DE19501993A1 - Verfahren und Einrichtung zur sicherheitsrelevanten Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von Zustandsinformationen dezentraler/zentraler Steuereinrichtungen auf Triebfahrzeugen - Google Patents

Description

Entsprechend den technischen Möglichkeiten erfolgt historisch gewachsen die Sicherung von Zugfahrten bei Bahnen weitgehend auf der Grundlage ortsfester Signale, die in Abhängigkeit zu den Fahrwegelementen entsprechend der verein­ barten Signalordnung ein Fahrverbot oder eine Fahrerlaubnis, ggf. mit Angabe des Fahrweges oder der zulässigen Fahrgeschwindigkeit, dem Triebfahrzeug­ führer visuell übermitteln. Unabhängig von der technischen Realisierung als Form- oder Lichtsignal konnte nach diesem Prinzip, insbesondere in Ergänzung mit technischen Einrichtungen zur Vermeidung des Vorbeifahrens an "Halt" zeigenden Signalen, bis zu Geschwindigkeiten von 160 km/h ein hohes Sicher­ heitsniveau der Eisenbahnen gewährleistet werden.

Für höhere Geschwindigkeiten haben sich ergänzende Systeme der Führer­ standssignalisierung und der linienförmigen Beeinflussung/Überwachung der Zuggeschwindigkeit durchgesetzt, die auf Grund der speziellen sicherheits­ relevanten Übertragungssysteme aber sehr hohe Kosten bei der Ausrüstung und im Betrieb erfordern. Die gegenwärtigen Arbeiten zur Entwicklung eines funk­ gestützten einheitlichen europäischen Zugkontrollsystems sind auf die Gewähr­ leistung des freizügigen Hochgeschwindigkeitsverkehr ausgerichtet und bringen auf Grund der hohen Anforderungen noch keine kostengünstigen Systeme für einen ausschließlich funksignalisierten Zugbetrieb ohne ortsfeste Signale.

Die hohen sicherheitsrelevanten Anforderungen führen bei den gegenwärtig eingesetzten technischen Systemen zu sehr hohen Investitions- und Betriebs­ kosten, was insbesondere bei geringeren betrieblichen Anforderungen, wie beispielsweise auf Strecken mit schwachem oder mäßigem Betrieb sehr kritisch ist, da trotz der anerkannten Vorzüge des Schienenverkehrs die Wettbewerbs­ fähigkeit zu anderen Verkehrsträgern erheblich eingeschränkt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Einrichtung vorzuschlagen, die es ermöglichen, daß bei geringen Kosten eine sicherheits­ relevante Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von Zustandsinformationen dezentraler oder zentraler Steuereinrichtungen auf Triebfahrzeugen erfolgt, die zur Ausgabe einer Fahrerlaubnis herangezogen werden, wobei der Zugbetrieb ausschließlich funkgestützt und weitgehend ohne ortsfeste Signale durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Anforderung einer Fahrerlaubnis für einen bestimmten Fahrweg durch den Triebfahrzeugführer im Bordcomputer einer Triebfahrzeugeinrichtung ein eingespeicherter determinierter nicht interruptfähiger Programmablauf gestartet wird, wodurch mittels Funk objekt­ orientiert der Zustand der dezentralen oder zentralen Steuereinheiten der Fahr­ wegelemente nacheinander ermittelt und in festgelegten Speicherplätzen des Bordcomputers als Zustandsinformationen abgelegt werden. Für jeden Fahrweg sind auf anderen festgelegten Speicherplätzen definierte Referenzinformationen gespeichert. Zur Prüfung der Zulässigkeit der Erteilung einer Fahrerlaubnis werden, im Rahmen des determinierten Programmablaufs, die ermittelten Zustandsinformationen nach festgelegten mathematischen oder logischen Bedingungen untereinander und/oder mit den entsprechenden Referenz­ informationen verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs erfolgt bei Erfüllung der Bedingungen eine sicherheitsrelevante visuelle Darstellung der Fahrerlaubnis auf der Triebfahrzeugeinrichtung für den Triebfahrzeugführer.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Realisierung des vorbeschriebenen Verfahrens ist eine Triebfahrzeugeinrichtung, die auf dem Triebfahrzeug ange­ ordnet ist und im wesentlichen aus einer Bedieneinrichtung, einem Display, einem Bordcomputer, einem daran angeschlossenen Funkmodem mit einem Mobilfunk­ endgerät besteht. Über die Bedieneinrichtung wird durch eine Zweitasten­ bedienung des Triebfahrzeugführers die Anforderung einer Fahrerlaubnis für einen bestimmten Fahrweg ausgelöst, wodurch ein im Bordcomputer fest deter­ minierter Programmablauf gestartet wird. Dieser bewirkt daß über das Funk­ modem und das Mobilfunkendgerät die für die Fahrerlaubnis zuständigen Steuereinheiten nacheinander angewählt werden, deren Zustand objektorientiert abgefragt wird und die erhaltenen Zustandsinformationen in den für die abge­ fragten Steuereinheiten fest zugeordneten Speicherplätzen des Bordcomputers abgelegt werden. Zur Prüfung der Zulässigkeit der angeforderten Fahrerlaubnis werden innerhalb des determinierten Ablaufs im weiteren die Zustandsinformationen untereinander sowie auf die Übereinstimmung mit den der Anforderung in anderen Speicherplätzen abgelegten fest zugeordneten Referenzinformationen nach festgelegten Bedingungen verglichen. Bei erfolgreicher Erfüllung der jeweils festgelegten Bedingungen wird eine Fahrerlaubnis für jedes Fahrwegelement, ergänzend zur dargestellten Strecke, auf dem Display visuell dargestellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auf Grund der dargestellten Verfahren­ sicherung auch unter Beachtung der hohen Anforderungen an die signal­ technische Sicherheit hardwaremäßig einkanalig aufgebaut werden, da im Ergebnis der Fahrerlaubnisanforderung der Vergleich räumlich getrennter und damit völlig unabhängiger objektorientierter Zustandsinformationen nacheinander und/oder mit Referenzinformationen durchgängig bis zur Visualisierung der Fahrerlaubnis auf dem Triebfahrzeugdisplay erfolgt.

Über den Umfang des Datensatzes der objektorientierten Zustandsinformationen und der gegebenen Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens unabhängiger zu­ fälliger fehlinterpretierbarer Zustandsinformationen können beliebige Sicherheits­ anforderungen erfüllt werden. Der nicht interruptfähige determinierte Ablauf gewährleistet weiterhin, daß jede nicht zeit- und speicherplatzgerechte Zustands­ information zu keiner Fahrerlaubnis führt. Redundanzen könnten ggf. ausschließ­ lich im Interesse der Verfügbarkeitserhöhung von Vorteil sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Einrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen sind dargestellt:

Fig. 1: Triebfahrzeugeinrichtung,

Fig. 2: Display-Darstellung für Zugfahrt von A-Stadt nach B-Stadt;
a: Triebfahrzeug steht zur Ausfahrt auf Bahnhof A-Stadt bereit,
b: Triebfahrzeug erhält Information über gesicherte Stellung der Ausfahrweiche in Richtung B-Stadt,
c: Triebfahrzeug hat Fahrerlaubnis für Ausfahrt von Bahnhof A-Stadt nach Bahnhof B-Stadt,
d: Triebfahrzeug hat den Bahnhof B-Stadt erreicht.

In der Fig. 1 sind die Elemente der Triebfahrzeugeinrichtung dargestellt. Das Kernstück dieser Triebfahrzeugeinrichtung stellt ein Bordcomputer 2 dar, dem über eine Bedieneinrichtung 1 Informationen per Hand eingegeben werden können, während über ein Display 5 dem Triebfahrzeugführer die relevanten Informationen angezeigt werden. Eine Datenkommunikation, z. B. mit den dezentralen Streckensicherungseinrichtungen bzw. einer Zugleitzentrale kann über ein angeschlossenes Funkmodem 3 in Verbindung mit einem Mobilfunkendgerät 4 erfolgen.

Im Bordcomputer 2 ist ein determinierter Programmablauf hinterlegt, der bei Anforderung einer Fahrerlaubnis, die über eine Zweitastenbedienung an der Bedieneinrichtung 1 erfolgt, abläuft. Jede für den jeweiligen Fahrweg relevante Streckensicherungseinrichtung, wird nacheinander über das Funkmodem 3 und das Mobilfunkendgerät 4 angewählt und ihr Zustand objektorientiert abgefragt, dabei können beispielsweise Streckensicherungseinrichtungen für die betreffen­ den Bahnhofsköpfe in Abhängigkeit von der geprüften/gesicherten Weichen­ stellung und des Freifahrens des Strecken- und Bahnhofsgleises durch den letzten Zug eine bestimmte Zustandsmeldung abgeben. Die eingehenden Zustandsinformationen werden im Bordcomputer 2 in fest zugeordneten Spei­ cherplätzen abgelegt. Ob für den angeforderten Fahrweg die Erteilung einer Fahrerlaubnis zulässig ist, wird innerhalb des determinierten Programmablaufs dadurch geprüft, daß die eingegangenen und gespeicherten Zustandsinfor­ mationen der Streckensicherungseinrichtungen nach jeweils festgelegten Bedin­ gung untereinander und/oder gegenüber einer für diesen Fahrweg festgelegten Referenzinformation verglichen werden. Die Referenzinformationen sind ebenfalls in festgelegten Speicherplätzen des Bordcomputers 2 abgelegt.

Für die Prüfung der Zulässigkeit zur Erteilung einer Teil-Fahrerlaubnis heißt die zu erfüllende Bedingung beispielsweise:
= WENN(X+Y=R; "Teilinformation für Fahrerlaubnis"; Fehler),

wobei X und Y eine 1. und eine 2. Zustandsinformation und R die entsprechende Referenzinformation darstellen. Bei Erfüllung dieser Bedingung wird für den betreffenden Fahrweg eine Teil-Fahrerlaubnis auf dem Display 5 für den Triebfahrzeugführer visuell dargestellt.

In der festzulegenden Bedingung kann anstelle von "+" jede andere beliebige mathematische Operation im Interesse der Fehleroffenbarung für andere Teilin­ formationen der Fahrerlaubnis durchgeführt und die Referenzinformation "R" definiert werden. Es können ebenfalls mehr als zwei Zustandsinformationen herangezogen werden.

In der Fig. 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren für eine Zugfahrt des Trieb­ fahrzeugs Tfz. 01 auf einer eingleisigen Strecke von Bahnhof A-Stadt nach Bahn­ hof B-Stadt anhand der jeweils auf dem Display 5 dem Triebfahrzeugführer gezeigten Darstellung erläutert. Die Display-Darstellung zeigt grundsätzlich die Strecke, die sich auf ihr befindlichen Fahrzeuge und die erteilte Fahrerlaubnis, wobei die für den entsprechenden Fahrweg erteilte Fahrerlaubnis, vorzugsweise grün, neben der dargestellten Strecke angezeigt wird:

• - Das Triebfahrzeug Tfz. 01 steht zur Ausfahrt auf Bahnhof A-Stadt bereit (Fig. 2a).
• - Der Triebfahrzeugführer fordert über eine Zweitastenbedienung auf der Bedieneinrichtung 1 des Bordcomputers 2 die Fahrerlaubnis für den Fahr­ weg von Bahnhof A-Stadt nach Bahnhof B-Stadt an.
• - Der Bordcomputer 2 startet den für diesen Fahrweg hinterlegten determi­ nierten Programmablauf. Er stellt über das Funkmodem 3 und das Mobil­ funkendgerät 4 die Funkverbindung zunächst zur dezentralen Strecken­ sicherungseinrichtung des Bahnhof A-Stadt her und erhält als Antwort eine objektorientierte Zustandsinformation über die gesicherte Stellung der Ausfahrweiche (Fahrweginformation) und speichert diese auf einem festge­ legten Speicherplatz.
• - Der Bordcomputer 2 übernimmt diese Zustandsinformation und vergleicht diese mit der für diesen und nur diesen Fahrweg erforderlichen auf einem definierten Speicherplatz abgelegten Referenzinformation und zeigt bei Übereinstimmung auf dem Display 5 auf einem Teilelement des Strecken­ bildes vorbereitend die zu erwartende Fahrerlaubnis für die Ausfahrt an (Fig. 2b).
• - Der Bordcomputer 2 stellt jetzt entsprechend dem determinierten Pro­ grammablauf über das Funkmodem 3 und das Mobilfunkendgerät 4 die Funkverbindung zur dezentralen Streckensicherungseinrichtung des Bahn­ hof B-Stadt her und erhält als Antwort eine weitere objektorientierte Zustandsinformation über die gesicherte Stellung der Einfahrweiche (Fahrweginformation) und speichert diese auf einem für diese Information festgelegten Speicherplatz.
• - Der Bordcomputer 2 übernimmt auch diese Zustandsinformation und ver­ gleicht diese mit der für diesen und nur diesen Fahrweg erforderlichen, auf einem definierten Speicherplatz gespeicherten, Referenzinformation und zeigt bei Übereinstimmung auf dem Display 5 auf einem Teilelement des Streckenbildes vorbereitend die zu erwartende Fahrerlaubnis für die Einfahrt an (diese wird aber nur sichtbar dargestellt, wenn die Bedingung für den ersten Teil des Fahrweges nicht erfüllt wurde).
• - Sofern beide Fahrweginformationen mit den für diese Fahrrichtung im Bord­ computer 2 gespeicherten erforderlichen Referenzinformationen und mit weiteren Randbedingungen, wie hier die vom Triebfahrzeugführer einge­ gebene Standortinformation, übereinstimmen, wird der betreffende Fahr­ weg von Bahnhof A-Stadt nach Bahnhof B-Stadt auf dem Streckenbild des Displays 5 als Fahrerlaubnis dargestellt (Fig. 2c).

Sollte der eingegebene Standort nicht mit der angeforderten Fahrerlaubnis übereinstimmen, wird für den Ausfahrteil des Fahrweges die Fahrerlaubnis nicht dargestellt, was entsprechend der Betriebsvorschrift keine gültige Fahrerlaubnis ist (entspricht Fig. 2d).

• - Das Triebfahrzeug Tfz. 01 verläßt den Bahnhof A-Stadt und stellt nach Befahren und Freifahren des Ausfahrweichenabschnitts über entspre­ chende Gleisschalteinrichtungen die Erlaubnis in der dezentralen Streckensicherungseinrichtung für die Gegenfahrt ein oder bereitet eine Folgefahrt vor.
• - Nach Eingabe eines neuen Zugstandortes durch den Triebfahrzeugführer in der Bedieneinrichtung 1 bzw. über eine automatisierte Eingabe, aktiviert durch eine Zugortungseinrichtung, erlischt der erste Teil der auf dem Display 5 dargestellten Fahrerlaubnis (Fig. 2d).
• - Das Triebfahrzeug Tfz. 01 erreicht den Bahnhof B-Stadt und stellt nach Befahren und Freifahren des Einfahrweichenabschnitts die Erlaubnis in der dezentralen Streckensicherungseinrichtung für die Gegenfahrt ein oder bereitet eine Folgefahrt vor.
• - Bei Erreichen des Zielpunktes für die gegebene Fahrerlaubnis ist durch den Triebfahrzeugführer der neue Standort auf der Bedieneinrichtung 1 einzu­ geben, sofern keine automatisierte Zugortungseinrichtung diese Handlung erübrigt; die Eingabe kann auch mit einer automatisierten Fahrerlaubnis­ anforderung für die Ausfahrt aus dem Bahnhof B-Stadt nach G-Stadt ge­ koppelt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur sicherheitsrelevanten Erfassung, Verarbeitung und Visuali­ sierung von Zustandsinformationen dezentraler oder zentraler Steuer­ einrichtungen, entlang eines Fahrweges zur Ableitung einer Fahrerlaubnis für ein Triebfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anforderung einer Fahrerlaubnis durch den Triebfahrzeugführer im Bordcomputer (2) einer Triebfahrzeugeinrichtung ein für diesen Fahrweg definierter und im Bordcomputer (2) hinterlegter determinierter Programmablauf gestartet wird, wodurch über Funk objektorientiert der Zustand aller für diesen Fahrweg relevanten dezentralen/zentralen Steuereinrichtungen der Fahrwegelemente abgefragt und die eingehenden Zustandsinformationen an definierten Speicherplatzen des Bordcomputers (2) abgelegt werden und nach fest­ gelegten Bedingungen untereinander und/oder mit für diesen und nur diesen Fahrweg festgelegten Referenzinformationen verglichen werden und bei Erfüllung der Bedingungen, eine sicherheitsrelevante visuelle Darstellung der Fahrerlaubnis auf dem Display (5) der Triebfahrzeugeinrichtung erfolgt.

2. Verfahren zur sicherheitsrelevanten Erfassung, Verarbeitung und Visuali­ sierung von Zustandsinformationen dezentraler oder zentraler Steuerein­ richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechnergestützte Leit­ zentrale auf Anforderung des Bedienungspersonals oder automatisiert über einen determinierten Ablauf mittels Funk oder jedes anderen beliebigen Übertragungsmediums mit offenen standardisierten Schnittstellen objekt­ orientiert den Zustand dezentraler oder zentraler Steuereinheiten abfragt und in Abhängigkeit des Vergleichs der erhaltenen objektorientierten Zustandsinformationen untereinander und mit Referenzinformationen im Ergebnis, ggf. bei Erfüllung zusätzlicher Randbedingungen, eine sicherheits­ relevante visuelle Darstellung des Prozeßzustandes auf einem Leitstand ermöglicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Bord­ computer (2) hinterlegte determinierte Programmablauf automatisiert, z. B. bei Überfahren einer an der Strecke befindlichen Ortungseinrichtung, gestartet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Triebfahrzeugeinrichtung abgeforderten objektorientierten Zustandsinfor­ mationen der relevanten Steuereinrichtungen mit Information zur Anzahl der Achsen, die über die der Steuereinrichtung zugeordneten Zählpunkte gefahren sind, ergänzt wird und beim logischen Vergleich im Bordcomputer (2) gleichzeitig die Fahrerlaubnis vom Freisein der Gleis- und Weichen­ abschnitte sowie der Vollständigkeit des Zuges abhängig gemacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Display (5) der Triebfahrzeugeinrichtung die Strecke, die sich auf ihr befind­ lichen Triebfahrzeuge (Tfz. 01) und die jeweils erteilte Fahrerlaubnis neben der Strecke dargestellt wird.

6. Einrichtung zur sicherheitsrelevanten Erfassung, Verarbeitung und Visuali­ sierung von Zustandsinformationen dezentraler/zentraler Steuer­ einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Triebfahrzeug eine Triebfahrzeug­ einrichtung angeordnet ist, die aus einer Bedieneinrichtung (1), einem Bord­ computer (2), einem Modem (3) und einem Mobilfunkendgerät (4) besteht, wobei durch den Triebfahrzeugführer über die Bedieneinrichtung (1), die Anforderung für eine Fahrerlaubnis eingegeben wird, wodurch ein deter­ minierter Programmablauf im Bordcomputer (2) gestartet wird, der über das Modem (3) und das Mobilfunkendgerät (4), alle für die Fahrerlaubnis rele­ vanten Steuereinheiten nacheinander anwählt, deren Zustand objekt­ orientiert abgefragt und die empfangenen Zustandsinformationen der abge­ fragten Steuereinheiten in zugeordneten Speicherplätzen des Bord­ computers (2) abgelegt werden; zur Prüfung der Zulässigkeit der angefor­ derten Fahrerlaubnis werden innerhalb des determinierten Ablaufs die Zustandsinformationen untereinander und/oder auf die Übereinstimmung mit den der Anforderung entsprechenden, in anderen Speicherplätzen abge­ legten, fest zugeordneten Referenzinformationen, nach festgelegten Bedin­ gungen, verglichen und bei erfolgreicher Erfüllung der jeweils festgelegten Bedingung wird für den betreffenden Fahrweg auf einem Display (5) visuell sicherheitsrelevant eine Fahrerlaubnis dargestellt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Bord­ computer (2) bei fehlender Fahrerlaubnis für den vorgesehenen Fahrweg die Weiterfahrt des Triebfahrzeuges (Tfz. 01) durch Betätigung der Brems­ einrichtung ohne die sonst üblichen Streckeneinrichtungen (z. B. INDUSI- Gleismagnet) verhindert wird (virtuelle Fahrsperre).

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mobilfunkendgerät (4) ein Endgerät eines öffentlichen Mobilfunknetzes ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord­ computer (2) bedarfsweise Steuerinformationen an andere Triebfahrzeug­ einrichtungen ausgibt bzw. von diesen Zustandsinformationen entgegen­ nimmt und verarbeitet bzw. selbst über einen Triebfahrzeugbus (LAN) an ein Rechnersystem des Triebfahrzeuges angeschlossen ist und das universale Triebfahrzeugdisplay zur Visualisierung der Fahrerlaubnis mitbenutzt oder über das angeschlossene Funkmodem (3) und Mobilfunkendgerät (4) Infor­ mationen anderer Einrichtungen ausgibt oder für diese entgegennimmt.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebfahr­ zeugeinrichtungen auf den Triebfahrzeugen als mobile, tragbare Einheiten ausgestaltet sind und somit keine Einschränkungen beim Verkehr fremder Triebfahrzeuge bringen.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Triebfahr­ zeugführer den Zugstandort in die Bedienungseinrichtung (1) ergänzend oder anstatt der Bedienung der SIFA eingibt und so bei einfachen Betriebs­ bedingungen auf eine automatische Zugortung verzichtet werden kann.

12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bedieneinrichtung (1), oder automatisch über Zugortungseinrichtungen akti­ viert der Zugstandort über Funk an eine Zugleitung oder andere Stellen gemeldet werden kann und dabei auch eine Abfrage und Anzeige der anderen Zugstandorte möglich wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebfahr­ zeugeinrichtung des Triebfahrzeuges so gestaltet ist, daß sie die Funktion der Leitzentrale übernimmt und ein Triebfahrzeugführer optional auch die Aufgabe eines Zugleiters zeitweise übernehmen kann.