DE4439768A1 - Anordnung für Informationsübertragung und Positionierung in einer Führungsanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schaffen von Datenübertragung und Positionierung für eine Führungsan­ lage zum Führen von beweglichen Einheiten, zum Beispiel in Form von Wagen in einem Schienensystem. Das Positionieren soll mit grober Genauigkeit stattfinden, zum Beispiel mit einer Genauigkeit von ungefähr einem Meter. Eine entsprechend beweg­ liche Einheit und Schienenstationen, die entlang des Schienen­ systems angeordnet sind, weisen eine erste und eine zweite Ausrüstung für die Informationsübertragung und das Positionie­ ren auf.

Führungssysteme für Schienensysteme für Massenverkehr des hier interessierenden Typs kosten heutzutage ungefähr 10 Millionen schwedische Kronen pro Kilometer, und die Gehälter der Wagen­ führer betragen mehr als die Hälfte der Betriebskosten. Es ist daher von Interesse, Lösungen zum Positionieren und für Infor­ mationsübertragung für Führungssysteme zu schaffen, die es ermöglichen, Wagen ohne Fahrer zu verwenden. In Verbindung hiermit ist es diskutiert worden, daß ein Datenbus entlang der Schiene installiert wird und Zweiweg-Nachrichtenübertragungs­ einheiten kurzer Reichweite in einer Anzahl von ungefähr 1/m installiert werden. Der Zweck ist hierbei, für Identität und gewisse logische Information auf Distanzen von einem Dezimeter zu schaffen. Ein entsprechender Wagen wird daher jeden Meter positioniert oder es wird sein Ort festgestellt, und er erhält gewisse Möglichkeiten der Informationsübertragung.

Existierende Lösungen zum Positionieren, zur Ortsfeststellung und zur Informationsübertragung sind verhältnismäßig primitiv. Es gibt in dieser Hinsicht zwei Typen von Systemen. Das erste System arbeitet mit festen Blöcken, und das zweite System arbeitet mit beweglichen Blöcken. Feste Blöcke bedeuten, daß die Schiene in Abschnitte aufgeteilt ist, in denen sich nur eine Zugeinheit zur Zeit aufhalten kann. Ein Kollektorschuh, der zwei Metallschienen kurzschließt, bildet einen Detektor. Solche Systeme werden geliefert und sind auf dem Markt erhält­ lich. Das Prinzip mit beweglichen Blöcken bedeutet, daß der Zug durch ein Sicherheitsgebiet umgeben wird, in dem keine anderen Züge erlaubt sind.

Es besteht ganz allgemein die Notwendigkeit, Führungs- und Schienensysteme technisch und ökonomisch auf vorteilhaftere Weise auszubilden. Unter vielem anderen löst die Erfindung auch dieses Problem.

So gibt es das Erfordernis, einen Wagen mit der Genauigkeit von einem Meter zu positionieren bzw. seinen Ort festzustellen und allgemeinen Datenaustausch zwischen Wagen und Infrastruk­ tur zu schaffen. Auch dieses Problem löst die Erfindung.

Die Lösung des Problems kann innerhalb kurzer Zeit angewandt werden und bringt technische Einzelheiten mit sich, die so einfach wie möglich sind, wobei die Kosten so niedrig wie möglich sind. Da die Wagen fahrerlos gemacht werden, wird die Zuverlässigkeit des Systems hoch sein. Die Erfindung löst dieses Problem.

Es besteht eine Notwendigkeit, daß genaue Positionierungen dauernd durchgeführt werden können und sogar kleinere Zugein­ heiten (Wagen) in engeren Intervallen betrieben werden können. Die Erfindung löst auch dieses Problem.

In Zusammenhang mit dem Positionieren und dem Führen von Füh­ rungssystemen des hier interessierenden Typs, besteht die Not­ wendigkeit, daß man im Stande sein muß, Nachrichtenverbindun­ gen einzurichten, die durch die Passagiere benutzt werden können. Auch dies Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.

Das Merkmal, das als in der Hauptsache kennzeichnend für eine erfindungsgemäße Anordnung betrachtet werden kann, besteht darin, daß für das Einrichten einer Informationsübertragung zwischen der ersten und zweiten Ausrüstung ein Telefonsystem eingerichtet wird, das ein mobiles Radiosystem und/oder ein festes Telefonnetzwerksystem umfalt. Um das Positionieren zu erreichen, enthält die bewegliche Einheit oder der Wagen eine Positioniereinrichtung, insbesondere eine Positioniereinrich­ tung des GPS-Typs (Global Position System), die, wenn die mobile Einheit eine entsprechende Basisstation passiert, durch eine Bezugspositioniereinrichtung auf den neuesten Stand ge­ bracht werden kann. Das Auf-den-neuesten-Stand-Bringen der Positioniereinrichtung der beweglichen Einheit oder des Wagens kann über das Telefonsystem bewirkt werden.

Bei einer Ausführungsform sind die Funktionen für Informa­ tionsübertragung und Positionierung also getrennt. Die Infor­ mationsübertragung findet über Basisstationen statt, die in einer Entfernung von ungefähr 100 Meter voneinander entlang der entsprechenden Schiene oder des Schienenabschnittes ange­ ordnet sind. Das Positionieren geschieht in erster Linie durch auf Funk beruhenden Positionierwerkzeugen, die von an sich bekanntem Typ sein können.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Bezugspositio­ nierausrüstung, die aus einer festen kalibrierten GPS-Bezugs­ station besteht, die zum Berechnen von Korrekturen für diffe­ renzielle GPS ausgebildet wird, in offenen, halboffenen Schienenabschnitten oder langen Abschnitten verwendet. Die beweglichen Einheiten oder Wagen sind mit mobilen GPS-Empfän­ gern versehen, die die Position laufend mit einer Genauigkeit von zum Beispiel 100 Metern berechnen, was beträchtlich die Genauigkeit unterschreitet, die das System anstrebt, was eine Genauigkeit von ungefähr einem Meter sein kann. Daten der feststehenden kalibrierten Bezugsstation sind dazu ausgebil­ det, um die mobilen Empfänger auf die zuletzt genannte Genauigkeit zu korrigieren, wobei die Installation entlang der Schiene über das Informationsübertragungssystem unnötig wird.

In abgedeckten Schienenabschnitten und kürzeren Abschnitten, bei denen eine Notwendigkeit für maximale Kontinuität beim Positionieren besteht, wird zu einer Funktion mit Positions­ bestimmung nach aufgezeichneten Daten (dead reckoning func­ tion) von vorzugsweise der zuletzt bestätigten Position über­ gegangen, die von der Positioniereinrichtung berechnet ist, die mit offenen, halboffenen Schienenabschnitten oder langen Abschnitten arbeitet. Das System arbeitet dabei mit Information, in welchem Schienenabschnitt oder in welchen Abschnitten die Funktion mit Positionsbestimmung nach aufge­ zeichneten Daten verwendet wird oder mehrere solcher Funktio­ nen verwendet werden.

Das Informationsübertragungs-Netzwerk schließt vorzugsweise ein mobiles Radiosystem des DECT-Typs ein oder besteht aus einem solchen System, das allgemeine Datenübertragung, gute Zugänglichkeit, Flexibilität, Übergabefunktion, Durchstreifen, Einfachheit, Struktur mit privatem Operator usw. bietet. Das Informationsübertragungs-Netzwerk weist also ein mobiles Radionetzwerk des DECT-Typs auf, das öffentlichen Zugang für Sprachübertragung auf unbenutzten Kanälen ermöglicht, wodurch die Möglichkeit für einen oder mehrere zusätzliche Dienstlei­ stungen geschaffen wird. Der Positionierteil erhält Hilfe vom Informationsübertragungsteil, der gemäß dem oben Gesagten mit Informationsübertragungs-Netzwerken des DECT-Typs geschaffen wird, um mit Korrekturen für differenzielles GPS auf den neuesten Stand gebracht zu werden, was den Ort der mobilen Einheit mit einer Genauigkeit von ungefähr einem Meter an­ zeigt. Die Informationsübertragungs-Netzwerke werden zum Mitteilen der Position, des Zustandes usw. zum Führungssystem verwendet. Das Führungssystem ist so ausgebildet, daß es der mobilen Einheit/ dem Wagen über das Informationsübertragungs- Netzwerk des DECT-Typs Befehle gibt.

Bei einer konkreten Ausführungsform wird eine mobile Einheit mit einem inneren Führungssystem, einer tragbaren Einheit, die im gegenwärtigen Informationsübertragungs-Netzwerk des DECT-Typs verwendet werden kann, und mit einer GPS-Einheit versehen. Basisstationen des Informationsübertragungs-Netz­ werks des genannten Typs sind verbunden oder können verbunden werden mit dem festen Fernmeldenetz. Das feste Fernmeldenetz ist mit einem zentralen Führungssystem für das Schienensystem und einer Bezugsausrüstung des differenziellen GPS-Typs ver­ bunden.

Durch das, was oben beschrieben wurde, wird die Möglichkeit geschaffen, durch differenzielles GPS eine ausreichend gute Positioniergenauigkeit zu erhalten. Fernmeldenetzwerke des DECT-Typs oder ähnliche Systeme sind für Datenübertragung in diesem Zusammenhang geeignet. Die Grundfunktionen sind so sichergestellt. Für die Übertragung von Positionsdaten können Netzwerke des GSM-, NMT-, MOBITEX-Typs und sogar feste Netz­ werke wie PSTN (Datennetzwerk) außer dem genannten DECT-Netz­ werk verwendet werden. Bekannte technische Lösungen können kombiniert werden, um ein Ergebnis zu erhalten, das in diesem Zusammenhang zufriedenstellend ist.

Im folgenden soll eine bevorzugte Ausführungsform einer Anord­ nung beschrieben werden, die die charakteristischen Eigen­ schaften aufweist, die für die Erfindung bedeutsam sind, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 in Form eines Blockdiagramms eine mobile Einheit oder einen Wagen, der Basisstationen passiert, die in einem mobilen Funknetzwerk oder Radionetzwerk enthalten sind, das mit dem öffentlichen Telefonnetz verbunden ist, über das ein zentrales Führungssystem und eine Bezugs­ ausrüstung zum Positionieren eingeschlossen oder ver­ bunden sind;

Fig. 2 in im wesentlichen vertikalen Schnitt einen wenig tiefen Tunnel mit Lichtöffnungen; und

Fig. 3 von oben Ausrüstung für sogenannte Positionsbestimmung nach aufgezeichneten Daten (dead reckoning).

In Fig. 1 ist eine mobile Einheit oder ein Wagen mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Der Wagen kann schienengebunden sein und soll in einem Schienensystem (nicht besonders gezeigt) eines an sich bekannten Typs angetrieben werden. Im Schienensystem können gleichzeitig mehrere Wagen oder Züge betrieben werden, da genaues Positionieren und Führen für den Wagen im Schienensystem bewirkt werden kann. Der Wagen bewegt sich in einer Richtung, die durch Pfeile 2 angegeben ist. Der Wagen weist auf oder ist versehen mit einer ersten Ausrüstung, die aus einem inneren Führungssystem 3, einer mobilen Einheit 4, die zu einem mobilen Funknetzwerk des DECT-Typs gehört, und mit einer Positionierausrüstung 5 des GPS-Typs. Ein gegenwär­ tiges Informationsübertragungssystem des DECT-Typs ist in der Figur durch seine Basisstationen 6 und 7 dargestellt. Die Basisstationen sind zum Beispiel in Entfernungen von ungefähr 100 Metern angeordnet. Der Wagen passiert die Basisstationen in der durch sie gegebenen Reihenfolge, und in Fig. 1 hat der Wagen die Basisstation 6 passiert und steht in Informations­ übertragungsverbindung mit der Station 7. Die Basisstationen sind in ein festes Telefonnetzwerk eingeschlossen oder mit einem solchen Netzwerk verbunden, das durch Verbindungen 8 dargestellt wird. Mit dem festen Telefonnetzwerk oder Fern­ meldenetzwerk ist ein zentrales Führungssystem 9 verbunden, mit Hilfe dessen die Wagen im hier interessierenden Schienen­ system zentral geführt werden können. Die Führung der Wagen ist individuell, und Informationsübertragung vom zentralen Führungssystem zum inneren Führungssystem findet statt über das Fernmeldenetzwerk. Ebenfalls verbunden mit dem festen Fernmeldenetzwerk ist ein Bezugsempfänger für die Positionier­ funktion. Der Bezugsempfänger ist vom digitalen GPS-Typ (DGPS). Der feste kalibrierte Bezugsempfänger korrigiert die GPS-Ausrüstung des Wagens, während der Wagen passiert. Infor­ mationsübertragung zwischen einer Basisstation und dem Wagen ist durch 11 dargestellt.

Die in Fig. 1 gezeigte Struktur ist ein Schienensystem für Massenverkehr. Das System kann für fahrerlosen Schienenverkehr in dicht bevölkerten Gebieten mit kleinen Wagen verwendet werden, die sich mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit bewegen, zum Beispiel einer Geschwindigkeit von 60 km/h oder normalerweise 40 km/h, und häufig anhalten. Eine halboffene Umgebung, d. h. ein Untergrundbetrieb mit Zutritt für Luft und Licht, oder eine vollständig offene Umgebung würden für ein zukünftiges System dieses Typs wohl das häufigste sein. Um­ weltgründe und Kostengründe zeigen in diese Richtung. Darüber hinaus erfordert das GPS-System, daß der Anteil von völlig abgedeckten Abschnitten entlang einer Schiene begrenzt ist, damit das System gut arbeitet. Eine Lösung, die auf DECT beruht, bringt auch als zusätzliche Wirkung die Möglichkeit mit sich, als Zugangsnetzwerk für öffentlichen Telefonverkehr im Zusammenhang mit Massenverkehr zu dienen.

Fig. 2 zeigt einen nur wenig tiefen Tunnel dieses Typs. Der Tunnel ist mit 12 bezeichnet, und zwei Wagen oder Züge, die aneinander vorbeifahren, sind mit 13 und 14 bezeichnet. Die Offenheit des Tunnels oder Systems wird durch ein durchsichti­ ges Dach 15 dargestellt, das Zugang für Sonnenstrahlen und Licht 16 ermöglicht.

Fig. 3 zeigt den Fall der sogenannten Positionsbestimmung nach aufgezeichneten Daten (dead reckoning), die in abgedeckten Tunneln oder für kurze Abschnitte verwendet wird. In Fig. 3 ist ein Wagen mit 17 bezeichnet. Der Wagen schließt einen Sender 18 und einen Detektor 19 ein. Reflektoren 20, 21 und 22 sind in einer gewissen Entfernung voneinander an der Tunnel­ wand 20 angeordnet. Positionsbestimmung nach aufgezeichneten Daten ist ein kollektiver Name für alle Verfahren, die zum Bestimmen einer Position auf der Basis einer lokal bekannten Position verwendet werden, wobei unterschiedliche Arten von Sensoren, zum Beispiel Sensoren 20, 21 und 22 es ermöglichen, eine Bewegung zu berechnen. Hierdurch erhält man anfänglich sehr gute Genauigkeit, die Genauigkeit wird jedoch fortschrei­ tend geringer. Aufgrund der fortschreitenden Verschlechterung muß die Positionsbestimmung nach aufgezeichneten Daten von außen in gleichförmigen Intervallen auf den neuesten Stand gebracht oder kalibriert werden. Ein traditionelles und zuver­ lässiges Verfahren ist Trägheitsnavigation (inertial naviga­ tion, IN). Trägheitsnavigation arbeitet für diese Anwendung bemerkenswert gut. Ein weniger teurer Weg ist eine Kombination von Radsensoren und Kompaß. Im Schienenverkehr sind jedoch blockierte Räder normal, weshalb ein solches Verfahren nicht für alle auftretenden Fälle geeignet ist.

Die in Fig. 3 gezeigte Lösung ist eine speziell ausgebildete optische Lösung mit einfachen passiven Reflektoren 20, 21 und 22, die für einen Sensor jeden Meter einen Puls liefern, wenn der Wagen daran vorbeifährt. Der Sender 18 kann einen Laser aufweisen und einen kontinuierlichen Lichtstrahl 23 abgeben. Die Anzahl der Durchgänge wird durch den Detektor 19 berech­ net. Als Ergebnis weiß man, an welchem Reflektor man vorbeige­ fahren ist, und dies ergibt die Position, die bereits früher gemessen wurde. Die genannten passiven Kunststoffreflektoren sind in einer kurzen Entfernung voneinander entlang der Schiene installiert, wo die Positionsbestimmung nach aufge­ zeichneten Daten arbeiten soll. Eine solche Entfernung A kann ungefähr ein Meter sein.

Die Erfindung ist nicht auf die nur als Beispiel gezeigte Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Bereiches der nachfolgenden Ansprüche und des Erfindungsge­ dankens abgewandelt werden.

Die verwendeten, nicht weiter erläuterten Abkürzungen sind die folgenden:
GSM = group special mobile = Gruppenspezialmobil
NMT = nordisches Mobiltelefonnetzwerk
PSTN = public switch telephone network = öffentliches Schalttelefonnetzwerk
MOBITEX = Mobilfunk-Informationsübertragungssystem für Daten­ verkehr
DECT = digital European cordless telecommunication system = digitales europäisches schnurloses Fernmeldesystem.

Claims (10)

1. Anordnung zum Schaffen von Informationsübertragung und Positionierung oder Ortsfeststellung für eine Führungs­ einrichtung zum Führen von mobilen Einheiten/Wagen (1) in Schienensystemen, wobei Positionierung mit großer Genauig­ keit angestrebt wird, zum Beispiel mit einer Genauigkeit von ungefähr einem Meter, und wobei eine mobile Einheit oder Schienenstationen (6, 7), die entlang dem Schienen­ system angeordnet sind, erste und zweite Ausrüstungen für Informationsübertragung und Positionierung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bewirken von Informations­ übertragung zwischen den ersten und zweiten Ausrüstungen ein Fernmeldesystem angeordnet ist, das ein mobiles Funksystem und/oder ein festes Fernmeldenetzwerk (8) aufweist, das zum Feststellen der Position die mobile Einheit/der Wagen (1) eine Positionierausrüstung (5) aufweist, vorzugsweise Positioniereinrichtung vom GPS-Typ (Global Position System), die bei der Vorbeibewegung der mobilen Einheit an einer Basisstation (6 oder 7) durch eine Bezugspositioniereinrichtung (10) auf den neuesten Stand gebracht werden kann, und daß das Auf-den-neuesten- Stand-Bringen der Positioniereinrichtung (5) in der Mobileinheit durch die Bezugspositioniereinrichtung über das Fernmeldesystem (6, 7, 8) bewirkbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen für Informationsübertragung und Positionierung getrennt sind, daß die Informationsübertragung über Basis­ stationen stattfindet, die in einer Entfernung von unge­ fähr 100 Meter voneinander angeordnet sind, und daß das Positionieren mit Hilfe von in der Hauptsache auf Funk beruhenden Positionierwerkzeugen (5, 10) stattfindet, die vom bekannten Typ sein können.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in offenen oder halboffenen Schienenabschnitten oder langen Abschnitten die Bezugspositioniereinrichtung (10) eine feste kalibrierte GPS-Bezugsstation aufweist, die zum Berechnen von Korrekturen für differenzielle GPS ausgebil­ det ist, und daß die mobilen Einheiten/Wagen (1) mit mobilen GPS-Empfängern (5) versehen sind, die die Positio­ nen laufend mit einer Präzision von ungefähr 100 Metern bestimmt, was eine beträchtlich geringere Genauigkeit ist als die angestrebte Genauigkeit von zum Beispiel einem Meter, und daß Daten von der festen kalibrierten Bezugs­ station (10) so ausgebildet sind, um die mobilen Empfänger (5) auf die höhere Genauigkeit zu bringen, wodurch die Installation entlang der Schiene entlang dem Informations­ übertragungssystem (6,7) unnötig gemacht wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von abgedeckten Schienenab­ schnitten und kürzeren Abschnitten mit der Notwendigkeit für größte oder grobe Kontinuität vorzugsweise von der zuletzt erhaltenen gültigen Position, die von der Positio­ niereinrichtung berechnet wurde, die im Falle von offenen oder halboffenen Schienenabschnitten oder langen Schienen­ abschnitten wirksam ist, eine Positionsbestimmung aufgrund von aufgezeichneten Daten stattfindet, wobei das System auch mit Information arbeitet, für welchen Schienenab­ schnitt oder für welche Abschnitte eine solche Positions­ bestimmung oder Positionsbestimmungen nach aufgezeichneten Daten stattfindet.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernmeldenetzwerk (1) ein mobiles Funksystem des DECT-Typs einschließt, das allgemein gute Datenübertragung, gute Zugänglichkeit, Flexibilität, Über­ gabe (hand-over), Durchstreifen (roaming), Einfachheit, private Operatorbefehle usw. bietet.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fernmeldenetzwerk ein mobiles Funknetzwerk vom DECT-Typ einschließt, das öffentlichen Zugang für Sprachübertragung auf unbenutzten Kanälen ermöglicht und daß es daher ermöglicht, zusätzliche Dienste zu haben.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierteil vom Datenübertra­ gungsteil Unterstützung erhält, der zum Beispiel mit einem Fernmeldenetzwerk des DECT-Typs ausgebildet ist, um mit Korrekturen bezüglich differenzieller GPS auf den neuesten Stand gebracht zu werden, was die Position der mobilen Einheit mit einer Genauigkeit von ungefähr einem Meter bekanntmacht, und daß das Fernmeldenetzwerk zum Informie­ ren des Führungssystem über Position, Zustand usw. verwen­ det wird, und daß das Führungssystem der entsprechenden mobilen Einheit/dem Wagen Befehle über das Fernmeldenetz­ werk gibt, wenn dieselbe bzw. derselbe eine oder mehrere Basisstationen passiert.

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mobile Einheit (1) mit einem internen Führungssystem (3), einer tragbaren Einheit (4) für ein übliches Fernmeldenetzwerk des DECT-Typs und einer GPS-Einheit (5) versehen ist.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstationen (6, 7) im Fernmelde­ netzwerk (8) des DECT-Typs verbunden sind oder verbunden werden können mit dem festen Fernmeldenetzwerk (8).

10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Führungssystem (9) und die Bezugsausrüstung vom differenziellen GPS-Typ (10) mit dem festen Fernmeldenetzwerk verbunden sind.