DE4331431C1 - Verkehrsleiteinrichtung zur Steuerung des Fahrbetriebes und des Verkehrsablaufes für den schienengebundenen Verkehr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verkehrsleiteinrichtung zur Steuerung des Fahrbetriebs und des Verkehrsablaufs einschließlich der Transportlogistik für den schienen­ gebundenen Verkehr.

Zur Gewährleistung eines sicheren, reibungslosen und zügigen schienengebunde­ nen Verkehrs sind bei konventionellen Verkehrssystemen die zu befahrenden Strecken grundsätzlich in Streckenblöcke aufgeteilt, die jeweils über Stellwerke abgesichert werden und die den Fahrbetrieb leiten.

Die gebräuchlichste Streckensicherung des schienengebundenen Verkehrs erfolgt durch Aufteilung der Strecke in einzelne Blöcke, die jeder für sich gesondert über­ wacht werden. Die Sicherheit wird dadurch gewährleistet, daß sich jeweils nur ein Fahrzeug (Fahrzeugverband/Zug) in einem Block befindet. Die Informationen über freie und belegte Blöcke werden, in der Regel drahtgebunden zu den Stellwerken gemeldet, wo durch das Bahnpersonal die entsprechenden Sicherungseinrichtungen, wie beispielsweise Signale, Weichen, Schranken betätigt und angezeigt und gegen­ seitig beeinflußt bzw. verriegelt werden.

Diese Sicherungstechnik hat sich im schienengebundenen Verkehr bewährt, ist aber sehr aufwendig an Personal und Technik und hat den weiteren Nachteil, daß die Strecken nicht optimal genutzt werden können, da die Streckenbelegung von der Länge der einzelnen Blöcke bestimmt wird (Fahren im Blockabstand). Diese können wegen des erforderlichen technisches Aufwandes und der zu gewährleistenden Sicherheit nicht beliebig kurz gewählt werden.

Es gibt verschiedene Lösungen, um die traditionelle Betriebsleittechnik des schie­ nengebundenen Verkehrs, insbesondere die Geräte, Anlagen und Systeme mit Sicherheitsverantwortung mit Hilfe der Rechnerstützung effektiver zu gestalten.

Die Grundprinzipien eines elektronischen Stellwerks sind in "Die Betriebsleittechnik der Deutschen Bundesbahn" (ZEV+DET Glasers Annalen 1992 Nr. 5) beschrieben. Weiterhin wird hier ein Funktionsdiagramm für die Betriebsleittechnik für die künftige Steuerung und Überwachung des Transportgeschehens bei der DB vorgestellt. Es wird ein modulares System vorgeschlagen, bei dem in vier Ebenen Management, Disposition, Operation und Prozeß alle mit dem Transport von Menschen und Gütern zusammenhängenden Funktionen realisiert werden. In der Managementebene erfolgt die Planung, während in der Dispositionsebene die Betriebsleitung, Verkaufsleitung und die Leitung der Instandhaltung erfolgt. In den darunter angesiedelten Ebenen der Operation erfolgt die Fahrzeugsteuerung/-sicherung, Fahrwegsteuerung/ -sicherung, der Verkauf, Instandhaltung und in der Prozeßebene erfolgt die Ausführung der Befehle in den elektronischen Stellwerken und die Realisierung der transportlogistischen Funktionen.

Eine detailliertere Darstellung einer rechnergestützten Betriebsleittechnik zur Fahrzeugsteuerung und Fahrwegsicherung wird in der DE 31 07 102 A1 beschrieben. Hier wird ein Betriebsleitsystem mit hierarchischer Struktur in drei Ebenen beschrieben, wobei die Zugführung durch eine übergeordnete Ebene (Disposition), übel eine zweite Ebene (Operation) auf den Prozeß in der unteren Ebene einwirkt. Die Operationsebene und die Prozeßebene sind mit "sicheren" Rechnern ausgestattet. Die Zugführung wirkt auf die Zugsteuerung/-sicherung, die Fahrwegsteuerung/-sicherung sowie die Energieversorgung und die Kundeninformation ein. Die notwendigen Ortungsinformationen über Standort, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit der Fahrzeuge werden über ortsfeste Streckeneinrichtungen gewonnen. Der Fahrweg wird in Abschnitte unterteilt, für die jeweils die signaltechnische Sicherheit gewährleistet wird. Die Kommunikation zwischen den Streckeneinrichtungen sowie den Strukturebenen des Betriebsleitsystems erfolgt mittels sicherer bzw. nichtsicherer Datenkanäle mit kontinuierlicher bzw. punktförmiger Datenübertragung. Die zur Zugsicherung und Zugsteuerung erforderlichen Informationen über Ortung, Fahrweg und Fahrzeug werden in der Operationsebene verarbeitet und als Befehle an die Prozeßebene, wie Fahrzeuge und Streckeneinrichtungen, übermittelt. Jedem Fahrzeug ist eine Zugsteuerung zugeordnet, die ihre Befehle zur Steuerung aus der Zugführung erhält und ausführt. Die Zugsteuerung, die auch manuell erfolgen kann, wird durch die Zugsicherung überwacht. Die Zugsicherung hat die Aufgabe, ggf. Schutzmaßnahmen auszulösen, wenn die Ortungsinformationen, die Stellung der Weichen oder die augenblickliche Istgeschwindigkeit (bezogen auf die Strecken- und Fahrzeugdaten) dies erforderlich machen.

Ein "Automatisches Leit- und Sicherungssystem für den fahrerlosen Betrieb" ist in SIGNAL + DRAHT, 84 (1992) 7/8 beschrieben worden. Der Fahrweg ist hier ebenfalls in einzelne Abschnitte aufgeteilt und die Steuerung und Sicherung der Fahrzeuge erfolgt auch in drei Ebenen, wobei die Sicherungsebene und die Steuerungsebene derart gestaltet sind, daß jedem Steuerungsrechner ein Sicherungsrechner zuge­ ordnet ist und sicherheitsrelevante Steuerbefehle der Freigabe durch die Sicherungsebene bedürfen. Alle Rechner und Datenübertragungen sind sicher ausgeführt.

Zur Ortung von Fahrzeugen ist in der WO 89105255 ein Satellitenortungssystem beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verkehrsleiteinrichtung für den schie­ nengebundenen Verkehr vorzuschlagen, bei der mit geringem Personalaufwand und dem optimalen Einsatz technischer Mittel ein sicherer Fahrbetrieb, auf vorwiegend eingleisigen Strecken, insbesondere des Regionalverkehrs, gewährleistet wird, bei der die Streckensicherung und der Fahrbetrieb vorwiegend rechentechnisch unter­ stützt und nahezu ausschließlich durch die Triebzugführer und/oder Fahrzeug­ rechner direkt vom Fahrzeug aus realisiert wird und darüber hinaus umfassende transportlogistische Maßnahmen berücksichtigt werden und eine umfassende Fahrgastinformation erfolgt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Danach ist vorgesehen, daß eine hierarchisch aufgebaute Verkehrsleiteinrichtung bestehend aus "sicheren" Fahrzeugrechnern auf jedem Fahrzeug, einem "sicheren" Steuerrechner und einem Leitrechner alle erforderlichen Echtzeitinformationen bezüglich der Fahrzeuge, wie z. B. Standort, Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Fahrzeugdaten sowie der Strecke, wie z. B. Topographie, Sicherungsanlagen, andere ortsfeste Bahnanlagen, sowie transportlogistische Daten erfaßt, verarbeitet und als Steuerbefehle den Fahrzeugrechnern sowie den Triebzug­ führern und Streckeneinrichtungen sowie als Informationen dem Bahnpersonal bzw. den Fahrgästen gezielt zur Verfügung stellt.

Die erforderlichen Informationen über die Fahrzeuge werden mit Hilfe der Satelliten­ navigation gewonnen und/oder an definierten Stellen über ortsfeste Bahnanlagen (z. B. Identifikationsbaken) korrigiert und präzisiert. Die genaue Standortbestimmung kann beispielsweise auch über eine exakte Wegmessung erfolgen. Die gewonnenen Daten werden von allen Fahrzeugrechnern an alle Fahrzeugrechner, die sich in einer definierten Reichweite befinden, sowie an den Steuerrechner und an den Leitrechner übertragen.

Der sichere Fahrbetrieb sowie die Streckensicherung werden im Regelfall durch die Fahrzeugrechner und die Triebzugführer realisiert, indem die Daten der sich in der definierten Reichweite befindenden Fahrzeuge und Streckeneinrichtungen zur Ab­ leitung des Fahrregimes genutzt werden. Die Informationsübertragung erfolgt vor­ wiegend drahtlos. Die ermittelten sicherheitsrelevanten Daten für die Strecken­ sicherung und den Fahrbetrieb sowie weitere empfehlende und informierende Daten werden den jeweiligen Triebzugführern vorzugsweise über Displays im Führerstand zur Verfügung gestellt. Daraus leitet er seine Handlungen für einen optimalen, zügigen und sicheren Fahrbetrieb ab. In Notsituationen wird eine Gefahrenbremsung bzw. andere geeignete Maßnahmen durch den Zugrechner direkt ausgelöst.

Der übergeordnete Steuerrechner, der ebenfalls "sicher" ausgeführt ist, dient der Sicherung des Fahrbetriebes in Ausnahmesituationen. Der übergeordnete Steuer­ rechner übermittelt Steuerbefehle und notwendige Informationen an die Fahrzeug­ rechner und damit an die Triebzugführer für den Fahrbetrieb in solchen Ausnahme­ situationen. Die Funktion des Steuerrechners kann in einen anderen Rechner inte­ griert werden.

Der Leitrechner erfaßt alle Daten der Fahrzeuge, der Strecke einschließlich der Streckensicherung, der Transportlogistik und weiterer Fahrgastinformationen, ver­ arbeitet diese und stellt sie den Triebzugführern, dem Bahnpersonal sowie den Kunden gezielt zur Verfügung. Der Leitrechner greift nicht in die Streckensicherung und den Fahrbetrieb ein, sondern dient einer erweiterten gezielten Information.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Die dazugehörigen Figuren zeigen:

Fig. 1 Grundkonzept der Verkehrsleiteinrichtung,

Fig. 2 Dezentrale Strecken- und Zugsicherung.

In der Fig. 1 ist das technische Grundkonzept der Verkehrsleit­ einrichtung dargestellt. Die zentrale Leitung erfolgt über den Leitrechner, der von den Fahrzeugrechnern alle Informationen bezüglich der Fahrzeuge F1, F2, der Strecke und der Streckeneinrichtungen sowie Informationen der Transportlogistik und Informationen aus dem regionalen Informationssystem übermittelt bekommt und verarbeitet. Diese verarbeiteten Informationen werden den Fahrzeugrechnern zur Weiterverarbeitung und Anzeige im Führerstand zur Ableitung von Handlungen durch die Triebzugführer sowie ausgewählte Informationen zur Information der Fahrgäste zur Verfügung gestellt. Die Streckensicherung erfolgt dezentral durch Kommunikation der Fahrzeugrechner mit den Streckeneinrichtungen.

Der Leitrechner empfängt:
Zugstandortinformationen
Zugausnahmeinformationen
Sicherungsinformationen
Verkehrsinformationen (extern, z. B. von anderen Verkehrsmitteln)
Flugplatzinformationen
Fahrplaninformationen
Bahnstromversorgungsinformationen (bei elektrisch betriebenen Strecken),
die er verarbeitet und ausgibt als:
Empfehlungen an die Triebzugführer
Informationen und Steuerbefehle für die Bahnstromversorgung
Informationen für das regionale Informationssystem
Informationen für die Transportlogistik.

Dieses Beispiel zeigt ebenfalls die Kopplung der Verkehrsleiteinrichtung an ein regionales Informationssystem. Der Leitrechner erhält alle Informationen von den Fahrzeugen, von der Strecke sowie transportlogistische Informationen und externe Informationen, z. B. Fremdenverkehr und Werbung. Aus diesem Informationsangebot werden gezielte Informationen den Fahrgästen und Kunden über verschiedene In­ formationsträger an ausgewählten Standorten der Region zur Verfügung gestellt. So erfolgt beispielsweise die
Fahrgastinformation auf den Bahnhöfen
Fahrgastinformation in den Zügen
Fahrgastinformation an Informationssäulen
Gestaltung aktiver Werbeträger.

Die Fig. 2 zeigt die dezentrale Strecken- und Zugsicherung. Die Gewährleistung des signaltechnisch sicheren Fahrbetriebes erfolgt durch die Fahrzeugrechner auf den Fahrzeugen F1, F2 und durch die Streckeneinrichtungen, wobei die notwendigen Informationen durch eine sichere drahtlose Übertragung zwischen den Fahrzeug­ rechnern untereinander sowie zwischen den Fahrzeugrechnern und den Strecken­ einrichtungen in einer definierten Reichweite erfolgt. Um eine optimale Informations­ verarbeitung der Fahrzeugrechner zu gewährleisten, werden nur Sendungen der Fahrzeugrechner und Streckeneinrichtungen ausgewertet, die sich innerhalb einer solchen Reichweite befinden, die für die Gewährleistung der notwendigen Sicherheit des Fahrbetriebes und der Streckensicherung erforderlich ist. Diese Reichweite wird entsprechend den konkreten Gegebenheiten definiert und festgelegt.

Der sichere Fahrzeugrechner
wertet die empfangenen Signale aus
bildet sicherheitsrelevante Sendesignale
gibt Signalbegriffe und Informationen an die Triebzugführer im Führerstand,
vorzugsweise auf Display, aus
löst Bremssignale in Gefahrensituationen direkt aus.

Die Zugstandortbestimmung erfolgt beispielsweise mit Hilfe der Satellitennavigation mit einer sicheren Standort-Korrektur an definierten Streckenpunkten durch Identifi­ kationsbaken.

Es erfolgt eine diversitäre Fahrzeughalt-Auslösung bei unerlaubter Weiterfahrt auf einen Streckenabschnitt entweder durch den Triebzugführer oder durch den sicheren Fahrzeugrechner.

Das dezentrale Streckensicherungssystem, welches signaltechnisch sicher aus­ gelegt ist, wird nachfolgend beschrieben.

An Wegübergängen W1, W2 erfolgt jeweils am Übergangsanfang als auch wahl­ weise am Übergangsende eine genaue Standortidentifikation des Fahrzeuges durch Identifikationsbaken 5, 6, 11, 12. Bei Annäherung des Fahrzeugs F1 an den Weg­ übergang W1 wird bei 5 eine Sicherungsanforderung an die ortsfesten Bahnanlagen S1.1 und S1.2 gesendet und der Eingang der Sicherungs-Rückmeldung von S1.1 und S1.2 überwacht. Bei Erhalt der beiden Sicherungs-Rückmeldungen erfolgt das Befahren des Überganges W1.

Bleibt eine oder beide Sicherungs-Rückmeldungen aus, kann die Weiterfahrt mit einer Ausnahmeregelung gestattet werden. Eine solche Weiterfahrt kann ent­ sprechend den konkreten Bedingungen sowie den Gegebenheiten des folgenden Streckenabschnittes durch den Fahrzeugrechner oder den übergeordneten Steuer­ rechner, gegebenenfalls unter Festlegung von Bedingungen (z. B. Höchstge­ schwindigkeit) als Ausnahme freigegeben werden.

Bei Erreichen von 6 wird die Sicherung des Wegüberganges W1 durch Ausschalten der ortsfesten Bahnanlagen S1.1 und S1.2 aufgehoben.

Die sicherungstechnischen Einrichtungen für den Wegübergang, Andreaskreuz mit oder ohne rotes Blinklicht bzw. Schranke werden in Abhängigkeit von der Verkehrs­ dichte und dem Gefahrenrisiko ausgewählt. Die Übergangsidentifikationen und Sicherungsanforderungen können entsprechend den örtlichen Bedingungen auch für zwei oder mehr Übergänge zusammengefaßt werden.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des mobilen Zugsicherungssystems für ein­ gleisige Strecken, welches signaltechnisch sicher ausgelegt ist, beschrieben. Zwei­ gleisige Strecken werden funktionell in eingleisige Strecken aufgeteilt, wobei im Regelbetrieb jede Strecke nur in einer Richtung befahren wird.

Jeweils am Beginn sowie am Ende eines Streckenabschnittes, der durch Identifika­ tionsbaken begrenzt wird 1-2, 3-4, 2-5, 5-6, 6-7, 7-8, 9-10, 8-11, 11-12, erfolgt eine Standortidentifikation und genaue Standort-Korrektur der Fahrzeuge F1, F2 durch diese Identifikationsbaken 1 bis 12. Der Fahrzeugrechner des Fahrzeuges F1 bzw. F2 ermittelt, durch Auswertung der Standorte anderer Fahrzeuge F2 bzw. F1, innerhalb der definierten Reichweite, über das mobile funkgestützte Rechnernetz den Besetzt- oder Freizustand des in Fahrtrichtung folgenden Streckenabschnittes 2-5 bzw. 7-6. Entsprechend der jeweiligen Fahrtrichtung der Fahrzeuge F1, F2 ist bei sich begegnenden Fahrzeugen der gesamte folgende eingleisige Strecken­ abschnitt und der sich anschließende zweigleisige Abschnitt für die Fortsetzung der Fahrt zu berücksichtigen. Im vorliegenden Beispiel muß vor einer Weiterfahrt des Fahrzeuges F1 der Streckenabschnitt 2-7 und ein Streckenabschnitt 7-8 oder 9-10 frei sein. Für das Fahrzeug F2 der Streckenabschnitt 7-2 und ein Strecken­ abschnitt 2-1 oder 4-3 frei sein.

Werden gesteuerte Weichen verwendet, so erfolgt die Steuerung der Weichen analog der Steuerung der Wegübergangssicherungen durch die entsprechenden Identifikationsbaken 1, 2, 7, 8.

Bei der Verwendung von Rückfallweichen an den Ausweichstellen der Strecke ent­ fällt die Weichensteuerung und die Anzahl der zu berücksichtigenden Streckenab­ schnitte kann reduziert werden, da ein Richtungswechsel nicht möglich ist. So kann z. B. für das Fahrzeug F2 der Abschnitt 1-2 und für das Fahrzeug F1 der Abschnitt 9-10 außer Betracht gelassen werden.

Bei der Ermittlung des Frei-Zustandes des folgenden Streckenabschnittes erfolgt ein Befahren des Streckenabschnittes mit Sendung der Identifikation und der Fahrt­ richtung.

Bei Ermittlung des Besetzt-Zustandes des folgenden Streckenabschnittes gibt der Fahrzeugrechner einen "Halt"-Befehl an den Triebzugführer.

Entsprechend den gegebenen Umständen kann eine Folgefahrt, gegebenenfalls mit entsprechenden Auflagen, als zulässig freigegeben werden. Eine solche Folgefahrt kann durch den Steuerrechner durch Übermittlung an den entsprechenden Fahr­ zeugrechner freigegeben werden oder durch einen Dispatcher per Sprechfunk direkt dem entsprechenden Triebzugführer gestattet werden.

Claims (7)

1. Verkehrsleiteinrichtung zur Steuerung des Fahrbetriebes und des Verkehrsablaufes einschließlich der Transportlogistik für den schienengebundenen Verkehr mit folgenden Merkmalen:

• 1. Die Verkehrsleiteinrichtung ist rechnerunterstützt und hierarchisch aufgebaut und ist insbesonders geeignet für eingleisige Strecken und für den Regionalverkehr, wobei
• 1.1 die unterste, prozeßnahe Ebene aus "sicheren" Fahrzeugrechnern, die auf jedem Fahrzeug (F1, F2) angeordnet sind,
• 1.2 die mittlere, 1. übergeordnete Ebene aus einem "sicheren" Steuerrechner und
• 1.3 die oberste, übergeordnete Ebene aus einem Leitrechner, der nicht in die Streckensicherung und den Fahrbetrieb eingreift, besteht.

2. Es erfolgt eine Echtzeiterfassung von Fahrzeugdaten, wie

• 2.1 Standort, Fahrtrichtung, Geschwindigkeit
• 2.2 durch Satellitenortung und/oder ortsfeste Informationspunkte (1-12) und
• 2.3 fahrzeugspezifischer Daten,
• 2.4 sowie die Sicherung
• 2.4.1 der Strecken,
• 2.4.2 des Fahrbetriebes und
• 2.4.3 der Transportlogistik.

3. Die "sicheren" Fahrzeugrechner haben die Funktion,

• 3.1 dem Triebzugführer die sicherheitsrelevanten Informationen für den sicheren Fahrbetrieb zu übermitteln,
• 3.2 die ortsfesten Bahnanlagen (S1.1, S1.2, S2.1, S2.2) zu steuern und Rückmeldungen zu erfassen sowie
• 3.3 Informationen an den Leitrechner zu übermitteln.

4. Der übergeordnete "sichere" Steuerrechner beeinflußt den Fahrbetrieb und die Streckensicherung in Ausnahmesituationen.

5. Der Leitrechner hat die Funktion

• 5.1 alle eingehenden Informationen
• 5.1.1 von den Fahrzeugen,
• 5.1.2 von ortsfesten Bahnanlagen sowie
• 5.1.3 äußere Informationen
• 5.2 zu verarbeiten und gezielt zur Verfügung zu stellen,
• 5.2.1 den Triebzugführern als Empfehlungen und weitergehende Informationen,
• 5.2.2 dem Bahnpersonal als Information und
• 5.2.3 den Fahrgästen zur Information,
• 5.3 ohne in den Fahrbetrieb einzugreifen.

6. Die Informationsübertragung erfolgt drahtlos

• 6.1 an alle Fahrzeuge in definierter Reichweite,
• 6.2 an den "sicheren" Steuerrechner und
• 6.3 an den Leitrechner.

2. Verkehrsleiteinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fahrzeugspezifischen Daten aus einer Kennung, sowie transportkapazitäts- und instandhaltungsorientierten Daten bestehen.