DE19733765A1 - Verfahren zur Kommunikation zwischen einem im Bereich einer Schienenstrecke angeordneten Feldelement und einer zentralen Überwachungseinheit sowie Kommunikationssystem und Sendeempfangseinheit hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem im Bereich einer Schienenstrecke angeordneten Feldelement und einer zentralen Überwachungseinheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Kommunikationssystem und eine Sendeempfangseinheit hierfür. Unter Feldelementen werden alle Vorrichtungen verstanden, die im Bereich von Gleisanlagen der Sicherheit und der Steuerung des Schienenverkehrs dienen. Beispiele für Feldelemente sind Achszähler, Weichenantriebe, Signale oder Gleisbruchmelder.

Feldelemente sind üblicherweise mit einer zentralen Überwachungseinrichtung verbunden, welche den Schienenverkehr überwacht und gegebenenfalls auch steuert. Eine solche zentrale Überwachungseinrichtung kann beispielsweise ein Stellwerk im nächsten Bahnhof sein. Zwischen den Feldelementen und der zentralen Überwachungseinrichtung werden - in der Regel bidirektional - Daten übermittelt. So erhält etwa ein Weichenantrieb von der zentrale Überwachungseinrichtung einen Stellbefehl und übermittelt der zentrale Überwachungseinrichtung in Gegenrichtung ein Datentelegramm, mit dem er die erfolgreiche Umsetzung des Stellbefehls quittiert.

In der DE-B1-26 43 425 ist eine Gleisfreimeldeeinrichtung beschrieben, bei der Achszählern Sender zugeordnet sind. Die Sender übermitteln von den Achszählern gewonnene Zählergebnisse einem auf dem Schienenfahrzeug angeordneten Empfänger, der mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist. Wenn die Auswerteeinrichtung feststellt, daß der betreffende Gleisabschnitt frei ist, so wird der zentralen Überwachungseinrichtung eine Gleisfreimeldung über Funk mitgeteilt. Diese dort beschriebene Gleisfreimeldeeinrichtung soll die qualitativ hochwertigen Datenübertragungswege überflüssig machen, welche üblicherweise die Achszählpunkte mit der zentralen Überwachungseinrichtung verbinden. Insbesondere bei schwach befahrenen Nebenstrecken stehen die hohen Kosten dieser Datenübertragungswege einem rentablen Betrieb dieser Strecken häufig entgegen. Bei der bekannten Gleisfreimeldeeinrichtung müssen alle Schienentriebfahrzeuge mit einem Empfänger und einer Auswerteeinrichtung ausgestattet werden. Ferner muß zur Übertragung der Gleisfreimeldungen an die zentrale Überwachungseinrichtung Funkkanäle ständig reserviert werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur kostengünstigen Kommunikation zwischen Feldelementen einerseits und einer zentralen Überwachungseinrichtung andererseits anzugeben. Das Verfahren soll insbesondere für schwach ausgelastete Nebenstrecken deutliche Kostenvorteile gegenüber bekannten Lösungen erbringen.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung gelöst, deren wesentliche Merkmale in Anspruch 1 aufgeführt sind. Erfindungsgemäß wird eine Kommunikationsverbindung nur dann aufgebaut, wenn auch Bedarf besteht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wählen sich die Feldelemente bei Bedarf in ein öffentliches Telefonnetz oder auch ein Mobilfunknetz ein. Nach Übermittlung der Daten, z. B. des Zählergebnisses oder einer Weichen- oder Signalstellung, wird die Verbindung wieder abgebaut. Dadurch entstehen wesentlich geringere Kosten, als dies bei einer dauerhaft eingerichteten Standleitung der Fall ist. Mitteilungen von der zentralen Überwachungseinrichtung an die Feldelemente werden in der gleichen Weise übertragen. Jedes Feldelement, welches ansprechbar sein muß, hat dazu eine Adresse, die im Regelfall nichts anderes als eine normale Telefonnummer ist. Sicherheitsanforderungen kann durch eine geeignete Codierung der zu übertragenden Daten entsprochen werden.

Da der Aufbau der Kommunikationsverbindung Zeit benötigt, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren u. U. keine so hohen Zugfolgedichten möglich wie bei der bekannten Kommunikation über dauerhaft zur Verfügung stehende Standleitungen. Daher bietet sich der Einsatz dieses Verfahren besonders für schwächer befahrene Nebenstrecken an. Da die Rentabilität solcher Strecken im hohen Maße von den für die Eisenbahnsignaltechnik erforderlichen Investitionen und Betriebsausgaben abhängt, können bei der nun möglichen Reduzierung dieser Kosten viele bislang unrentable Strecken wieder gewinnbringend betrieben werden.

Vorgesehen ist u. a. auch, die Feldelemente mit einer eigenen lokalen Stromversorgung auszustatten, etwa einer Batterie oder einem Solarpanel. Auf diese Weise können Feldelemente an entlegenen Orten vollständig unabhängig von Festleitungen oder fest zugewiesenen Funkkanälen betrieben werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen eingehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1, bei der ein Feldelement über ein Kommunikationsnetz mit einer zentralen Überwachungseinrichtung kommuniziert;

Fig. 2 eine andere schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1, bei der ein Feldelement über Funk mit einer zentralen Überwachungseinrichtung kommuniziert;

Fig. 3 eine Darstellung eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Anspruch 3, bei der Feldelemente über ein Mobilfunknetz mit einem Stellwerk kommunizieren;

Fig. 4 eine Darstellung eines anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Anspruch 3;

Fig. 5 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Sendeempfangseinheit nach Anspruch 5;

Fig. 6 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Sendeempfangseinheit nach Anspruch 6.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausschnitt aus einem Schienennetz zweigt eine Nebenstrecke NS von einer Hauptstrecke HS ab. An der Nebenstrecke NS befindet sich ein Feldelement FE, z. B. ein Achszähler. Die Überwachung und gegebenenfalls Steuerung des gezeigten Streckenbereichs wird von einer zentralen Überwachungseinrichtung ZÜ übernommen, die zu diesem Zweck mit allen Feldelementen in diesem Bereich kommunizieren können muß. Die Kommunikation erfolgt erfindungsgemäß nicht wie bei bekannten Lösungen über Standleitungen, sondern über bei Bedarf aufzubauende Kommunikationsverbindungen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel umfaßt diese Kommunikationsverbindung Übertragungswege eines öffentlichen Telefonnetzes PSTN. Das Feldelement und die zentrale Überwachungseinrichtung ZÜ sind also hier mit herkömmlichen Telefonanschlüssen ausgestattet, die einen Verbindungsaufbau bei Bedarf ermöglichen. Anstelle des öffentlichen Telefonnetzes kann der Betreiber der Schienenwege natürlich auch ein nichtöffentliches oder ein von ihm selbst unterhaltenes Telefon- oder Datennetz verwenden. Ganz allgemein kommt hier jedes Kommunikationsnetz in Frage, welches einen bedarfsweisen, auf Vermittlung beruhenden Verbindungsaufbau gewährleistet. Auf diese Weise ist der Verkabelungsaufwand gegenüber Lösungen mit fest geschalteten Punkt­ zu-Punkt-Verbindungen erheblich vermindert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsverbindung zwischen dem Feldelement FE und der zentralen Überwachungseinheit ZÜ eine Funkverbindung. Wesentlich ist hier, daß für die Kommunikation kein eigener, ständig verfügbarer Funkkanal reserviert ist, sondern daß, wie auch im oben dargestellten leitungsgebundenen Fall, ein Kanal nur bei Bedarf zugewiesen wird. In einem Gebiet mit einer Vielzahl von Feldelementen können so über einen oder wenige Kanäle die gesamte Kommunikation abgewickelt werden, was bei der bestehenden Bandbreiteknappheit deutliche Kostenvorteile mit sich bringt. Vor allem im Bereich von schwach befahrenen Strecken sind die durch den Verbindungsaufbau bzw. die Kanalzuweisung bedingten Zeitverzögerungen hinnehmbar.

Fig. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, bei dem sich die Kommunikationspartner in ein Mobilfunknetz einwählen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zentrale Überwachungseinrichtung ein elektronisches Stellwerk ESTW im Bereich eines Bahnhofes BF. Im Bahnhof BF befinden sich - stellvertretend für alle übrigen Feldelemente - zwei Weichen W2 und W3 sowie zwei Achszähler AZ2 und AZ3. Diese im Bereich des Bahnhofs angeordneten Feldelemente sind wie bisher üblich über fest eingerichtete Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit dem Stellwerk ESTW verbunden.

Entlang der Nebenstrecke NS angeordnet sind eine Weiche W mit Weichenantrieb WA und ein Achszähler AZ. In den Weichenantrieb WA und den Achszähler AZ sind Mobilfunkgeräte integriert, die ein Einwählen in ein öffentliches Mobilfunknetz gestatten. Über die Funkschnittstelle gelangen die Daten zu einer Basisstation BTS und von dort zu einer Mobilvermittlungsstelle MSC, die die Daten an ein leitungsgebundenes Netz NET weitervermittelt. Das Stellwerk ESTW ist unmittelbar an das Netz NET angebunden. Die Kommunikationsverbindung umfaßt in diesem Fall sowohl Übertragungswege eines leitungsgebundenen als auch eines funkgestützten Kommunikationsnetzes. Durch die Einbeziehung einer (Mobil-)Funkverbindung ist der Verkabelungsaufwand bei diesem Ausführungsbeispiel besonders gering.

Alternativ kann vorgesehen sein, nicht jedes einzelne Feldelement mit einer Schnittstelle zu einem auf Vermittlung beruhenden Kommunikationsnetz auszustatten, sondern für mehrere Feldelemente eine Sendeempfangseinheit einzurichten, die den Anschluß an das Kommunikationsnetz herstellt. Dies ist in Fig. 4 gezeigt. Drei Feldelemente, ein Weichenantrieb WA, eine Signalansteuereinheit SS und ein Achszähler AZ, sind räumlich dicht in der Nähe einer Weiche W angeordnet. Die drei Feldelemente sind über kurze Standleitungen SL mit einer Sendeempfangseinheit SEE verbunden. Diese Sendempfangseinrichtung stellt für die angeschlossenen Feldelemente die Verbindung zum Kommunikationsnetz her. Je nach der Zahl der angeschlossenen Feldelemente kann es notwendig sein, mehrere leitungsgebundene Anschlüsse an ein Festnetz oder mehrere Funkeinheiten in die Sendeempfangseinheit SEE zu integrieren, um genügend Übertragungskapazität zur Verfügung stellen zu können. Wesentlich ist jedoch, daß die Sendeempfangseinheit SEE nur bei Bedarf eine Verbindung zum Stellwerk aufbaut, also etwa dann, wenn ein Achszähler ein Zählergebnis an das Stellwerk übermitteln möchte. Umgekehrt kann auch das Stellwerk eine Verbindung zur Sendeempfangseinheit SEE aufbauen, z. B. zur Ausgabe einer Stellanforderung an die Weiche W.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sendeempfangseinheit SEE in schematischer Darstellung. Über eine Schnittstelle IFFE kommuniziert die Sendeempfangseinheit SEE mit einem Feldelement FE. Eine zweite Schnittstelle stellt die Verbindung zum Kommunikationsnetz dar. Es kann sich dabei beispielsweise um eine X.25-Schnittstelle handeln, wie sie in öffentlichen Datennetzen für die paketvermittelte Datenkommunikation Verwendung findet. Zwischen den beiden Schnittstellen wandelt ein Mikroprozessor µP die möglicherweise unterschiedlichen Datenprotokolle ineinander um. Die Sendeempfangseinheit SEE umfaßt neben einer Stromversorgung POW noch einen Speicher SP mit Eingabemitteln EM. In diesem Speicher können Adressen von Kommunikationspartnern abgelegt sein. Ein Beispiel hierfür wäre die Telefonnummer eines Stellwerks.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Sendeempfangseinheit SEE sind die Eingabemittel als Kartenleser ausgeführt. Auf diese Weise können auf einfache Weise in die Sendeempfangseinheit SEE Adressen eingegeben werden. Derartige Kartenleser können auch in den zentralen Überwachungseinrichtungen vorhanden sein, um die Adressen der entlang der Schienenstrecken angeordneten Sendeempfangseinheiten einzugeben. Auf den Karten können auch Codes gespeichert sein, mit deren Hilfe die Datenübertragung zusätzlich zu evtl. bereits vorhandenen Datensicherungsmaßnahmen gesichert werden kann. Über die Schnittstelle IFFE werden in diesem Beispiel mehrere Feldelemente FE1 und FE2 an die Sendeempfangseinheit SEE angeschlossen. Die netzseitige Schnittstelle IFGSM ist als Mobilfunkschnittstelle ausgeführt. Die Stromversorgung erfolgt mit Hilfe eines Solarpanels, so daß die Sendeempfangseinheit SEE keinen Anschluß an das Stromnetz benötigt.

Es kann ferner zweckmäßig sein, in der Sendeempfangseinheit SEE einen Speicher vorzusehen, in dem von den Feldelementen erhaltene Nachrichten zwischenspeichert werden können. Eine Verbindung wird erst dann aufgebaut, wenn die gespeicherte Datenmenge ein bestimmtes Maß übersteigt. Damit wird ein zu häufiger Verbindungsauf- und -abbau verhindert. Möglicherweise ist es zweckmäßig vorzusehen, daß die zentrale Überwachungseinrichtung jederzeit in der Sendeempfangseinheit gespeicherte Nachrichten abrufen kann. Dies kann erforderlich werden, wenn betriebliche Gründe eine zügige Ermittlung des Streckenzustandes (Blockbelegung, Weichenstellung) erfordern.

Ob eine Kommunikationsverbindung auf Veranlassung eines Feldelements oder der zentralen Überwachungseinrichtung aufgebaut wird, hängt von der Art des Feldelements und von den betrieblichen Umständen ab. Bei Achszählern kann beispielsweise vorgesehen sein, daß alle Achszähler entlang eines Streckenabschnitts in regelmäßigen Abständen, etwa alle 10 Minuten, der zentralen Überwachungseinrichtung ihnen Zählerstand mitteilen. Freigegeben wird der Streckenabschnitt nur wenn alle Achszähler innerhalb einer definierten Zeitspanne eine Mitteilung an die zentrale Überwachungseinrichtung abgegeben haben. Falls nicht von allen Achszählern eine Mitteilung vorliegt, ergreift die zentrale Überwachungseinrichtung die Initiative und stellt selbst eine Verbindung zu den Achszählern her. Möglicherweise werden in diesem Fall nicht alle, sondern nur die Achszähler von der zentrale Überwachungseinrichtung angewählt, von denen noch eine Statusmeldung benötigt wird.

Bei höheren Sicherheitsanforderungen kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Verbindungsaufbau zu den Achszählern im Zuge der Fahrstraßenbildung erfolgt. Die Fahrstraße wird bei diesem Ausführungsbeispiel erst dann zur Befahrung freigegeben, wenn die Fahrstraßenbildung abgeschlossen ist und die zentrale Überwachungseinheit zu allen im Bereich der Fahrstraße liegenden Achszählern eine Verbindung aufgebaut hat. Kann eine Verbindung nicht aufgebaut werden, so bleibt das Ausfahrsignal auf "Halt". Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Belegung von Gleisabschnitten sofort und absolut zuverlässig für die zentrale Überwachungseinrichtung erkennbar ist.

Die Sendeempfangseinheit SEE kann, wie oben beschrieben, als von den Feldelementen unabhängige Einheit vorgesehen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Feldelemente über die Sendeempfangseinheit mit der zentrale Überwachungseinrichtung kommunizieren. Es ist jedoch u. U. zweckmäßig, vor allem bei einzelnen Feldelementen, die Sendeempfangseinheit SEE in das Feldelement baulich zu integrieren. Die erforderlichen Baugruppen sind dann beispielsweise innerhalb des Weichenantriebsgehäuses untergebracht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kommunikation zwischen einem im Bereich einer Schienenstrecke (NS) angeordneten Feldelement (FE), z. B. eines Achszählers (AZ) oder eines Weichenantriebes (WA), und einer zentralen Überwachungseinheit (ZÜ, ESTW), dadurch gekennzeichnet, daß eine Kommunikationsverbindung nur bei Bedarf aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Aufbau der Kommunikationsverbindung durch Einwählen in ein auf Vermittlung beruhendes Kommunikationsnetz erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Kommunikationsnetz ein öffentliches Telekommunikationsnetz oder ein Mobilfunknetz ist.

4. Kommunikationssystem für die Kommunikation zwischen einem im Bereich einer Schienenstrecke angeordneten Feldelement, z. B. eines Achszählers oder eines Weichenantriebes, und einer zentralen Überwachungseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommunikationssystem Übertragungswege eines auf Vermittlung beruhenden Kommunikationsnetzes umfaßt.

5. Sendeempfangseinheit (SEE), die eine Schnittstelle (IFFE) zum Datenaustausch mit wenigstens einem Feldelement (FE) hat und die eine Schnittstelle (IFNET, IFGSM) zu einem auf Vermittlung beruhenden Kommunikationsnetz (PSTN) hat.

6. Sendeempfangseinheit nach Anspruch 5, bei der das auf Vermittlung beruhende Kommunikationsnetz ein Telekommunikationsnetz (PSTN) oder ein Mobilfunknetz ist.

7. Sendeempfangseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 6, die ihre Energie von einer örtlichen Energiequelle, etwa einer Batterie oder von Solarzellen (SP), bezieht.

8. Sendeempfangseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, welche Mittel zur Eingabe (EM, KL) und zum Speichern (EP) von Kommunikationsadressen hat.

9. Feldelement mit einer darin integrierten Sendeempfangseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8.