DE10042574A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Zuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung macht es möglich, mit vergleichsweise wenig aufwendigen Mitteln eine Mehrzahl von Zügen (Z) auf einer insbesondere sehr weitläufigen Bahnanlage sicher zu führen, ohne dass es auf den Zügen irgendeiner Kenntnis der Strecke und an der Strecke irgendwelcher streckenseitiger Ortungseinrichtungen für die Züge bedarf. Für die Eigenortung der Züge kommt vorzugsweise eine Satellitenortung in Frage, die es gestattet, den Fahrort eines Zuges und damit seinen aktuellen Anhaltebereich (AR) hinreichend genau zu bestimmen. Durch die Bestimmung solcher Anhaltebereiche für die Züge und durch die Vorgabe von für die Züge geltenden flächigen Streckenbereichen (SP1) jeweils in Form von Polygonen in einem einheitlichen Koordinatensystem ist es möglich, etwaige Kollisionen dieser Polygone zuverlässig zu erkennen, um daraufhin rechtzeitig die Zuweisung aktueller Streckenbereiche (SP11) anzufordern oder mit der Bremsung zu beginnen. Die Züge selbst wissen nicht, wo konkret sie sich auf der Strecke befinden und wie die Strecke aussieht; sie wissen nur, ob bzw. dass sie sich innerhalb eines ihnen zugewiesenen flächigen Streckenbereiches aufhalten. Eine Zentrale gibt den jeweiligen Zielpunkt (ZP1) eines Zuges durch die Koordinaten (S5, S6) des Zielpunktes innerhalb des jeweils zugewiesenen Streckenpolygons (SP1) vor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 sowie auf eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Einrichtung.

Im sogenannten Funk-Fahr-Betrieb sind die herkömmlich einem Stellwerk zugeordneten Funktionen des Stellens und Sicherns von Fahrwegelementen ausschließlich auf lokale Fahrwegele­ mentrechner und Fahrzeugrechner verteilt (Signal + Draht 4/99, S. 18-22). In einer Zentrale werden die Betriebszustände der Fahrwegelemente und die Positionen der Fahrzeuge auf der Strecke visualisiert. Um eine Zugfahrt durchzuführen, weist ein Fahrdienstleiter einem Zug auf dessen Anforderung per Funkübertragung einen Fahrweg zu. Die Fahrwegzuweisung be­ steht aus einer Liste von logischen Fahrwegabschnitten, die den Zug und nur diesen dazu berechtigt, diese Fahrwegab­ schnitte zu befahren. Eine einmal erteilte Fahrwegzuweisung bleibt bestehen, bis sie abgefahren ist oder bis sie zurück­ genommen wird. Zur Sicherung der Zugfolge werden weder Signa­ le noch punktförmige Zugbeeinflussungseinrichtungen benötigt; eine konventionelle Gleisüberwachung durch Achszähler oder Gleisstromkreise wird ebenfalls nicht benötigt, weil die Züge selbst ihren jeweiligen Fahrort bestimmen und damit erkennen, ob sie sich noch in den ihnen zugewiesenen Abschnitten befin­ den, wann sie spätestens neue, aktuelle Fahrwegzuweisungen anfordern sollen und wann sie beim Ausbleiben solcher aktuel­ len Fahrwegzuweisungen mit dem Bremsen beginnen müssen. Das System des Funk-Fahr-Betriebes bietet Schutz vor Folgefahr­ ten, Gegenfahrten und Flankenfahrten von Zügen, die mit ent­ sprechenden Kommunikationsmitteln ausgerüstet sind. Diese Fahrten werden durch Bremskurven auf die Grenzen von Fahr­ wegabschnitten und auf Gefahrenpunkte verhindert. Fahrwegele­ mente sind vorzugsweise Weichen und Bahnübergänge. Der Be­ griff Züge wird nachfolgen sowohl für Einzelfahrzeuge als auch für aus mehreren Einzelfahrzeugen gebildete Fahrzeugver­ bände verwendet.

Für die Eigenortung der Züge im Gleisnetz bietet sich die Sa­ tellitenortung an. Sie ist preiswert, zuverlässig und neuer­ dings nur noch mit einem geringen Ortungsfehler behaftet, der sich durch zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. am Gleis angeord­ nete feste Ortungspunkte, noch verringern lässt. Für die Ei­ genortung eines Zuges auf einer Strecke ist aber nicht nur ein Satellitenortungssystem erforderlich; vielmehr ist im Funk-Fahr-Betrieb auf dem Zug auch ein die Strecke hinrei­ chend genau wiedergebender Streckenatlas erforderlich, damit der Zug feststellen kann, ob er sich innerhalb der ihm zuge­ wiesenen Fahrwegabschnitte befindet und wo genau er sich be­ findet. Ein besonderes Problem besteht noch darin, dass die Fahrzeuge ihre aus der Satellitenortung gewonnenen Ortsposi­ tionen auf die Koordinaten ihres Streckenatlas umrechnen müs­ sen, um sich im Bahnnetz zurechtzufinden.

Insbesondere bei großflächigen Bahnanlagen, wie sie z. B. in Nordamerika oder in Australien vorkommen, besteht der Wunsch, aus Kostengründen ohne derartige Streckenatlanten auf den Zü­ gen auszukommen. Stattdessen sollen die Züge für die Eigenor­ tung und für die Bestimmung ihres Fahrortes auf der Strecke ausschließlich Satellitenortung anwenden; eine streckenseiti­ ge Infrastruktur für die gleisseitige Ortung soll wie auch beim Funk-Fahr-Betrieb nicht erforderlich sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren an­ zugeben, mit dem es für die Züge möglich ist, sich innerhalb eines ihnen von einer Zentrale zugewiesenen Streckenbereiches zu bewegen, ohne dass es hierzu auf den Zügen eines die Strecke wiedergebenden Streckenatlas bedarf. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine hierfür geeignete Einrichtung aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 8.

Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, einem Zug die von ihm zu befahrenden Gleise nicht konkret durch die Angabe der zugehörigen Gleisabschnitte zuzuweisen, sondern die Fahrwegzuweisung durch Angabe eines flächigen Streckenbereiches vorzunehmen, innerhalb dessen sich der Zug aufzuhalten hat. Dieser flächige Streckenbereich wird durch ein den Aufenthaltsort des Zuges und sein Fahrziel umschlie­ ßendes Polygon beschrieben, dessen Eckpunkte im Koordinaten­ system der Satellitenortung benannt werden. Damit ist es ei­ nem Zug möglich, sich selbst über die Satellitenortung inner­ halb des zugewiesenen Streckenbereiches zu orten und eine Entscheidung dahingehend zu treffen, ob er die Strecke wei­ terhin mit einer zulässigen Geschwindigkeit befahren darf, eine aktuelle Fahrwegzuweisung anfordern soll oder zum Ver­ meiden eines Konfliktes mit der Bremsung zu beginnen hat. Diese Entscheidung wird dadurch getroffen, dass der Zug um sich herum einen virtuellen Aufenthaltsraum feststeckt, der ausgehend von dem aktuellen Ortungsergebnis das Vertrauensin­ tervall der Ortung und seinen jeweiligen Anhalteweg umfasst. Berührt oder schneidet der so gebildete Anhalteraum des Fahr­ zeugs an irgendeiner Stelle das zugewiesene Strecken-Polygon, so hat der Zug mit der Bremsung zu beginnen; die Anforderung einer neuen Fahrwegzuweisung erfolgt zweckmäßigerweise schon bevor der Zug mit seinem virtuellen Anhalteraum das Polygon des zugewiesenen Streckenbereichs schneidet. Der besondere Vorteil bei der Vorgabe von Polygonen sowohl für den jeweils befahrenen Streckenbereich als auch für den Anhalteraum eines Zuges ist darin zu sehen, dass es sehr effiziente Algorithmen gibt, mit denen sich bestimmen lässt, ob bestimmte Punkte, in diesem Falle Streckenpunkte, innerhalb eines Polygons liegen oder außerhalb, d. h. für die erfindungsgemäße Fahrzeugsteue­ rung braucht keine neue Software entwickelt werden, sondern es kann auf eine bewährte Software zurückgegriffen werden, was sich günstig auf die Entwicklungszeit eines solchen Sy­ stems und auf die Entwicklungs- und Betriebskosten auswirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand ein in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch einen Streckenausschnitt mit zwei Durchgangsgleisen 1 und 2 und einem Verbindungsgleis 3. Augenblicklich wird das Gleis 1 von einem Zug Z befahren, dem zu einem früheren Zeitpunkt von einer Zentrale für seine Fahrt von einem Startpunkt SP1 zu einem Zielpunkt ZP1 ein Streckenpolygon SP1 zugewiesen wurde. Dieses Streckenpolygon ist definiert durch die Koordinaten S1 bis S10. Das Strecken­ polygon SP1 umschließt den Startpunkt und den Zielpunkt des Zuges Z sowie die zum Erreichen dieses Zielpunktes erforder­ lichen Gleise. Das Streckenpolygon SP1 hätte auch eine andere Form, z. B. die Form eines Rechteckes aufweisen können. Wich­ tig ist nur, dass von dem Streckenpolygon alle zu befahrenden Gleisabschnitte vom Start- zum Zielpunkt umschlossen werden;

ein größeres Streckenpolygon, dass mehr als die tatsächlich zu befahrenden Gleise umfaßt, könnte zu Betriebsbehinderungen führen, wenn andere Züge die von dem Zug 21 zum Erreichen seines Fahrziels tatsächlich nicht benötigten Gleise, z. B. Teile des Gleises 2, befahren wollten. Die Eckpunkte des von einer Streckenzentrale vorgegebenen Streckenpolygons sind in dem gleichen Koordinatensystem angegeben wie die Koordinaten des zugseitigen Ortungssystems. Damit ist es dem Zug ohne je­ de Mühe möglich, festzustellen, ob er sich innerhalb des ihm zugewiesenen Streckenpolygons aufhält oder nicht. Ein Streckenatlas wird nicht benötigt, auch eine Umrechnung von Posi­ tionsangaben in unterschiedliche Koordinatensysteme ist nicht erforderlich. Allerdings weiß der Zug Z nicht Bescheid über die tatsächliche Gleisführung, sondern nur darüber, dass er sich innerhalb eines ihm zugewiesenen flächigen Streckenbe­ reiches aufhält bzw. sich dessen Grenze nähert.

Der Zug Z ortet sich innerhalb der von ihm befahrenen Bahnan­ lage vorzugsweise über Satellitenortung. Das jeweilige Or­ tungsergebnis ist mit einer gewissen Unsicherheit in der Grö­ ßenordnung einiger Meter behaftet. Der tatsächliche Fahrort des Zuges liegt in einem von der Ortungsgenauigkeit abhängi­ gen Ortungsintervall, dem sogenannten Vertrauensintervall der Ortung, das dem Zug bekannt ist. Um bedarfsweise rechtzeitig mit einem Bremsvorgang zu beginnen, muss das Fahrzeug neben einem durch das Ortungsergebnis und das jeweilige Vertrauens­ intervall der Ortung definierten Aufenthaltsraum auch seinen Anhalteweg berücksichtigen. Dies kann durch Berücksichtigung eines von einer maximalen Fahrgeschwindigkeit und einer mini­ malen Bremsverzögerung ausgehenden Bremsweges geschehen oder auch durch Berücksichtigung der tatsächlichen Fahrgeschwin­ digkeit des Zuges und seines tatsächlichen Bremsvermögens; über beide Größen ist der Zug unterrichtet. Der jeweilige An­ halteweg vergrößert den Aufenthaltsraum, innerhalb dessen sich ein Zug befindet und innerhalb dessen er bei Einleitung eines Bremsvorganges zum Stillstand kommen soll. Da der Zug Z nicht um die tatsächliche Gleisführung Bescheid weiß, muß er für seinen Aufenthaltsraum nicht nur einen Anhalteweg berück­ sichtigen, der in Fahrrichtung direkt vor ihm liegt, sondern auch Anhaltewege für mögliche abzweigende Gleise. Hierdurch ergibt sich eine etwa ellipsenförmige Ausgestaltung des An­ halteraumes AR*.

Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass der Zug Z als Anhalteraum nicht diese Ellipse, sondern ein die Ellipse einschließendes Anhaltepolygon AR berücksich­ tigt, das durch die Koordinaten A1 bis A6 definiert ist. Der Grund für die Vorgabe eines Anhaltepolygons anstelle einer an sich selektiveren Anhalteellipse liegt darin begründet, dass sich die relative Lage eines solchen Polygons in einem Streckenpolygon leichter bestimmen lässt als die einer Ellipse und dass sich das Anhaltepolygon beim Vorrücken des Zuges durch Vorgabe fortgeschriebener Koordinaten für die Ecken des Poly­ gons leicht mit dem Zug mitführen lässt.

Spätestens wenn der Zug Z feststellt, dass er mit seinem An­ haltepolygon AR den Polygonzug des Streckenpolygons SP1 schneidet, hat er mit der Bremsung zu beginnen; er kommt dann vor dem Streckenpolygonzug zum Stillstand, unabhängig davon, wie der Gleisverlauf zum Anhaltepunkt tatsächlich gestaltet ist.

Für den Fall, dass die Streckenzentrale in einer Ausnahmesi­ tuation das einem Zug zugewiesene Streckenpolygon zurücknimmt oder einengt, kann es vorkommen, dass der dieses Polygon be­ fahrende Zug bereits so weit vorgerückt ist, dass sein Anhal­ tepolygon den Polygonzug des ihm neuerdings zugewiesenen Streckenpolygons bereits schneidet oder außerhalb des Streckenpolygons liegt. In diesem Fall muss der Zug ebenfalls so­ fort den Bremsvorgang einleiten, um die Gefährdung für sich und andere Züge möglichst gering zu halten.

Wenn der Zug wie im dargestellten Ausführungsbeispiel sich seinem Zielpunkt ZP1 in dem ihm zugewiesenen Strecken-Polygon SP1 nähert, hat er sich zweckmäßigerweise vor Einleiten des Bremsvorganges mit der Streckenzentrale in Verbindung zu set­ zen, um von dieser ein zum Fortsetzen der Fahrt erforderli­ ches Anschluss-Streckenpolygon zugewiesen zu bekommen. Der Zug kann den Zeitpunkt, zu dem er sich mit der Streckenzen­ trale in Verbindung setzen will, selbst bestimmen, zweckmäßi­ gerweise aus der Kenntnis des aktuellen Abstandes seines An­ haltepolygons von seinem Fahrziel. Das Fahrziel, im darge­ stellten Beispiel das Fahrziel ZP1, wird in der Streckenzen­ trale mittelbar durch die Koordinaten der das Streckenpolygon SP1 in Fahrrichtung begrenzenden Koordinaten S5 und S6 defi­ niert, wobei, wie bereits dargelegt, der Zug Z über die tat­ sächliche Streckenführung nicht Bescheid weiß. Beim Vorliegen der Voraussetzungen hierzu weist die Streckenzentrale dem sich dem Zielpunkt ZP1 nähernden Zug Z ein Anschluss-Streckenpolygon SP2 zu. Dieses ist vorzugsweise über die Ko­ ordinaten mindestens zweier Eckpunkte mit dem vom Zug noch befahrenen Streckenpolygon SP1 logisch verknüpft. Damit lässt sich die Zuweisung von Streckenpolygonen durch die Strecken­ zentrale einer Plausibilitätsprüfung unterziehen. Bei einer Berührung benachbarter Streckenpolygone wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet der Zielpunkt ZP1 im jeweils zu­ rückliegenden Streckenpolygon SP1 gleichzeitig den Startpunkt SP2 im folgenden Streckenpolygon SP11.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines seinen Aufenthaltsort in ei­ nem Streckennetz selbst bestimmenden Zuges durch eine Zentra­ le, die ihm auf drahtlosem Wege einen von ihm zu befahrenden Streckenbereich zuweist, dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweils zu befahrende Streckenbereich durch ein den Aufenthaltsort des Zuges (Z) und sein Fahrziel (ZP1) im Streckenbereich umfassendes Streckenpolygon (SP1) beschrieben wird, innerhalb dessen sich der Zug aufzuhalten hat,
wobei der Zug um den von ihm bestimmten Aufenthaltsort herum einen durch das Vertrauensintervall seiner Ortung und seinen Anhalteweg definierten Ortungsraum (AR) aufbaut
und mit der Bremsung beginnt, wenn sein Ortungsraum den Poly­ gonzug des Streckenpolygons (SP1) berührt, schneidet oder au­ ßerhalb von ihm liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckenpolygon (SP1) und der Ortungsraum (AR) durch Koordinaten (S1 bis S10, A1 bis A6) eines gemeinsamen Koordi­ natensystems beschrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Koordinaten die Koordinaten eines Satellitenortungs­ systems verwendet werden, über das der Zug seinen augenblick­ lichen Aufenthaltsort bestimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Zug aufzubauende Ortungsraum (AR) durch ein Po­ lygon beschrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrziel (ZP1) eines Zuges von der Zentrale durch zwei eine Gerade definierende Koordinaten (S5, S6) vorgegeben wird, die das zu befahrende Gleis am Fahrziel schneidet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zentrale dem Zug zum Fortsetzen seiner Fahrt über ein Streckenpolygon (SP1) hinaus ein Anschluß- Streckenpolygon (SP11) vorgegeben wird, der das Ziel (ZP1) des zurückliegenden Streckenpolygons umschließt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Streckenpolygone (SP1, SP11) durch die gemeinsamen Koordinaten (S5, S6) für Start und Ziel (ZP1) einer Zugfahrt logisch verknüpft werden.

8. Einrichtung zur Steuerung eines seinen Aufenthaltsort in einem Streckennetz selbst bestimmenden Zuges durch eine Zen­ trale, die ihm auf drahtlosem Wege einen von ihm zu befahren­ den Streckenbereich zuweist, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Streckenzentrale vorgesehen ist zur Vor­ gabe eines den Aufenthaltsort mindestens eines Zuges (Z) und sein Fahrziel (ZP1) im Streckenbereich umfassenden Strecken­ polygons (SP1), innerhalb dessen sich der Zug aufzuhalten hat,
dass der Zug ein Fahrzeuggerät aufweist, über das ihn die Streckenzentrale von dem zu befahrenden Streckenpolygon un­ terrichtet
und das dazu eingerichtet ist, um seinen von ihm selbst er­ mittelten Fahrort herum einen Ortungsraum (AR) aufzubauen, dessen Ausdehnung von dem Vertrauensintervall der Ortung und seinem Anhalteweg abhängig ist,
wobei das Fahrzeuggerät das Einleiten des Bremsvorganges ver­ anlasst, wenn sein Ortungsraum (AR) das Streckenpolygon (SP1) berührt, schneidet oder außerhalb von diesem liegt.