffentlicher Fernsprechzugang auf unbenutzten Kanälen möglich ist und welches daher die Bereitstellung eines oder weiterer Dienste ermöglicht.

   Der Positionierungsteil wird von dem Kommunikationsteil unterstützt, der gemäss oben stehenden Ausführungen mit Telekommunikationsnetzen des DECT-Typs bereitgestellt wird, um mit Korrekturwerten für differentielle GPS angeglichen zu werden, wodurch die Position der Mobil-Einheit mit einer Genauigkeit von etwa 1 Meter ermittelbar ist. Die ge nannten Telekommunikationsnetze werden dazu benutzt, um Positionsdaten, Statussignale usw. an das Führungssystem zu leiten. Das Führungssystem weist eine Anordnung auf, dass Instruktionen über die genannten Telekommunikationsnetze vom DECT-Typ an die Mobil-Einheit bzw. Wagen geleitet werden. 



  In einer konkreten Ausführungsform ist eine diesbezügliche Mobil-Einheit mit einem inneren Führungssystem, einer tragbaren Einheit, welche in einem gängigen Telekommunikationsnetz des DECT-Typs verwendet werden kann, und einer GPS-Einheit versehen. Basisstationen im Telekommunikationsnetz des genannten Typs sind mit dem fest stehenden Netz verbunden oder können mit diesem verbunden werden. Das fest stehende Telekommunikationsnetz ist mit einem zentralen Führungssystem für das Bahnsystem und einer Referenzausrüstung vom differentiellen GPS-Typ verbunden. 



  Mit dem im oben stehend Vorgeschlagenen wird eine Möglichkeit geschaffen, mittels differentiellem GPS eine genügend gute Positionierungsgenauigkeit zu erhalten. Telekommunikationsnetze des DECT-Typs oder ähnliche Systeme sind im gegebenen Zusammenhang für Datenübertragung geeignet. Die grundlegenden Funktionen sind daher sichergestellt. Zur Übertragung von Positionsdaten können neben dem besagten DECT-Netz auch Netze des GSM, (GSM = Global System Mobilcommunications),   NMT (NMT = Nordic Mobile Telefone) und MOBITEX-Typs (MOBITEX = Mobile Computer System) sogar fest stehende Netze wie das Datennetz PSTN (PSTN = Public Switched Telefone Network) verwendet werden. Bekannte technische Lösungen können kombiniert werden, um ein in diesem Zusammenhang zufriedenstellendes Resultat zu erhalten. 



  Eine vorgeschlagene Ausführungsform einer Anordnung, welche die Kennzeichen der Erfindung aufweist, wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei 
 
   Fig. 1 in Blockdiagrammform eine Mobil-Einheit oder einen Wagen zeigt, der an Basisstationen vorbeifährt, welche einem Mobilradionetz angehören und welches an das öffentliche Telefonnetz angeschlossen ist, über welches ein zentrales Führungssystem und eine Referenzausrüstung zur Positionierung angeschlossen oder darin enthalten sind; 
   Fig. 2 zeigt in praktisch vertikalem Schnitt einen flachen Tunnel mit \ffnungen für Lichteinlass; 
   Fig. 3 zeigt, von oben, eine Ausrüstung für Extra-polationsrechnungen (so genanntes "dead reckoning"). 
 



  In Fig. 1 wird eine Mobil-Einheit oder ein Wagen mit Bezugsziffer 1 bezeichnet. Der Wagen kann gleisgebunden sein und soll in einem Bahnsystem bekannten Typs (hier nicht speziell gezeigt) fahren. Im Bahnsystem können mehrere Wagen oder Züge zur gleichen Zeit fahren, da genaues Positionieren und Führen des Wagens im Bahnsystem bewerkstelligt werden kann. Der Wagen bewegt sich in einer Richtung, die durch Pfeile 2 angegeben ist. Er enthält eine erste Ausrüstung, welche aus einem internen Führungssystem 3, einer mobilen Einheit 4, die zu einem Mobilradionetz des DECT-Typs gehört, und eine Positionierungsausrüstung 5 vom GPS-Typ, oder ist mit einer solchen ausgestattet. Ein gängiges Kommunikationssystem des DECT-Typs wird in der Figur durch seine Basisstationen 6 und 7 angegeben. Die Basisstationen sind zum Beispiel in Intervallen von etwa 100 Metern angeordnet.

   Der Wagen passiert die Basisstationen in laufender Reihenfolge; in Fig. 1 hat der Wagen die Basisstation Nr. 1 (Bezugszeichen 6) passiert und steht in Kommunikation mit Basisstation Nr. 2 (Bezugszeichen 7). Die Basisstationen sind an ein fest stehendes bzw. ortsfestes Telefonnetz angeschlossen, welches durch Verbindungen 8 wiedergegeben wird, oder gehören einem solchen an. An  das ortsfeste Telefonnetz oder Telekommunikationsnetz ist ein zentrales Führungssystem 9 angeschlossen, durch welches die Wagen des betreffenden Bahnsystems zentral gelenkt werden können. Die Führung der Wagen geschieht in individueller Weise, und die Kommunikation vom zentralen Führungssystem zum internen Führungssystem findet über das genannte Telekommunikationsnetz statt. Mit dem fest stehenden Telekommunikationsnetz ist weiterhin ein Referenzempfänger für die Positionierungsfunktion verbunden.

   Der Referenzempfänger ist vom digitalen GPS-Typ (DGPS). Der fest stehende kalibrierte Referenzempfänger korrigiert die GPS-Ausrüstung des Wagens bei dessen Vorbeifahrt. Die Kommunikationsverbindung zwischen einer entsprechenden Basisstation und dem Wagen ist durch Bezugsziffer 11 angegeben. 



  Die in Fig. 1 angegebene Struktur gibt ein Bahn-system für öffentlichen Verkehr wieder. Das System kann auch bei führerlosem Bahnverkehr in dicht besiedelten Gegenden verwendet werden, welches mit kleinen Wagen ausgestattet ist, die mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten von beispielsweise 60 km/Std. oder normalerweise mit 40 km/Std. fahren und die häufig anhalten. Voraussichtlich wären die am häufigsten anzutreffenden Umgebungen in einem zukünftigen System diesen Typs von vollständig offener Art oder eine halb offene Umgebung, also eine, die unterhalb des Erdbodens angeordnet ist und der Licht und Luft zugeführt wird. Hierauf weisen Umwelt-und Kostengründe hin. Darüber hinaus erfordert das GPS-System, dass der Anteil ganz abgedeckter Sektionen entlang einer betreffenden Bahn limitiert sein soll, damit das System gut funktioniert.

   Als zusätzlichen Effekt eröffnet eine auf DECT basierende Lösung damit auch die Möglichkeit, in öffentlichen Verkehrsmitteln als Zugang zum öffentlichen Telefonnetz zu dienen. 



  Fig. 2 zeigt einen flachen Tunnel des genannten  Typs. Im Tunnel 12 fahren zwei Wagen oder Züge 13 und 14 aneinander vorbei. Der offene Zugang für Sonnenschein und Licht 16 zum Tunnel oder zum System wird durch ein transparentes Dach 15 verdeutlicht. 



  Fig. 3 zeigt den Fall bei so genannten "dead reckoning"-Verfahren, also Extrapolationsverfahren, welche in bedeckten Tunneln oder kurzen Abschnitten verwendet werden. In Fig. 3 wird ein Wagen 17 gezeigt. Der Wagen enthält einen Sender 18 und einen Detektor 19. Reflektoren 20, 21 und 22 sind in gewissem gegenseitigem Abstand an der Tunnelwand 20 angebracht. Mit Extrapolationsrechnung (dead reckoning) werden zusammenfassend alle Verfahren angegeben, welche dazu benutzt werden, die Position aufgrund einer lokal bekannten Position zu bestimmen, wobei unterschiedliche Sensortypen, zum Beispiel Sensoren 20, 21 und 22 eine Berechnung der Bewegung möglich machen. Auf diese Weise wird anfangs eine sehr gute Präzision erreicht, diese wird aber laufend schlechter.

   Wegen der fortschreitenden Verschlechterung muss das Extrapolationssystem von aussen in gleichmässigen Intervallen angeglichen oder kalibriert werden. Ein traditionelles und zuverlässiges Verfahren besteht darin, Inertial-Navigation (IN) zu verwenden. In dieser Anwendung funktioniert Inertial-Navigation bemerkenswert gut. Eine weniger teure Methode besteht in der Kombination von Rädersensoren und einem Kompass. Da jedoch blockierte Räder im Zugverkehr keinen aussergewöhnlichen Zustand darstellen, kann eine solche Methode nicht in allen Fällen angewendet werden. 



  Die in Fig. 3 gezeigte Lösung sieht eine speziell konstruierte optische Lösung mit einfachen passiven Reflektoren 20, 21 und 22 vor, welche Impulse an einen Sensor geben, wenn sie meterweise passiert werden. Der Sender 18 kann aus einem Laser bestehen und einen dauernden Lichtstrahl 23 aussenden. Durch den Detektor 19  wird die Anzahl der Passagen ermittelt. Damit kann darauf geschlossen werden, welcher der Reflektoren passiert wurde, wodurch der Positionswert erhalten wird (der bereits vorher gemessen wurde). Die genannten passiven Plastikreflektoren sind in kurzem Abstand voneinander in einem solchen Bereich der Bahn montiert, in dem Extrapolationsfunktionen anzuwenden sind. Eine solche Entfernung A kann ca. 1 Meter betragen. 



  Die Erfindung ist nicht auf eine Ausführungsform beschränkt, wie sie oben stehend als Beispiel gezeigt wird, sondern kann im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und dem Konzept der Erfindung modifiziert werden. 

Claims (10)

1. Anordnung zum Bereitstellen von Kommunikation und Positionierung an eine Führungseinrichtung zum Lenken von Mobil-Einheiten oder Wagen (1) in Bahnsystemen, wobei die Positionierung mit grosser Genauigkeit stattfinden soll, zum Beispiel mit der Genauigkeit von etwa einem Meter und entsprechende Mobil-Einheiten oder Bahnstationen (6, 7), die sich entlang des Bahnsystems oder auf diesem befinden, erste und bzw. zweite Mittel für Kommunikation und Positionierung enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Telekommunikationssystem zur Bereitstellung von Kommunikation zwischen erstem und zweitem Mittel angeordnet ist, welches ein Mobilradiosystem und/oder fest stehendes Telekommunikationsnetz (8) enthält;

dass die entsprechende Mobil-Einheit oder Wagen (1) eine Positionierungsausrüstung (5) bevorzugt vom GPS-Typ enthält, welche bei der Passage einer Mobil-Einheit an einer entsprechenden Basisstation (6 oder 7) mittels einer Referenz-Positionierungseinrichtung (10) angleichbar ist, um die Positionierung vorzunehmen; und dass der Angleich der Positionierungsausrüstung (5) der Mobil-Einheit durch die Referenz-Positionierungseinrichtung über das Telekommunikationssystem (6, 7, 8) bewirkbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations- und Positionierungsfunktionen getrennt sind; dass die Kommunikation über Basisstationen stattfindet, welche gegeneinander in Abständen von etwa 100 Metern angeordnet sind; und dass die Positionierung unter Verwendung hauptsächlich radiobasierter Positionierungsmittel (5, 10) stattfindet.

3.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in offenen oder halb offenen Bahnabschnitten oder langen Abschnitten die Referenz-Positionierungsausrüstung (10) aus einer fest stehenden kalibrierten GPS-Referenzstation zum Berechnen von Korrekturen für differentielle GPS besteht, und dass die Mobil-Einheiten oder Wagen (1) mit mobilen GPS-Empfängern (5) versehen sind, welche die Positionen laufend mit einer Präzision von zum Beispiel 100 Metern ermitteln, welche die für das System angestrebte Präzision von beispielsweise 1 Meter merklich überschreitet; und dass die Daten von der fest stehenden kalibrierten Referenzstation (10) zur Korrektur der mobilen Empfänger (5) auf die höhere Genauigkeit eingerichtet sind.

4.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall abgedeckter Bahnabschnitte und kürzerer Abschnitte, welche maximale oder hohe Messkontinuität erfordern, eine Extrapolationsfunktion ab vorzugsweise dem letzterhaltenen gültigen Positionswert eingesetzt wird, welcher von der Positionierungsausrüstung errechnet wurde, welche im Falle offener, halb offener oder langer Bahnabschnitte arbeitet, wobei dem System auch Informationen zur Verfügung stehen, auf welche der Bahnabschnitte eine oder mehrere Extrapolationsfunktionen angewendet werden soll.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationsnetz ein Mobilradiosystem des DECT-Typs enthält, welches allgemeine Datenübertragung, gute Zugänglichkeit, Flexibilität, Hand-over, Roaming, Einfachheit, Privatoperatorinstruktion aufweist.

6.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationsnetz ein Mobilradionetz vom DECT-Typ enthält, welches öffent lichen Sprachzugang auf unbenutzten Kanälen bietet und durch welches daher weitere Dienste implementierbar sind.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungsteil durch den Kommunikationsteil unterstützt wird, der zum Beispiel mit einem Telekommunikationsnetz des DECT-Typs versehen ist, um mit Korrekturen für differentielles GPS angeglichen zu werden, wodurch die Position der Mobil-Einheit mit einer Genauigkeit von etwa 1 Meter ermittelbar ist;

und dass das genannte Telekommunikationsnetz dazu benutzt wird, um das Führungssystem mit Positionswerten, Statuswerten und weiteren Informationen zu versorgen und das Führungssystem entsprechende Instruktionen über das genannte Telekommunikationsnetz an die entsprechende Mobil-Einheit oder Wagen beim Passieren einer oder mehrerer Basisstationen gibt.

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Mobil-Einheit (1) mit einem internen Führungssystem (3), einer tragbaren Einheit (4) für ein Telekommunikationsnetz vom DECT-Typ und mit einer GPS-Einheit (5) ausgestattet ist.

9.

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Basisstationen (6, 7) in einem Telekommunikationsnetz (8) vom DECT-Typ mit dem fest stehenden Telekommunikationsnetz (8) verbunden oder verbindbar sind.

10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales Führungssystem (9) und eine Referenzeinrichtung (10) vom Typ eines differentiell arbeitenden GPS mit dem fest stehenden Telekommunikationsnetz verbunden sind.