CZ304692B6

CZ304692B6 - Způsob stanovování polohy a/nebo umístění polohy objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ304692B6
Application number: CZ2002-3943A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Pierre Franckart
Original assignee: Alstom Belgium S. A.
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2014-09-03
Also published as: DE60107684T4; HUP0301104A2; DE60107684T2; SK18572002A3; CZ20023943A3; AU2001275609B2; EP1299746A2; CN1443311A; CN100362363C; ES2232648T3; BR0111762A; PL360261A1; EP1299746B1; CA2411797A1; AU7560901A; HU229304B1; CA2411797C; ATE284540T1; WO2002003094A2; PT1299746E

Abstract

Předmětem řešení je způsob stanovování polohy a/nebo místění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy. Poloha a/nebo umístění objektu se stanovuje platným výpočtem v daném čase, založeným jednak na elementárním měřením zahrnujícím alespoň jeden satelit a jednak na bezpečném zmapování známé trati. Zařízení pro stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, které obsahuje alespoň část zařízení spojenou s objektem, která obsahuje alespoň jeden centrální počítač (10), alespoň jeden přijímač/dekodér (5) signálů ze satelitu, rádiové rozhraní (4) a databázi obsahující zmapování (3) trasy, vykonávané objektem, centrální část zařízení obsahující centrální počítač, nejméně jedno rádiové rozhraní, sběrnicový systém, databázi obsahující zmapování trasy, aplikaci pro řízení modifikací zmapování a alespoň jednu konzolu a dále prvky rozhraní pohybující-se-objekt/centrální zařízení a člověk/pohybující-se-objekt.

Description

Způsob stanovování polohy a/nebo umístění polohy objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález pojednává o způsobu stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, která je známa lokalizačnímu zařízení, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy.

Vynález dále pojednává o zařízení k provádění tohoto způsobu.

Termínem „trasa“ je myšlena podsestava prostoru, vymezená trubicovým povrchem libovolného a proměnného průřezu, ve kterém je striktně vymezen pohyb vozidla. V případě, že může být zanedbán příčný průřez této trubice, dostávají se tím dvě rovnice spojující zeměpisnou délku, zeměpisnou šířku a nadmořskou výšku pohybujícího se objektu.

Tento vynález se přesněji týká způsobu stanovování polohy vlaku pohybujícího se po železniční trati, jejíž přesná trasa je známa.

Stejný princip může být aplikován i v situaci, kdy je známa jediná rovnice, tj. pohyb pohybujícího se objektu po známém povrchu.

Tento vynález se týká způsobu stanovování polohy a/nebo umístění vozidla, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, tj. dá se říct, že zahrnuje schopnost určit polohu, nebo přesněji zóny nepřítomnosti vozidla v sekci, a to téměř ihned, pro vozidlo, které se pohybuje po známé trase, a to vše provádět s danou pravděpodobností.

Toto stanovování polohy je založeno na použití navigačních satelitů nebo ekvivalentních majáků pozemní navigace, které se níže genericky nazývají „satelity“.

Dosavadní stav techniky

V železniční signalizaci není vlaku dovoleno vjet do určitého sektoru trati dokud není jisté, že vlak před ním tento úsek již opustil, tj. že daná traťová sekce je volná. Je proto důležité zjistit, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, zóny, ve kterých se dá spoléhat na nepřítomnost vlaku, s pásmem odchylky (chyby), které je předem dané, a je samozřejmě extrémně malé, například s maximální odchylkou řádově 10'⁹ a přednostně řádově 10'¹², a to vše provádět při každém opakování výpočtu.

Je známo stanovovat přesnou polohu objektu, zejména vlaku, s pomocí výpočtu polohy vůči třem satelitům, přičemž přijímače, které mohou přijímat informace ze satelitů, jsou schopné vypočítávat souřadnice pohybujícího se objektu s relativně vysokou přesností.

Nicméně je nutné přidávat přesné měření univerzálního času, což se může projevit jako složité a někdy na úrovni přijímače, například instalovaného ve vlaku, realizačně nákladné. Dále je třeba si povšimnout toho, že je nutné, aby různé satelity patřily do shodné konstelace a pro ně použít shodný referenční čas.

Z tohoto důvodu se obecně používá čtvrtý satelit, který umožňuje zpřesnit lokalizaci daného objektu řešením systému čtyř rovnic o čtyřech neznámých, aby se získaly tři souřadnice daného bodu a hodnota času.

- 1 CZ 304692 B6

Ve skutečnosti se na základě znalosti souřadnic těchto satelitů provádí odhad pomocí výpočtu vzdálenosti oddělující tyto satelity od objektu přijímače, jehož poloha se má odhadnout.

Existuje řada strategií jak zvýšit kvalitu a/nebo kvantitu používaných informací, využívaných jak v civilní, tak i ve vojenské oblasti, které umožnily zlepšit přesnost těchto měření.

K tomuto cíli je možno mezi jiným zmínit následující:

zvýšení počtu satelitů zahrnutých do měření, a to včetně pozemních stanic, korelace mezi následnými měřeními s cílem zmenšit váhu určitých příčin odchylek (chyb), radiové vysílání (přes satelit nebo jinak) místních opravných informací, např. DGPS, WAAS, zvýšení přesnosti měření časování synchronizací s nosnými vlnami satelitů, použití vysílání údržbových a řídících informací pozemní monitorovací sítí nebo sítěmi těchto konstelací satelitů.

Tyto různé dílčí informace se kompilují tak, aby se zlepšila co možná nejvíce nejpravděpodobnější hodnota polohy objektu zájmu a zvýšila její přesnost.

Kromě toho byly také navrženy různé techniky kódování a autokorelace tak, aby se zajistila ochrana proti elektromagnetické interferenci nebo zlomyslným činům, které se mohou objevit při měřeních.

Konečně je pro určité aplikace možné satelitní lokalizační systém doplnit komplementárními senzory, které mohou dále zvýšit kvantitu nebo kvalitu dostupných informací, např. v letectví čidly barometrického tlaku, čidly rotace vlakových náprav, spojenými s Dopplerovým radarem, částečnými nebo úplnými inerciálními stanicemi atd.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je popsat způsob a zařízení, které umožní bezpečné stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla, jako je vlak, který se pohybuje po známé trase.

Termínem „bezpečná lokalizace“ se myslí poloha, nebo přesněji nepřítomnost vlaku mimo zónu, které je znovu definována při každém výpočtu, s úrovní odchylky menší než 10'⁹ a přednostně schopné dosáhnout hodnoty 10¹².

Předkládaný vynález se týká způsobu stanovení polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, jehož podstatou je, že se poloha a/nebo umístění objektu stanovuje platným výpočtem v daném čase, založeným jednak na elementárním měření zahrnujícím alespoň jeden satelit na jednak na bezpečném zmapování známé trati, přičemž elementární měření (i) spočívá v tom, že se stanoví individuální oblast (D_f) podél trasy mezi dvěma milníky (M'_mj_n a M’_max), kde oblast závisí na standardní odchylce (σ_;) odchylek měření časování tohoto elementárního měření (i), rychlosti (c) světla, koeficientu (ct,) spojeného se souřadnicemi příslušného satelitu a trase trati a váhový koeficient (η), definující geometrii rozložení odchylek pro každý záznam měření, takže je předem definována pravděpodobnost (Pt) nepřítomnosti objektu v individuální oblasti (Di).

Přednostně se bezpečným zmapováním získávají dva vztahy se třemi neznámými, představujícími souřadnice objektu, jehož poloha a/nebo umístění se určuje, zatímco alespoň jeden další vztah mezi stejnými třemi neznámými se získává za pomoci informací vysílaných alespoň jedním satelitem, jehož poloha je známa.

-2CZ 304692 B6

Zaznamenávání elementárního měření je přednostně redundantní. To umožňuje určit skupinu individuálních oblastí pomocí skupiny elementárních měřících záznamů, prováděných simultánně ve stejném daném čase, které jsou založeny na rozdílných satelitech nebo dvojicích satelitů.

S výhodou se skupina individuálních oblastí (D,) stanovuje skupinou záznamů (i) elementárních měření, prováděných simultánně ve stejném daném čase, která jsou založena na odlišných satelitech nebo na dvojicích odlišných satelitů.

S výhodou se zvyšuje počet satelitů pro zaznamenávání skupiny elementárních měření simultánně.

S výhodou se stanovuje existence společné oblasti (D_o), která je definována jako průsečík jedné a přednostně všech, různých individuálních oblastí (Dj).

S výhodou se zamítají individuální oblasti (Dj), které nemají žádný společný bod se společnou oblastí (D_o).

Jestliže existuje nenulová společná oblast (D_o), stanovuje se s výhodou spojená oblast (D_u), která je spojením nezamítnutých individuálních oblastí (Di), jako oblast možné přítomnosti.

Pravděpodobnost nepřítomnosti ve spojené oblasti (D_u) se s výhodou definuje jako součin pravděpodobností nepřítomnosti ve známých individuálních oblastech (Dj).

Individuální oblasti (Dj^b), definující spojenou oblast (Du) závisí na parametru (pb) definujícím geometrii rozložení odchylek, který je větší než nebo roven parametru (pa), vybranému pro stanovování individuálních oblastí (Dj³), definujících společnou oblast (Do).

S výhodou se elementární měření provádí za pomoci nejméně dvou satelitů za použití stejného referenčního času.

Dva satelity, které se vybírají pro elementární měření, s výhodou patří do stejné konstelace.

S výhodou se elementární měření provádí za pomoci nejméně jednoho satelitu patřícího ke konstelaci a přijímače spojeného s objektem, který se pohybuje podél známé trasy, přičemž přijímač má hodiny synchronizované s referenčním časem konstelace, ke které satelit náleží.

To znamená, že je dostačující zvýšit počet satelitů za tím účelem, aby se současně provedla skupina elementárních měření.

Výhodně se určí existence společné oblasti, která je definována jako průsečík, přednostně všech, různých individuálních oblastí. Obzvláště přednostně se odmítnou individuální oblasti, které nemají se společnou oblastí žádný společný bod.

Odtud plyne, že pokud existuje nenulová společná oblast, oblast možné přítomnosti pohybujícího se objektu se určuje jako spojení všech nezamítnutých individuálních oblastí.

Z toho se odvozuje, že pravděpodobnost nepřítomnosti vně spojené domény je definována jako součin pravděpodobností nepřítomnosti ve známých individuálních oblastech.

Podle jednoho výhodného provedení závisejí individuální oblasti, definující sjednocenou oblast, na parametru definujícím geometrii rozložení odchylek, který je větší nebo rovný parametru vybranému pro stanovení individuálních oblastí definujících společnou oblast.

-3 CZ 304692 B6

Vynález se také týká zařízení pro stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, které podle vynálezu spočívá v tom, že obsahuje část zařízení spojenou s objektem, která obsahuje alespoň jeden centrální počítač, alespoň jeden přijímač/dekodér signálů přicházejících zjednoho nebo více satelitů, rádiové rozhraní a databázi obsahující zmapování trasy, vykonávané objektem, centrální část zařízení obsahující centrální počítač, nejméně jedno rádiové rozhraní, sběmicový systém, databázi obsahující zmapování trasy, aplikaci pro řízení modifikací zmapování a alespoň jednu konzolu a dále prvky rozhraní pohybující-se-objekt/centrální zařízení a rozhraní člověk/pohybující-se-objekt.

Přijímač/dekodér obsahuje s výhodou hodiny, synchronizované s referenčním časem konstelace satelitů.

Zařízení podle vynálezu dále výhodně obsahuje skupinu komplementárních senzorů.

Centrální zařízení je nejlépe volitelně přenosné.

Způsob stanovování polohy a/nebo umístění objektu, konkrétněji vlaku, pohybujícího se podél známé trasy, může být ve skutečnosti interpretován podle dvou odlišných režimů činnosti:

lineární režim, když vlak jede podél trati bez větvení v blízkosti jeho polohy, a topologický režim, když vlak přijíždí do výhybkové zóny nebo když ještě není jisté, zda tuto zónu opustil.

Tento vynález se přesněji vztahuje k stanovování polohy vlaku pohybujícího se v lineárním režimu.

V případě pohybu v topologickém režimu, tj. např. v blízkosti výhybkové zóny, budou dále popsány příklady uskutečnění, které umožňují rychle přepnout z topologického režimu do lineárního režimu, a proto aplikovat způsob podle tohoto vynálezu.

Samozřejmě, že je možné provést jakékoliv zobecnění co do pohybu vozidla podél známé trasy, např. na člun pohybující se po síti kanálů, auto pohybující se po silnici nebo dálnici, jejíž přesná trasa je známa, atd.

Je třeba si uvědomit, že v oblasti železniční signalizace je trasa objektu, a přesněji vlaku, známa s přesností a jistotou. Je proto prostě účelné zjistit, zda se vlak nepřibližuje k nějakému nebezpečnému místu, tj. specifickému úseku tratě, a signalizovat jeho přítomnost vlaku, který jede za ním, dokud ten druhý nemůže vjet do úseku, aniž by existovalo riziko kolize.

Obnovovací čas v železničním systému by měl být nejvýše jedna až několik sekund.

Lineární režim

V tomto režimu je vlak lokalizován v podmínkách oblasti, definované dvěma milníky, tj. jako interval spolehlivosti definovaný dvěma křivočarými souřadnicemi, ve kterých pro identifikovanou trať, jejíž přesná trasa je známa (nebo přinejmenším jestliže ne přesná trasa, tak pravděpodobná trasa v bezpečném slova smyslu), a tak je možné definovat nepřítomnost vlaku s nezbytně nízkou úrovní chyby.

Zmapování tratě dává dvě bezpečně známé rovnice mezi třemi souřadnicemi, tj. zeměpisnou výškou, šířkou a nadmořskou výškou. Zmapování se uloží do bezpečné databáze a při zahájení služby se natáhne do zařízení, které je ve vlaku, zatímco se zaručuje integrita obsahu konven-4CZ 304692 B6 čními bezpečnostními prvky železniční dopravy: kódováním, nadbytečností. Jeho aktualizace, pokud je namístě, je většinou řízena vhodným protokolem.

Třetí rovnice bude dána elementárním měřením zahrnujícím alespoň jeden satelit, raději dvojici satelitů. Tj.:

buď měření přenosového času mezi satelitem a přijímačem, umístěným na pohybujícím se objektu, zde vlaku, kterým se definuje vzdálenost mezi satelitem a přijímačem, a které se provádí v případě, že přijímač má hodiny synchronizované s referenčním časem konstelace, do které satelit patří.

nebo měření rozdílu mezi přenosovými časy každého ze satelitů z dvojice satelitů a jejich přijímačem, který je umístěn v pohybujícím se objektu, zde vlaku, v případě, že přijímač není vybaven hodinami synchronizovanými s referenčním časem konstelace, do které satelity patří.

Je třeba si povšimnout toho, že v případě, kdy se zaznamenává elementární měření za pomoci dvou satelitů, patřících přednostně ke shodné konstelaci nebo alespoň přinejmenším ke konstelaci, využívající shodný referenční čas, není nutné, aby měl přijímač ve vlaku hodiny synchronizované s tímto referenčním časem.

Opačně, v případě, že se elementární měření provádí pouze s jedním satelitem, je pro přijímač umístěný ve vlaku důležité, aby byl opatřen hodinami synchronizovanými s referenčním časem konstelace, ke které satelit patří.

To zvyšuje náklady na realizaci tohoto způsobu podle vynálezu, avšak sníží počet satelitů potřebných pro každé elementární měření.

V průběhu elementárního měření (i=l), se proto provede pokus určit za využití systému rovnic, a to tří nebo čtyř, se skupinou neznámých, tří nebo čtyř, polohu uvedeného pohybujícího se dopravního prostředku, nebo přesněji oblast D_;, definovanou na trase dvěma milníky M¹^ a M‘_max, které jsou počítány od referenčního místa, které je libovolné, avšak jedinečné pro každou řadu a které jsou odděleny vzdáleností r|_a c Oj aj, kde η₃ je bezrozměrný koeficient definující geometrii rozložení odchylek, c je rychlost světla,

Oj je známá standardní (směrodatná) odchylka u odchylek měření časování a Oj je bezrozměrný koeficient spojený se souřadnicemi satelitů a s trasou trati.

Jestliže Oj označuje známou standardní odchylku u odchylek chyb měření časování v průběhu tohoto prvního elementárního měření, prováděného např. za pomoci první dvojice satelitů, potom se může ± η₃ σ, považovat za hranici odchylky měření s pravděpodobností P_a (např. 10'² až 10’⁴), která definuje η₃ jako bezrozměrný koeficient, který umožňuje udělat předpoklad, že při provádění měření se jedná o Gaussovo rozložení. Obvykle je η_Η v rozmezí 1 až 4, přednostně 2 až 3. Konkrétně, jestliže je η₃ příliš veliké snižuje se tím přísnost kritérií pro měření, tj. zvyšuje se pravděpodobnost úrovně odchylky. Naopak, jestliže je η₃ příliš malé, zvyšuje se riziko, že měření nebudou konvergovat, a tudíž že se takové elementární měření zamítne.

η₃ a počet elementárních měření, a tudíž počet používaných satelitů, je třeba zvolit tak, aby se docílily předem definované pravděpodobnostní podmínky.

Je třeba si povšimnout toho, že Oj obsahuje náhodně rozložené odchylky, spojené např.:

-5 CZ 304692 B6 s rychlostí šíření vlny v ionosféře a troposféře, s relativními kalibračními odchylkami vnitřních hodin satelitů, s odchylkami mezi jejich aktuální polohou a jejich vysílanou polohou, s odchylkami synchronizace s přijatými zprávami, atd.

Elementární měření se opakuje k-krát, a to s k satelity nebo s k dvojicemi satelitů. Těchto k elementárních měření se dá provést využitím různých konstelací. Toto určuje oblasti D₂a...D_ka stejného typu jako Dia.

Jestliže všechny tyto oblasti D,^a obsahují podsestavu milníků, která je jim společná, je společná oblast D_o ^a definována jako průsečík oblastí D,^a. V tomto případě jsou parametry subsystému používaných satelitů ve svém normálním režimu provozu, přinejmenším pro měření požadovaná v daném okamžiku. To může být zavedeno jako nezbytná podmínka v kalkulačním algoritmu.

Kromě toho, jestliže se splní existence podmínky D_o ^a, lze pravděpodobnost, že v podsestavě používaných satelitů bude existovat neznámá anomálie, zanedbat, takováto anomálie by mohla vést k tomu, že by měření bylo neplatné, nebo k tomu, že by byla podhodnocena pravděpodobnost odchylky ve vypočtené oblasti. V opačném případě se mohou použít komplementární měření za využití jednoho nebo dvou dodatečných satelitů.

Je třeba si povšimnout, že výše přijaté zdůvodnění je provedeno na základě dvojice satelitů. Stejné zdůvodnění by mohlo být samozřejmě provedeno za pomoci jednotlivých satelitů, interaktivně působících s přijímačem, pokud má přijímač hodiny synchronizované s referenčním časem konstelace, do které satelit nebo satelity patří. Nicméně, předpoklad hodin synchronizovaných s referenčním časem konstelace, jako jsou césiové hodiny, je stále relativně nákladný a tak je pravděpodobné, že toto řešení nebude přímo očekávané.

Konečně, jestliže budou používané dvojice satelitů patřit k různým konstelacím nebo pokud vhodné monitorování umožní zajistit, že v dané konstelaci není společná režimová odchylka, potom pravděpodobnost, že aktuální poloha je vně sjednocené oblasti D_u ^b, definované jako sjednocení individuálních domén Dj^b: 2 c o, a_Í5 bude nejvýše rovna (Pb)^k, což dává přístup k pravděpodobnostem odchylky v rozsahu 10'⁹ až 10’¹², které jsou nezbytné.

Koeficient je definován s ψ η₃ tak, že pravděpodobnost P_b toho, že poloha bude vně oblasti 2 T|b c o; a;, může být zvolena tak, aby byla co nejmenší, např. 10³ až 10'⁶.

V rámci dané konstelace může být nepřítomnost společné režimové odchylky stanovena, např. vyhledáním poloh známých pevných stanic na základě stejné dvojice satelitů. Anomálie může být sdělena do vlaků buď přes příkazové stanoviště, nebo přes místní radiové spojení. Čas potřebný pro tuto operaci musí být potom přičten k době výpočtu jako takové.

Topologický režim

Jak to již bylo popsáno výše, pohyb vlaku v topologickém režimu by měl být přepnut co nejrychleji do pohybu v lineárním režimu, aby mohl být co nejrychleji použit způsob podle tohoto vynálezu.

Jako příklad, jestliže jeden vlak jede za jiným vlakem a trať mezi těmito dvěma vlaky neobsahuje žádná výhybková místa, je umístěni vlaku, který je na trati vzadu, je provedeno výhradně v lineárním režimu, jeho povolené omezení pohybu bude vypočteno na základě možné znalosti konce vlaku před ním, což může obsahovat přímý nebo nepřímý dialog s tímto vlakem.

-6CZ 304692 B6

Podobně, jestliže se vlak blíží k nějakému výhybkovému místu, poskytuje systém jistotu, že mezí výhybkovým místem a jím není žádný jiný objekt, čímž je mu umožněno například si „přivlastnit“ (jednokolejné) znamení (token) spojené s výhybkovými místy.

Jestliže vlastní toto znamení, může změnit výhybkové místo podle trasy, která je tomuto vlaku přidělena řídicím centrem. Jestliže má potvrzeno, že výhybkové místo je zajištěno v požadované poloze, je známa topologie trati vlaku v okolí výhybkového místa a situace se tak přemění na předešlý případ a lokalizace tak zase může pracovat v lineárním režimu, stranou od skutečnosti, že může být nezbytné změnit referenční milník poté, co překročil výhybkové místo tak, aby se zafixovala nová trať, kterou se jede.

Znamení je potom vráceno zpět výhybkovému místu, když byla zaregistrována skutečnost, že konec vlaku opustil toto místo, aje potom dostupné pro následující vlak.

Vrácení znamení bude často spojeno se změnou mapování (nová známá trasa).

Závěrem je, že se situace v tomto příkladu přepnula zpět do režimu lineárního pohybu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 představuje část zařízení, kterou je nutné mít ve vlaku, aby bylo možné použít způsob podle prvního příkladu provedení vynálezu.

Obr. 2 představuje část zařízení, kterou je nutné mít na trati, aby bylo možné použít způsob podle prvního příkladu provedení vynálezu.

Obr. 3 představuje část zařízení, kterou je nutné mít na centrálním stanovišti, aby bylo možné použít způsob podle prvního příkladu provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Mezi různými provedeními způsobu podle tohoto vynálezu bude popsán jeden, který je nejtypičtější. Je popsán s odkazem na výše uvedené obrázky, které příslušně popisují specifické nebo upravené součásti, které jsou umístěny na palubě vlaku, na trati a na kontrolním stanovišti.

Obr. 1 představuje zařízení pro instalaci na palubě vlaku tak, aby mohl být využit způsob podle prvního provedení vynálezu, ve verzi, která není nadbytečná pro zvýšení dostupnosti.

Specificky, podle technologie použitého satelitního přijímače a jeho dekodéru může být toto zařízení zdvojeno, takže vysílané informace týkající se jiného satelitu nemohou být ovlivněny chybami obvyklou koherentní cestou.

Jednotka vlakového rozhraní (Train Interface Unit, zkráceně TIU) 1. implementována v případě, že k systému je přidána funkční ochrana vlaku (ATP).

Rozhraní 2 mezi člověkem a strojem, (Man Machine Interface, zkráceně MMI) je normálně přítomné pro zajištění dialogu s řidičem. Může být vynecháno v případě existence přísného ochranného systému, který není spojen se signalizací v kabině. Dvě kabiny daného vlaku mohou být vybaveny a používat stejný bezpečný počítač 10.

Zmapování 3 trati je paměťový rozsah, který je řízený bezpečným počítačem 10 v průběhu normální operace, navíc s procedurou na testování jejího obsahu přes rádio 4 a centrální stanoviště

-7CZ 304692 B6 při zahájení provozu. Pokud je nezbytná nějaká aktualizace, může být použita vhodná procedura. Toto může zahrnovat ověření strojvůdcem přes rozhraní 2 mezi člověkem a strojem.

Rádio 4 je standardní rozhraní pro rádio pozemních vlaků analogového nebo digitálního typu, např. GSM-R.

Bezpečný počítač 10 (podle principu bezpečnosti v podmínkách železniční dopravy) používá konvenční technologie, jako je kódování (např. NISAL nebo FIDARE) nebo redundanci (např. 2 ze 2), která jsou volitelně spojena s redundancí tak, aby se zlepšila dostupnost (1 ze 2, 2 ze 3, 2 ze 4).

Bezpečný počítač 10 je ve spojení s přijímačem/dekodérem prvního satelitu 5 a přijímačem/dekodérem druhého satelitu 6. Obvykle jsou tyto přijímače/dekodéry vícekanálové přijímače/dekodéry a mohou být simultánně ve spojení se skupinou satelitů.

Podle jiného provedení je postačující mít jeden přijímač/dekodér, který je umístěn ve vlaku a který je opatřen hodinami synchronizovanými s referenčním časem konstelace satelitů. V tomto příkladu je pro zaznamenání každého měření postačující jeden satelit.

Verze se zvýšenou dostupností mohou být vytvořeny přidáním, podle požadavků, dodatečných přijímačů, dodatečného radiového rozhraní, redundantní architekturou pro centrální počítač (jehož paměť obsahuje zmapování), částečnou nebo úplnou redundantní architekturou pro rozraní člověk/stroj (MMI) a jednotku vlakového rozhraní (TIU).

Verze se zvýšenou přesností jsou vytvořeny případným přidáním komplementárních senzorů 7, např. akcelerace, gyroskopy. Dopplerovy radary, atd.

Obr. 2 představuje základní verzi, která může být redundantní tak, aby se umožnilo zlepšit dostupnost hlavní objekt ovládající části zařízení, které je nezbytné na trati.

Jestliže je to nutné, řídí ovladač 20 objektu příslušnou komponentu 22 na trati (objekt) a přijímá z ní příslušné kontroly a stavové proměnné. Řídí tak znamení 23 a uchovává ho, pokud není používáno vlakem nebo přenosným nebo pevným speciálním vybavením. Radiové rozhraní je podobné jako to, které je na palubě vlaku.

Stejně jako v případě palubního zařízení mohou být provedeny různé verze s redundancí.

Je také možné uvažovat traťové vybavení, které je přenosné a je zamýšleno pro dělníky na trati a pro jisté nouzové interakce s dopravou. Zejména umožňuje dělníkům zjistit, kde jsou na síti, bez rizika odchylky, aby se bezpečně provedla vhodná dopravní omezení, a následně se zrušila, a také, aby se doplňkově přijímala varování o přijíždějících vlacích.

V jednom z možných provedení je architektura tohoto vybavení velmi podobná té, která je u vybavení na palubě vlaku.

Funkčnosti rozhraní člověk/stroj (MMI) jsou modifikované: neobsahují ty, které jsou založeny na dynamické informaži od vybavení, tj. vzdálenost cíle, rychlost, atd., avšak místo toho umožňují určité operace se znameními systému.

Jednotka vlakového rozhraní TIU) se stává rozhraním pro upozorňování, například zvukově, na přijíždějící vlak.

-8CZ 304692 B6

Aby se zvýšila přesnost v okolí kritických míst, např. příjezdech do stanice, nebo pro účely monitorování používané konstelace, může být na vhodných místech uspořádáno zařízení, které je komplementární k pevnému místu tratě. Toto zařízení je opět velmi podobné zařízení popsanému na obr. 1, avšak v tomto případě neobsahuje ani jednotku vlakového rozhraní (TIU), ani rozhraní člověk/stroj (MMI). Dále není principiálně vybaveno funkčnostmi pro ovládání znamení, avšak je pouze zamýšleno pro komunikování na žádost vlaků nebo centrálního stanoviště pro podchycení okamžitých rozdílů polohy (lineárního umístění) pro každou dvojici satelitů používanou systémem, který šije může převzít. Tyto rozdíly jsou používány pro redukování intervalu spolehlivosti měření a pro ověřování používaných satelitů.

Obr. 3 popisuje centrální stanoviště podle výhodného provedení, které je charakterizováno tím, že je bezpečně zpracováván minimální počet funkcí. Odděleně od řízení mapování jsou základní funkce zařízení implementovány, aniž by se uchýlily k bezpečnosti na centrálním stanovišti.

V praxi mohou být doplněna bezpečnostní zařízení 40, 41, 42, 43, 44 tak, aby se komplementární funkce zrealizovaly z centrálního počítače 30: bezpečnost dělníků na trati, různé ochrany, dálkové funkce pro kompatibilitu s neúplně vybavenými lokomotivami, záloha pro případ poruchy, atd.

Ovládání mapování 33 se provádí vně reálného času, avšak bezpečně prostřednictvím vyhrazeného zařízení 38.

Organizace systému, např. priority pro vlaky, instrukce jim dávané pro vytvoření kontaktu s různými ovladači objektů tak, aby si převzaly od nich příslušná znamení, atd., se provádí centrálním počítačem a operátorem přes operační dohlížitelskou konzolu 42, a v souladu s předem danými časovými rozvrhy přes ovládací konzolu 41 časových rozvrhů.

Sledování údržby a konkrétní zásahy, jako ve stavu nebezpečí, zálohování pro částečně vadné vlaky atd., se může provádět pomocí specializovaných konzol 40, 41, 42, 43, 44, jako je to znázorněno na obr. 3, nebo např. přes stejnou konzolu jako je operační dohlížitelská konzola. Celkový počet ovládacích konzol 40, 41, 42, 43, 44 je třeba upravit podle požadavků na instalaci.

Rádiová rozhraní 34, 35, 36 spojují centrální počítač 30 s komunikujícími satelity přes rádiovou sběrnici 37, která je obecně redundantní.

Průmyslové využití

Vynález je zejména vhodný pro použití v bezpečnostních drážních systémech, ale i v dalších aplikacích, kdy je zapotřebí znát přesnou polohu nějakého objektu, který se pohybuje po předem známé trase.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, vyznačující se tím, že se poloha a/nebo umístění objektu stanovuje platným výpočtem v daném čase, založeným jednak na elementárním měření zahrnujícím alespoň jeden satelit a

-9CZ 304692 B6 jednak na bezpečném zmapování známé trati, přičemž elementární měření (i) spočívá v tom, že se stanoví individuální oblast (Dj) podél trasy mezi dvěma milníky (M'_mjn a M‘_max), kde oblast závisí na standardní odchylce (Oj) odchylek měření časování tohoto elementárního měření (i), rychlosti (c) světla, koeficientu (aj) spojeného se souřadnicemi příslušného satelitu a trase trati a váhový koeficient (η), definující geometrii rozložení odchylek pro každý záznam měření, takže je předem definována pravděpodobnost (Pí) nepřítomnosti objektu v individuální oblasti (Dj).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se bezpečným zmapováním získávají dva vztahy se třemi neznámými, představujícími souřadnice objektu, jehož poloha a/nebo umístění se určuje, zatímco alespoň jeden další vztah mezi stejnými třemi neznámými se získává za pomoci informací vysílaných alespoň jedním satelitem, jehož poloha je známa.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zaznamenávání elementárního měření je redundantní.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že skupina individuálních oblastí (Dj) se stanovuje skupinou záznamů (i) elementárních měření, prováděných simultánně ve stejném daném čase, která jsou založena na odlišných satelitech nebo na dvojicích odlišných satelitů.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se zvyšuje počet satelitů pro zaznamenávání skupiny elementárních měření simultánně.
6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že se stanovuje existence společné oblasti (D_o), která je definována jako průsečík jedné a přednostně všech, různých individuálních oblastí (Dj).
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že se zamítají individuální oblasti (Dj), které nemají žádný společný bod se společnou oblastí (Do).
8. Způsob podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že jestliže existuje nenulová společná oblast (D_o), stanovuje se spojená oblast (D_u), která je spojením nezamítnutých individuálních oblastí (Dj), jako oblast možné přítomnosti.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že pravděpodobnost nepřítomnosti ve spojené oblasti (D_u) se definuje jako součin pravděpodobností nepřítomnosti ve známých individuálních oblastech (Dj).
10. Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že individuální oblasti (Dj^b), definující spojenou oblast (Du) závisí na parametru (T|b) definujícím geometrii rozložení odchylek, kteiý je větší než nebo roven parametru (η3), vybranému pro stanovování individuálních oblastí (D;^a), definujících společnou oblast (Do).
11. Způsob podle některého z nároků lažlO, vyznačující se tím, že se elementární měření provádí za pomoci nejméně dvou satelitů za použití stejného referenčního času.

- 10CZ 304692 B6
12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že dva satelity, které se vybírají pro elementární měření, patří do stejné konstelace.
13. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se elementární měření provádí za pomoci nejméně jednoho satelitu patřícího ke konstelaci a přijímače spojeného s objektem, který se pohybuje podél známé trasy, přičemž přijímač má hodiny synchronizované s referenčním časem konstelace, ke které satelit náleží.
14. Zařízení pro stanovování polohy a/nebo umístění objektu, zejména vozidla jako je vlak, pohybujícího se podél známé trasy, a to bezpečně podle podmínek železniční dopravy, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň:

část zařízení spojenou s objektem, která obsahuje alespoň jeden centrální počítač (10), alespoň jeden přijímač/dekodér (5) signálů přicházejících z jednoho nebo více satelitů, rádiové rozhraní (4) a databázi obsahující zmapování (3) trasy, vykonávané objektem, centrální část zařízení obsahující centrální počítač, nejméně jedno rádiové rozhraní, sběmicový systém, databázi obsahující zmapování trasy, aplikaci pro řízení modifikací zmapování a alespoň jednu konzolu a dále prvky rozhraní pohybující-se-objekt/centrální zařízení a rozhraní člověk/pohybující-se-objekt.
15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že přijímač/dekodér (5) obsahuje hodiny synchronizované s referenčním časem konstelace satelitů.
16. Zařízení podle nároku 14 nebo 15, vyznačující se tím, že dále obsahuje skupinu komplementárních senzorů (7).
17. Zařízení podle některého z nároků 14 až 16, vyznačující se tím, že centrální část zařízení je volitelně přenosná.