CN110475704B - 用于确定至少一个测量值的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定至少一个与轨道交通运输工具(10)的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置(20)。按照本发明，所述装置(20)被构造为，使得能够给所述装置指定安全完整性等级。此外，所述装置(20)针对一个测量值或者针对多个测量值的至少一个测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。按照本发明的装置(20)能灵活应用并且同时减小由于不准确的测量值和与此相关的较大置信区间导致的运行限制。本发明还涉及一种用于运行这种装置(20)的方法。

Description

用于确定至少一个测量值的装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置。

背景技术

现代的列车安全系统或者说列车影响系统需要准确的在相应的轨道交通运输工具的当前地点和/或当前动量方面的信息，例如形式为关于由该交通运输工具驶过的路程和当前速度的信息。为了确定和提供这些信息，通常使用不同的多样的传感器。相应的传感器例如可以是行程脉冲传感器、加速度传感器、雷达系统、应答器系统或者甚至卫星辅助的传感器或者说定位系统，例如基于GPS(Global Positioning System，全球定位系统)的定位系统。在此，通过融合不同的传感器的数据确定也被称为里程数据的数据，其通常除了相应的行程值和速度值之外还包括对应的置信区间。该置信区间是针对相应的测量值的准确度或者说不准确度的量度，其中，在确定相应的测量参量或者说相应的测量值时较大的不安全性导致较大的置信区间。

在实践中会发生下述情况，即，使用相应的测量值用于控制相应的轨道交通运输工具或者说使得相应的轨道交通运输工具安全的列车安全系统的能力由于通过置信区间所表达的在相应的测量值方面的不安全性而受到限制。这尤其会导致需要减小相应的轨道交通运输工具(或者甚至其他在该系统中行驶的轨道交通运输工具)的速度或者在危险点前要保持更大的安全距离。

按照国际标准IEC 61508或者专门针对轨道领域按照欧洲标准EN50129，针对安全功能分为四个安全完整性等级(SIL)或者说安全要求级别。在此，安全完整性等级4是安全完整性的最高级别，安全完整性等级1是安全完整性的最低级别。相应的安全完整性等级影响测量值的置信区间，即，针对从相应的装置方面要满足或者提供较高的安全完整性等级的情况，置信区间特别大。因此由于相对不准确的测量值和与此相关的比较大的置信区间产生了限制，尤其针对满足最高的安全完整性等级SIL4或者SIL3的这种系统。

上述种类的装置例如由德语公开文献DE 10 2005 046 456A1已知。该文献描述了一种装置，其中，多个传感器的传感器数据被融合并且在考虑相应传感器品质的情况下确定轨道交通运输工具的地点或者说相应的动量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置，其能灵活应用并且同时减小由于不准确的测量值和与此相关的较大的置信区间导致的运行方面的限制。

针对用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置，上述技术问题按照本发明通过如下来解决，即，该装置被构造为，使得能够给该装置指定安全完整性等级，并且该装置所述一个测量值或者针对多个测量值中的至少一个测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。

在本发明的范围内，至少一个动量尤其可以是由轨道交通运输工具驶过的路程、轨道交通运输工具的速度和/或轨道交通运输工具的加速度。至少一个测量值可以是测量的直接的结果或者也可以是由一个或者多个相应的测量导出的或者确定出的值。

按照本发明的装置被构造为，使得能够给该装置指定安全完整性等级。这意味着，按照本发明的装置与已知的相应装置不同地，在确定轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量的测量值时可以应用不同的安全完整性等级或者说以不同的安全完整性等级为基础。因此安全完整性等级不是不变地预先确定的，而是能灵活地指定。根据相应的指定的安全完整性等级，该装置针对相应测量值确定对应的置信区间。针对给装置指定了较低的安全完整性等级的情况，由该装置确定的置信区间因此就小于给该装置指定较高的安全完整性等级的情况。

按照本发明的装置具有的优点是，该装置不固定在一个安全完整性等级上。取而代之，同样的装置可以被用于实现不同的安全完整性等级。为了避免误解，在此要指出的是，给装置指定的安全完整性等级通常仅仅影响对相应的置信区间的确定。这意味着，例如应当满足最高的安全完整性等级SIL4的装置在硬件技术上以及必要时也在软件技术上基本上实施为该安全完整性等级被实现或者说能被实现。这例如可以包括信号技术上更安全的计算机的使用以及软件按照待使用的规范的发展。甚至当按照本发明的装置以此基本上可以是例如适于SIL4的，该装置的特征正好是，该装置在由其提供的测量参量方面能够按照不同的安全完整性等级确定测量值的置信区间。在此，相应的置信区间的大小尤其取决于在相应的安全完整性等级的情况下作为基础的可信水平。因此例如在可信水平为95％的情况下置信区间就明显小于在可信水平为99.9999％的情况中。

通常，按照本发明的装置是在交通运输工具侧地布置的或者说被设置用于在交通运输工具侧的应用。然而，该装置可以根据相应的实现必要时也包括在路段侧的组件。这尤其意味着，对取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间的确定基本上既可以在交通运输工具侧也可以在路段侧进行。

要指出的是，按照本发明的装置优选在信号技术上安全地实施。这意味着，通过相应的(本身对铁路信号技术领域的技术人员来说已知的)措施保证，该装置满足按照由相应许可部门制定的规范的铁路运行的特别高的安全要求。相应的信号技术安全的设计在此通常尤其在安全完整性等级的指定方面以及在确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间方面是适宜的或者说是必要的。

按照特别优选的实施方式，按照本发明的装置被构造为，使得安全完整性等级能够根据硬件和/或根据软件给该装置指定。安全完整性等级的根据硬件的指定在此例如可以借助装置的相应的优选在信号技术方面安全地设计的硬件编码进行。相对于此附加地或者替换地，装置的安全完整性等级也可以根据软件指定，例如以优选在信号技术方面安全地设计的规划的形式。

优选地，按照本发明的装置也可以被改进地设计，使得装置的安全完整性等级能够通过相应的配置、参数化或者设置而指定。通过相应的配置、参数化或者设置来指定装置的安全完整性等级是有利的，由此能够以特别简单和灵活的方式分别设置期望的或者说需要的安全完整性等级。在此，配置、参数化或者设置可以有利地尤其基于软件地进行。这例如可以借助相应的配置参数实现，根据该配置参数的值由该装置使用或者说应用不同的安全完整性等级。

按照根据本发明的装置的另外的特别优选的实施方式，装置的安全完整性等级也可以通过以通信技术连接在装置上的控制设备指定。这带来的优点是，相关的控制设备本身可以选择或者说确定相应的安全完整性等级。在此优选的是，该通信技术的连接也是在信号技术方面安全地设计的。

优选地，按照本发明的装置也可以被设计为，使得该装置的安全完整性等级能够在该装置的运转的运行期间动态地被指定。这是有利的，因为在装置的运转的运行期间动态地指定安全完整性等级能够实现在不同的安全完整性等级之间灵活的切换。因此由此尤其得到的可行性是，对安全完整性等级的指定动态地适配于运行和分别与此相关的运行限制。

根据按照本发明的装置的另外的特别优选的实施方式，该装置的安全完整性等级能够根据应用和/或根据情况指定。以此有利地例如实现，具有较高的安全要求的应用和/或功能可以利用保守的(即较大的)置信区间计算或者工作。相应的功能例如可以是具有安全完整性等级或者安全要求级别SIL4的危险点安全。另一方面，针对一些应用或者说功能，较小的安全完整性等级就足够了，也就是，例如乘客上下车或清空乘客，这些应用或者说功能可以利用较小的置信区间计算或者工作并且因此实现改善的、适配于相应的安全完整性等级的精确度。这尤其带来的优点是，例如形式为减速的运行限制，由于较大的或者说过大地应用的置信区间而被最小化。相对于考虑相应的应用的类型替换地或者附加地，对该装置的相应安全完整性等级的指定也可以根据相应的情况进行、即根据相应的具体的运行条件进行。

优选的是，按照本发明的装置也可以被改进设计为，使得将至少一个测量值以及针对该测量值确定的置信区间输出给列车影响系统的控制设备。以此有利地实现，提到的参量由列车影响系统的控制设备在控制轨道交通运输工具或者说使得轨道交通运输工具安全时被应用。

本发明还包括一种列车影响系统，其带有至少一个按照本发明的装置或者说至少一个按照根据本发明的装置的上述优选改进设计方案之一的装置。

本发明还涉及一种用于运行用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置的方法。

在所述方法方面，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于运行用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置的方法，该方法能特别灵活地应用并且同时减小由于不准确的测量值和与此相关的较大置信区间导致的运行限制。

该技术问题按照本发明通过用于运行用于确定至少一个与轨道交通运输工具的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置的方法来解决，其中，给所述装置指定安全完整性等级并且由该装置针对一个测量值或者针对多个测量值中的至少一个测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。

按照本发明的方法的优点与按照本发明的装置一致，使得对此可以参照相应的上述设计。关于按照本发明的装置的各个相应的改进设计方案同样适用于下文中提到的按照本发明的方法的优选改进设计方案，从而可以参照上述相应的解释。

按照根据本发明的方法的优选的改进设计为，该装置被根据硬件和/或根据软件地指定安全完整性等级。

有利地，按照本发明的方法也可以被设计为，使得该装置的安全完整性等级通过相应的配置、参数化或者设置被指定。

按照根据本发明的方法的另外的特别优选的实施方式，该装置的安全完整性等级通过在通信技术上连接到装置上的控制设备指定。

按照本发明的方法也可以被改进设计为，使得该装置的安全完整性等级动态地在该装置的运转的运行期间被指定。

与按照本发明的方法的优选的改进设计方案一致地，该装置的安全完整性等级根据应用和/或根据情况地被指定。

优选地，按照本发明的方法也可以具有的特征是，至少一个测量值以及针对该测量值确定的置信区间由该装置输出给列车影响系统的控制设备。

附图说明

下面根据实施例进一步阐述本发明。在此，

附图以示意性草图示出了带有按照本发明的装置的实施例的轨道交通运输工具。

具体实施方式

在附图中可以看到以有轨车辆形式的轨道交通运输工具10。相对于此替换地，轨道交通运输工具10例如也可以是轨道导引的带有橡胶轮胎的交通运输工具或者磁悬浮列车。轨道交通运输工具10沿轨道或者线路100运动。为了轨道交通运输工具10的控制和安全，尤其在轨道交通运输工具10的相应的地点以及相应的速度方面需要准确的信息。在此，所述地点可以例如绝对地或者作为相对于参考点的距离或者驶过的路程确定。此外，相对于提到的动量附加地或者替换地，也可以将轨道交通运输工具的加速度作为动量检测或者确定，并且用于轨道交通运输工具10的控制。

轨道交通运输工具10具有装置20，其也可以被称为里程计设备。装置20包括计算机或者说里程计计算机30，其是在信号技术上安全地设计的。第一传感器40以通信技术连接在该计算机30上，第一传感器例如可以是行程脉冲发生器或者雷达设备。此外，该计算机30也通信技术地连接在第二传感器50上，第二传感器例如可以用于例如借助GPS来卫星辅助地定位并且为此连接在天线60上。相对于示例性提到的传感器40和50替换地或者附加地，装置20也可以包括其他任意的本身已知的传感器。

相应于附图所示地，装置20的计算机30还连接在存储设备70上。该存储设备包括针对装置20的运行所需的数据和软件程序，即，例如控制软件、电子的区间地图和/或配置参数。在此要强调的是，附图仅仅示出示意图。这意味着，其他本身已知的组件出于简洁的原因未被示出并且装置20也可以以其他方式构建。因此，例如存储设备70可以替换地由多个分开的存储设备构成。此外，计算机30以及存储设备70当然也可以设计为共同的组件。

此外，装置20的计算机30连接在列车影响系统或者说列车安全系统的控制设备80上。在此，相应的列车影响系统可以是任意的用于短途和/或长途交通的系统。例如说，控制设备80是欧洲列车影响系统ETCS(European Train Control System)的计算机或者车辆设备，或者可以是在短途交通中使用的基于通信的列车影响系统(Communications-BasedTrain Control，CBTC)的车辆设备。

与相应列车影响系统或者说列车安全系统的类型无关地，装置20或者说在所示实施例中计算机30本身给控制设备80提供测量值，测量值与轨道交通运输工具20的地点和/或至少一个动量有关。在考虑从装置20一侧提供的测量值的情况下，通过控制计算机80(必要时配合其他交通运输工具侧的和/或路段侧的组件)进行轨道交通运输工具10的控制以及安全保障。在此，列车影响系统的安全完整性等级或者说安全要求级别、即例如SIL4甚至对于由装置20提供的测量值或者说数据具有相对大的不准确性的情况也被保证或者说保障。为了实现通过列车影响系统或者说列车安全系统考虑相应的准确度，这些测量值在此分别具有以置信区间形式的准确度说明或者说不准确度说明。在此，置信区间给出相应测量参量的位置估计的精度，其中，分别有可信度级别被作为基础。在从装置20侧提供的测量值的不准确度相对大的情况下，在此产生的情况是，置信区间相应地增大，这导致列车影响系统的能力会被限制。这尤其适用于轨道交通运输工具10的可能的减速方面或者在危险点前使用更大的安全距离。

在已知的、以相应的里程计设备形式的装置的情况下，在安全完整性等级和确定的测量值的相应的置信区间之间的关联是不可改变地相对于固定的安全完整性等级定义的。该固定的安全完整性等级经常或者说通常是最高的安全完整性等级SIL4。这意味着，相应的里程计设备被设计为，使得甚至在传感器不准确的情况下通过调整置信区间(其也被称为“confidence interval”)保持固定的指定的安全完整性等级。因此，相应的装置专门针对相应的安全完整性等级而研发，使得装置针对该安全完整性等级、即例如SIL2或者SIL4是特定的。

在此，装置20的特征在于，可以给该装置指定安全完整性等级。在此，对安全完整性等级的相应的指定可以根据硬件或者也可以根据软件进行，尤其通过相应的配置、参数化或者设置进行。因此例如可以想到的是，相应的安全完整性等级能够通过存储在存储设备70中的配置参数指定，其中，相应的指定例如可以通过在屏幕上的相应的在信号技术上安全的输入或者选择进行。相对于此附加地或者替换地也可行的是，装置20的安全完整性等级通过以通信技术连接在装置20上的控制设备80指定或者说通过该控制设备选择。在此，相应的指定或者可以静态地(即例如一次性在装置20的启用之前)或者也可以动态地在装置20的以及轨道交通运输工具10的运转的运行期间进行。在此例如可行的是，装置20的安全完整性等级由控制设备80根据相应的应用和/或相应的情况被指定。

与以何种形式或者说以何种方式给装置20指定安全完整性等级无关地，装置20被构造为，使得该装置20针对一个测量值或者针对多个测量值的至少一个测量值确定至少一个取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。在此优选的是，分别针对每个测量值确定相应的置信区间。

因此装置20能够利用多个不同的安全完整性等级工作并且针对确定的测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。安全完整性等级以此能扩展或者说伸缩，即在安全完整性等级较高、例如SIL4的情况下应用非常保守的置信区间，该非常保守的置信区间表达相对大的不准确性并且导致相对大的运行限制，而在安全完整性等级较小、例如SIL2的情况下确定较小的置信区间。

装置20或者说该装置的计算机30被构造为，使得将至少一个测量值以及至少一个针对该测量值或者针对多个测量值的至少一个测量值确定的置信区间传送给列车影响系统的控制设备80。因此由此实现列车影响系统的控制设备80在控制该轨道交通运输工具20时考虑轨道交通运输工具10的地点和/或相应的动量。在此，相应的安全完整性等级的灵活的指定允许在列车影响系统中对取决于里程计的功能进行灵活的建模。这意味着，具有较高的安全要求等级的功能、即例如危险点安全可以以保守的(较大的)置信区间考虑，而具有较小的安全要求等级的功能、例如乘客上下车或者清空可以以较小的或者说最小化的置信区间考虑。因此，在后一种情况中，由于较高的置信区间导致的运行限制被减小或者说最小化。

因此，通过装置20实现了里程计架构，其相对于相应的确定出的置信区间是灵活的或者说可扩展的。由此尤其可行的是，在列车安全系统中专门针对相应的安全完整性等级，最优化或者说调整取决于里程计的功能。因此可以如上所述地例如以较小的置信区间处理按照SIL2分级的乘客上下车。由此可靠地实现乘客上下车，因为稳健地遇到所谓的“停止窗(stopping window)”。相反地，在安全完整性等级为SIL4的情况中就会需要更大的置信区间，以此会限制“停止窗”的可靠遇到。

相应于上文结合所述实施例的阐述的是，按照本发明的装置以及按照本发明的方法最终实现了相应的安全需要(通过相应的安全完整性等级定义)和所提供的测量值的相应的置信区间(或者说配属的可信级别、即最终作为基础的或者说需要的准确度)之间的均衡。

Claims (15)

1.一种用于确定至少一个与轨道交通运输工具(10)的地点和/或至少一个动量有关的测量值的装置(20)，其特征在于，

-所述装置(20)被构造为，使得能够给所述装置指定安全完整性等级，并且

-所述装置(20)针对一个测量值或者针对多个测量值的至少一个测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。

2.按照权利要求1所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)被构造为，使得能够根据硬件和/或根据软件给所述装置指定安全完整性等级。

3.按照权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级是通过相应的配置、参数化或者设置指定的。

4.按照权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级是通过在通信技术上连接在所述装置(20)上的控制设备(80)指定的。

5.按照权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级是动态地在所述装置(20)运转的运行期间指定的。

6.按照权利要求5所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级是根据应用和/或根据情况指定的。

7.按照权利要求1或2所述的装置(20)，其特征在于，所述装置(20)被构造为，使得能够将测量值以及针对该测量值确定出的置信区间输出给列车安全系统的控制设备。

8.一种列车安全系统，其具有至少一个按照权利要求1至7之一所述的装置(20)。

9.一种用于运行装置(20)的方法，所述装置用于确定至少一个与轨道交通运输工具(10)的地点和/或至少一个动量有关的测量值，其特征在于，

-给所述装置(20)指定安全完整性等级，并且

-由所述装置(20)针对一个测量值或者针对多个测量值的至少一个测量值确定取决于相应的指定的安全完整性等级的置信区间。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，

根据硬件和/或根据软件给所述装置(20)指定安全完整性等级。

11.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，

所述装置(20)的安全完整性等级通过相应的配置、参数化或者设置被指定。

12.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级通过在通信技术上连接在所述装置(20)上的控制设备(80)被指定。

13.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级动态地在所述装置(20)运转的运行期间被指定。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述装置(20)的安全完整性等级根据应用和/或根据情况被指定。

15.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将至少一个测量值以及针对该测量值确定出的置信区间由所述装置(20)输出给列车安全系统的控制设备。

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