DE19505505C1 - Verfahren zum Simulieren dynamischer Situationen eines Streckennetzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren dynamischer Situationen eines Streckennetzes.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet übergeordneter Leitstellen oder -systeme mit über eine Prozeßankopplung nachgeordneten individuellen Stellwerken, die jeweils ein Streckennetz oder einen Bereich eines Streckennetzes in bekannter Weise kontrollieren oder vorgabengemäß einstellen und die als solche z. B. aus dem Aufsatz "VERFAHRENSGESICHERTE MELDEBILDANZEIGE" von H. Forstreuter und A. Weitner-von Pein in SIGNAL UND DRAHT, 86 (1994), H10, S. 320-324, bekannt sind. Die Erfindung betrifft insbesondere die Entwicklung, Projektierung und Prüfung von Leitstellen und Fernsteuerungen für Eisenbahn­ stellwerke. Dabei treten besondere Probleme bei dynamischen Situationen (z. B. der Zuglaufverfolgung oder Zuglenkung) auf, die eine spezielle Antwort der Stellwerke und/oder der Gleisanlagen auf leitstellenseitige Bedienhandlungen erfor­ dern. Da vor Ort installierte, reale Stellwerke und Gleis­ anlagen bei der labormäßigen Entwicklung und Prüfung von Leitstellen oder Leitsystemen nicht zur Verfügung stehen, ist es bisher üblich, Reaktionen der Stellwerke oder Gleisanlagen durch manuelle Eingaben durchzuspielen; diese Simu­ lationsmethode gelangt jedoch mit zunehmender Anzahl dyna­ mischer Vorgänge schnell an ihre Leistungsgrenze.

Die DE 40 21 360 C2 beschreibt ein Verfahren zur Realisierung der Fahrwegsuche bei einem Stellwerk. Die realen gleisto­ pographiegemäßen Streckenelemente werden durch standar­ disierte Einzelobjekte nachgebildet, die durch zugeordnete suchrichtungs- und fahrrichtungsspezifische Datensätze repräsentiert werden. Bei der Suche nach oder bei der Überprüfung der Stellmöglichkeit einer Fahrstraße wird auf die Datensätze der einzelnen Streckenelemente gemäß der beab­ sichtigten Fahrrichtung zugegriffen, wobei die Datensätze jeweils Verweise auf die in Fahrrichtung folgenden Streckenelemente enthalten.

Mit dem bekannten Verfahren können alle an der zu bildenden Fahrstraße beteiligten Streckenelemente ermittelt werden, auch wenn sich die Such- bzw. Fahrrichtung im Verlauf der Fahrstraße umkehrt. Dynamische Situationen eines Strecken­ netzes, das von einer übergeordneten Leitstelle zu überwachen und ggf. zu steuern ist, können mit dem bekannten Verfahren weder simuliert noch visualisiert werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Simulieren dynamischer Situationen eines Streckennetzes, das von einer übergeordneten Leitstelle zu überwachende und ggf. zu steuernde Vorgänge in einem Streckennetz, insbesondere Zugfahrten, Funktionen der Außen­ anlage (z. B. Weichen, Signale) und Stellwerkslogik (Fahr­ straßenbildung) zu simulieren und zu visualisieren vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Simulieren dynamischer Situationen eines Streckennetzes, bei dem eine Auswahl standardisierter Einzelobjekte vorge­ geben wird, die jeweils ein Streckenelement repräsentieren, zumindest teilweise manipulierbare Attribute über ihre Eigen­ schaften und/oder Zustände aufweisen und Anknüpfungspunkte aufweisen, die jeweils Anschlußpunkte des Streckenelementes repräsentieren, bei dem das Streckennetz durch streckentopo­ logiegemäße Auswahl und Anordnung von Einzelobjekten abgebil­ det wird, bei dem jedem Anknüpfungspunkt jedes ausgewählten Einzelobjekts der korrespondierende Anknüpfungspunkt des be­ nachbarten Einzelobjekts zugeordnet wird, so daß eine streckentopologiegemäße Verknüpfung aller ausgewählten Ein­ zelobjekte geschaffen wird, bei dem eine Fahrzeugbewegung simuliert wird, indem die durch einen vorgegebenen Bewegungs­ weg spezifizierten Einzelobjekte gemäß der Einzelobjektver­ knüpfung sukzessive als aktuell belegt und wieder frei gekennzeichnet werden und bei dem die dynamischen Situationen beschreibende Daten in einer von einer übergeordneten Leitstelle verarbeitbaren Form bereitgestellt werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in dem Rückgriff auf vorgegebene standardisierte Einzelobjekte, die beispielsweise aus einer Bibliothek auswählbar sind. Die standardisierten Einzelobjekte können als kleinste Einheit ("Finite Elemente") behandelt und verarbeitet werden, wobei bei fest vorgegebener Konfiguration ihre Orientierung einstellbar bleibt. Die Anordnung der Ein­ zelobjekte kann vorzugsweise in einem absoluten Raster durch absolute Lagekoordinaten erfolgen, so daß jedes Einzelobjekt schnell markierbar, auffindbar und bedarfsweise veränderbar ist. Die relative Verknüpfung jedes Einzelobjekts über seine Anknüpfungspunkte mit den korrespondierenden Anknüpfungspunk­ ten der benachbarten Einzelobjekte stellt eine geschlossene Nachbildung des Streckennetzes mit originalgetreuer Topologie sicher.

Vorzugsweise werden die Einzelobjekte (z. B. auf einem Sicht­ gerät) markiert, so lange nicht allen ihren Anknüpfungs­ punkten die korrespondierenden Anknüpfungspunkte benachbarter Einzelobjekte zugeordnet sind. Diese Zuordnung erfolgt bevor­ zugt über relative Koordinaten, die jeweils die relative Ver­ knüpfung eines Einzelobjekts mit seinen Nachbarn definieren. Eine bei einem beliebigen Einzelobjekt beginnende simulierte Fahrzeugbewegung kann dann nur gemäß den verknüpften Einzel­ objekten (Streckenelementen) erfolgen. Die dynamischen Situa­ tionen werden durch Daten beschrieben, die in vorteilhafter Weise eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an beliebigen hierarchischen Ebenen des Gesamtsystems erlauben.

Ein erstes wesentliches Anwendungsgebiet des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist die Prüfung, ob Meldungen der Gleis­ anlage, insbesondere bei Stellwerken, die im Ortsbetrieb betrieben werden, korrekt bei der Leitstelle ankommen. In vorteilhafter Weise können damit sowohl die Leitstelle selbst als auch vorgeordnete Datenübertragungskanäle und Datenauf­ bereitungseinrichtungen überprüft werden. Eine weitere bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Simulation von im Fernsteuerbetrieb arbeitenden Stellwerken, wobei Steuerbefehle an die Gleisanlagen von der Leitstelle ausgegeben werden und durch gezielte Manipulation der Attribute der Eigenschaften oder Zustände der repräsen­ tierten Streckenelemente eine Störung simuliert werden kann. Dadurch kann in einfacher Weise ohne reale Stellwerke und Gleisanlagen geprüft werden, ob die Leitstelle derartige Störungen erkennt und geeignet reagiert. Als Störung kann beispielsweise simuliert werden, daß eine bestimmte Weiche ihre Endlage nicht erreicht oder daß eine Signallampe defekt ist.

In Anlehnung an die reale Gleisanlagen können mehrere Einzelobjekte jeweils zu einem Gleiskreis zusammengefaßt und von dem simulierten Stellwerk als Einheit behandelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Gleisanlage mit Stellwerk und Leit­ stelle,

Fig. 2 eine Abbildung eines Streckennetzes,

Fig. 3 Einzelobjekte und einen Ausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 4 Einzelobjekten zugeordnete Daten und Attribute und

Fig. 5 eine simulierte Fahrzeugbewegung.

Fig. 1 zeigt eine für sich bekannte Leitzentrale oder Leit­ stelle LS mit mehreren Mensch-Maschinen-Schnittstellen (Mensch-Maschine-Interface) MMI, einem Zuglenkrechner ZLR, einer Kommunikationsstelle COM und einer Prozeßankopplung PAK, die in bekannter Weise über ein lokal es Kommunikations­ netz (Local Area Network) LAN kommunizieren. Die Kommunika­ tionsstelle COM dient dazu, vom Prozeß (Stellwerken Gleisan­ lagen) über die Prozeßankopplung PAK eintreffende stellwerk­ typspezifische Daten bzw. von der Leitstelle LS abgehende Daten in ein normiertes prozeßabbildendes bzw. in das stell­ werktypische Datenformat umzusetzen.

Über die Prozeßankopplung PAK ist über eine Datenleitung DL und eine geeignete Schnittstelle SCH mit nachgeordneter Digi­ taleingabe/Digitalausgabe-Einheit DE/DA ein Stellwerk SW an­ geschlossen. Im sogenannten Ortsbetrieb wird das Stellwerk SW vor Ort von einer Bedienperson bedient und erfüllt durch Ein­ wirkung auf entsprechende Stellorgane (z. B. Weichen, Signa­ le) Kontroll- und Stellaufgaben wie z. B. die Einstellung von Fahrstraßen. Ferner überwacht das Stellwerk von der Gleisan­ lage des Streckennetzes SN kommende Informationen und Meldun­ gen, beispielsweise über die Lage von Weichen, Signalstellun­ gen, Signallampendefekte usw. Diese Informationen werden in geeignetem Datenformat über die Einheit DE/DA an die Leit­ stelle LS weitergegeben. Im sogenannten Fernsteuerbetrieb ist das Stellwerk SW unbesetzt und wird von der Leitstelle selbst zur unmittelbaren Ausführung von leitstellenseitigen Befehlen angesteuert. Wie ferner angedeutet, können an der Prozeßan­ kopplung PAK in entsprechender Weise mehrere Stellwerke SW angekoppelt sein; zwischen den Stellwerken und der Prozeßan­ kopplung PAK kann (wie angedeutet) zusätzlich ein überge­ ordnetes Stellwerk SWU angeordnet sein.

In der Praxis treten insbesondere bei bereits im Betrieb be­ findlichen Anlagen die Probleme auf, wenn eine Leitstelle neu entwickelt oder modifiziert und dann installiert werden soll. Bei der Entwicklung und Projektierung von Leitstellen sind umfangreiche Tests notwendig, die entsprechende Anforderungen oder Reaktionen der Stellwerke bzw. Gleisanlagen erfordern. Um unabhängig von bestehenden Stellwerken und Gleisanlagen derartige Tests durchführen zu können, wird nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren eine Simulation SIM der dynamischen Situation eines Streckennetzes und eines Stellwerkes oder (wie gestrichelt angedeutet) mehrerer Stellwerke erzeugt und in lesbarem Datenformat über die Schnittstelle SCH zur Leitstelle LS eingespeist. Die Simulation SIM liefert dabei die dynamischen Situationen beschreibende Daten DAT in einer Form, die sich nach der jeweiligen hierarchischen Ebene der Einspeisung in das gesamte System richtet. In Fig. 1 ist mit durchgezogenen Linien eine Einspeisung über die Schnittstelle SCH vor der Einheit DE/DA dargestellt, während eine alterna­ tive Einspeisung unmittelbar in die Datenleitung DL angedeu­ tet ist. In diesem Fall sind die Daten DAT an das von der Prozeßankopplung PAK geforderte, normierte Datenformat ange­ paßt. Eine erste Überprüfungs- und Testmöglichkeit der Leit­ stelle LS besteht darin, die korrekte Anzeige der simulierten Situationen auf den Bildschirmen der Mensch-Maschine-Schnitt­ stellen MMI zu überprüfen.

Zur Simulation des in Fig. 1 gezeigten realen Streckennetzes SN und des Stellwerks SW wird nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren zunächst das Streckennetz SN simuliert und beispiels­ weise auf einem Datensichtgerät DSG als Abbildung SN′ dargestellt. Dazu sind (Fig. 2) als kleinste Einheit ("Finite Elemente") standardisierte Einzelobjekte E01 bis E09 vorgesehen, die aus einer Bibliothek BIB auswählbar sind und eine vorgegebene Konfiguration aufweisen. Beispielsweise wird das Streckenelement SEL (Fig. 1) "linksseitig abzweigende Weiche" von dem Einzelobjekt E01 repräsentiert. Jedes Einzel­ objekt ist durch Drehung in seiner Orientierung einstellbar, während die Konfiguration unveränderbar ist. Eine rechtsab­ zweigende Weiche wird vom Einzelobjekt E02 repräsentiert. Beispielhaft sind Einzelobjekte E03 bis E06 als Repräsen­ tanten für verschiedene abzweigungslose Streckenelemente (Gerade, abknickende Gerade, Geradenendstück) gezeigt. Weitere Einzelobjekte E07 bis E09 repräsentierten Strecken­ elemente SELS mit einer zusätzlichen Signalisierung.

Gemäß der realen Vorgabe des Streckennetzes SN ist der in Fig. 1 eingekreiste Ausschnitt AU des Streckennetzes SN in Fig. 2 aus Einzelobjekten zusammengesetzt. Zur absoluten Adressierung der Einzelobjekte in einem absoluten Raster, das beispielsweise mit dem Raster des Datensichtgerätes DSG korreliert, ist die absolute Rasterposition 0,3 dem Einzel­ objekt E03 zugeordnet; an der Position 1,3 ist ein weiteres Mal das Einzelobjekt E03 und an der Position 2,3 das um 180° gedrehte Einzelobjekt E01 angeordnet. Das tatsächlich mit einem Signal versehene Streckenelement SELS (Fig. 1) ist vom (180° gedrehten) Einzelobjekt E07 an der absoluten Raster­ position 0,4 repräsentiert. In dieser Weise wird ein Abbild des gesamten zu betrachtenden Streckennetzes durch Auswahl und mosaikartiges Zusammensetzen der die in dem Streckennetz enthaltenden Streckenelemente SEL, SELS repräsentierenden Einzelobjekte erzeugt.

Jedes Einzelobjekt weist gemäß den Anschlußpunkten ANP (Fig. 1) des repräsentierten Streckenelementes Anknüpfungspunkte ANK auf. So hat das Einzelobjekt E01 drei Anknüpfungspunkte ANK, die jeweils mit einem Anknüpfungspunkt ANK eines benachbarten Einzelobjekts korrespondieren.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun die Darstellung und datenmäßige Beschreibung der Anknüpfungspunkte am Beispiel der vier Einzelobjekte erläutert, die in Fig. 2 strich­ punktiert umrandet sind. Das erste Einzelobjekt E07 mit den absoluten Koordinaten AK 0,4 (nachfolgend verkürzt darge­ stellt als {E07[0,4]} hat wie jedes andere Einzelobjekt sechs potentielle Anknüpfungspunkte, die mit relativen Koordinaten RK 0,0 bis 2,2 gekennzeichnet sind. Da das vom Einzelobjekt {E07[0,4]} repräsentierte Streckenelement ein gerader Gleisab­ schnitt ist, sind tatsächlich nur zwei Anknüpfungspunkte ANK mit den relativen Koordinaten RK 0,1 und 2,1 vorhanden. Das rechtsseitig benachbarte Einzelobjekt E01 mit den absoluten Koordinaten 1,4 {E01[1,4]} repräsentiert das Streckenelement SEL (Weiche gemäß Fig. 1) und weist daher drei Anknüpfungs­ punkte mit den relativen Koordinaten 0,1; 2,0; 2,1 auf. Das rechtsseitig anschließende Einzelobjekt {E03[2,4]} weist als Repräsentant eines geraden Streckenelements zwei Anknüpfungs­ punkte mit den relativen Koordinaten RK 0,1; 2,1 auf. Das Einzelobjekt E01 (absolute Koordinaten AK 2,3) {E01[2,3]} hat Anschlußpunkte mit den relativen Koordinaten RK 0,1; 0,2; 2,1.

Die korrespondierenden Anknüpfungspunkte 2,1 und 0,1 der Einzelobjekte {E07[0,4]}, {E01[1,4]} werden gemäß Fig. 4 durch relative Verknüpfung einander zugeordnet. Wie für die Einzel­ objekte {E07[0,4]}; {E01[1,4]}; {E03[2,4]} beispielhaft explizit dargestellt, ist dem Anknüpfungspunkt mit den relativen Koordinaten 0,1 des Einzelobjekts {E01[1,4]} der Anknüpfungs­ punkt 2,1 des linksseitigen Nachbarn {E07[0,4]} zugeordnet. Entsprechend sind den übrigen Anknüpfungspunkten 2,0 und 2,1 des Einzelobjekts {E01[1,4]} die Anknüpfungspunkte 0,2 und 0,1 der benachbarten Einzelobjekte {E01[2,3]} und {E03[2,4]} zugeordnet. Entsprechende korrespondierende Zuordnungen sind für die Einzelobjekte {E07[0,4]}, {E03[2,4]} angedeutet. Die jeweiligen absoluten und relativen Koordinaten AK und RK sind in einem individuellen Datensatz DAT für jedes Einzelobjekt eingetragen. Die Datensätze DAT umfassen weiterhin Attribute ATT, die die Eigenschaften und/oder Zustände der Einzel­ objekte bzw. der von ihnen repräsentierten Streckenelemente darstellen. So sind die Zustände des Signals des Einzel­ objekts E07 durch detaillierte Attribute H, S, L, G ("Halt­ melder, Störung, Signallampe defekt, Signal gesperrt") be­ schreibbar. Im vorliegenden Fall soll das auf Halt stehende Signal korrekt arbeiten, so daß das Attribut H einen Eintrag "1" aufweist; die übrigen Attribute S, L, G sind "0". In ent­ sprechender Weise können z. B. dem Einzelobjekt E01 (Weiche) Attribute über die Lage (links, rechts, links umlaufend, rechts umlaufend) der Weiche L1, L2, L3, L4, über Verschluß, Sperrmeldung oder Störung V, SM, ST zugeordnet werden. Außer­ dem weist jedes Einzelobjekt ein Attribut "Belegt" B auf, das dann gesetzt ("1") wird, wenn ein Fahrzeug als auf einem von diesem repräsentierten Streckenelement befindlich simuliert wird.

Eine Fahrzeugbewegung wird nachfolgend anhand von Fig. 5 er­ läutert, die einen Ausschnitt aus der Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt, wobei mehrere Einzelobjekte zu Gleiskreisen GK1 und GK2 zusammengefaßt sind. Die Gleiskreise GK1, GK2 werden von dem simulierten Stellwerk in der Realität entsprechend als Einheit behandelt, so daß bei Belegung eines einzigen Einzel­ objekts der gesamte Gleiskreis als besetzt angesehen wird. In einer ersten Position I soll sich ein durch Lokomotive LO und Wagen WG symbolisierter Zug auf den Einzelobjekten {E03[2,4]}, {E01[1,4]} befinden. Demgemäß wird der Gleiskreis GK1 als besetzt gemeldet, weil die Einzelobjekte {E03[2,4]}, {E01[1,4]} Bestandteile dieses Gleiskreises GK1 sind. In der Position II ist der Zug unter Freigabe des Einzelobjekts {E01[1,4]} vorge­ rückt und belegt nun neu das Einzelobjekt {E07[3,4]}. Nunmehr wird sowohl der Gleiskreis GK1 als auch der Gleiskreis GK2 als besetzt gemeldet, weil die belegten Einzelobjekte {E03[2,4]} (Gleiskreis GK1) und {E07[3,4]} (Gleiskreis GK2) unterschiedlichen Gleiskreisen GK1, GK2 angehören. Beim weiteren Vorrücken auf die Position III werden sukzessive die Einzelobjekte {E07[3,4]}, {E03[4,4]} besetzt, so daß der Gleis­ kreis GK1 freigemeldet, aber weiterhin der Gleiskreis GK2 als belegt gemeldet wird. Die Fahrzeugbewegung (dynamische Si­ tuation) wird dadurch simuliert, daß die aktuell von dem Fahrzeug sukzessive belegten Einzelobjekte mit dem Attribut B als "belegt" gekennzeichnet werden (B="1") und diese Kenn­ zeichnung gemäß der Bewegungsrichtung mit fortschreitender Bewegung entsprechend der Einzelobjektverknüpfung wieder aufgehoben wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich durch geziel­ tes Manipulieren der Attribute Störungen des nachgebildeten Streckennetzes bzw. der Stellwerke simulieren und damit ohne reale Stellwerke bzw. Gleisanlagen die Reaktion des zu prü­ fenden Leitwerkes testen. Außerdem läßt sich das erfindungs­ gemäße Verfahren bevorzugt zur Schulung oder zur Demonstra­ tion von Leitstellen einsetzen.

Claims (1)

1. Verfahren zum Simulieren dynamischer Situationen eines Streckennetzes (SN),

   • - bei dem eine Auswahl standardisierter Einzelobjekte (E01 bis E09) vorgegeben wird, die jeweils
   • - ein Streckenelement (SEL, SELS) repräsentieren,
   • - zumindest teilweise manipulierbare Attribute (ATT) über ihre Eigenschaften und/oder Zustände aufweisen und
   • - Anknüpfungspunkte (ANK) aufweisen, die jeweils Anschluß­ punkte des Streckenelementes (SEL, SELS) repräsentieren,
   • - bei dem das Streckennetz (SN) durch streckentopologiegemäße Auswahl und Anordnung von Einzelobjekten (E01 bis E09) abgebildet wird,
   • - bei dem jedem Anknüpfungspunkt (0,1) jedes ausgewählten Einzelobjekts (E01[1,4]) der korrespondierende Anknüpfungs­ punkt (2,1) des benachbarten Einzelobjekts (E07[0,4]) zugeordnet wird, so daß eine streckentopologiegemäße Verknüpfung aller ausgewählten Einzelobjekte geschaffen wird,
   • - bei dem eine Fahrzeugbewegung simuliert wird, indem die durch einen vorgegebenen Bewegungsweg spezifizierten Einzelobjekte gemäß der Einzelobjektverknüpfung sukzessive als aktuell belegt und wieder frei gekennzeichnet werden und
   • - bei dem die dynamischen Situationen beschreibende Daten (DAT) in einer von einer übergeordneten Leitstelle (LS) verarbeitbaren Form bereitgestellt werden.