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Bei
der Planung von großen
städtischen
Ballungsräumen,
deren Bevölkerung
im 20. Jahrhundert sehr schnell angewachsen ist, bleibt die Untergrundbahn
die bevorzugte Lösung
für den öffentlichen Nahverkehr.
Diese zumindest teilweise unterirdischen Bahnen stellen tatsächlich eine
Antwort auf die jüngeren
Sorgen dar, die Zentren von Ballungsräumen von jeder Art Fahrzeug
zu befreien und sie dem freien Fußgängerverkehr der Stadtbewohner
zu übergeben,
während
die Bahnen diese Ballungsräume
gleichzeitig radial durchqueren und damit effizienter als Umgehungsstraßen sind.
Jedoch erfordert die Verbesserung der Servicequalität oder des
Gefühls der
Sicherheit der von einem vollständig
automatisierten städtischen
Bahntransportsystem transportierten Passagiere erhebliche Bemühungen in
zahlreichen Bereichen.
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Sie
erfordert zunächst
eine Kommunikation zwischen der Bodenstation und dem Schienenfahrzeug,
die permanent ist und eine große Übertragungskapazität aufweist,
um, außer
den Grundbelangen des Informationsaustauschs zwischen der Bordautomatik
und der Bodenautomatik, dem Auftauchen neuer Erfordernisse Rechnung
zu tragen, wie der Videoüberwachung
des Fahrzeuginneren zur Sicherheit der Passagiere oder der Breitbandkommunikationsübertragung
von multimodalen Informationen oder von multimedialen Diensten zur
Verwendung seitens der Passagiere.
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Parallel
wird eine Vergrößerung der
durchschnittlichen Entfernung zwischen den Stationen der Linien
des städtischen
Schienenverkehrs in bezug auf das alte Netz unterstützt. Diese
Entfernung, die bei dem alten städtischen
Netz von Paris ungefähr 500
m beträgt,
hat sich bei der 1998 eingerichteten automatischen Linie "Meteor" auf 2000 m erweitert. Diese
Verlängerung
des Intervalls zwischen den Stationen, die von der Planung der zu
bedienenden Städte
abhängt,
ermöglicht
eine Erhöhung
der Verkehrsgeschwindigkeit der Züge bis zu einer Geschwindigkeit
nahe 50 km/h, während
sie bei den alten Netzen lediglich ungefähr 25 km/h beträgt. Dieser Geschwindigkeitszuwachs
zielt nicht nur auf eine Verringerung der durchschnittlichen Fahrzeit
des Nutzers ab, sondern auch darauf, einen Passagierstrom zu ermöglichen,
der ausreicht, um den sogenannten Spitzenzeiten gerecht zu werden.
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Zu
dieser Erweiterung der durchschnittlichen Entfernung zwischen den
Stationen gesellt sich das Bestreben, die Wartung der Linien mehr
und mehr zu vereinfachen und lediglich über sehr wenige Elemente in
Bodenstationen, auf der Schiene und an Zwischenstationen zu verfügen, wie
beispielsweise Kommunikationshilfsmittel, Baken... Ohne Kommunikationshilfsmittel
(Kabel, Strahlenleiter....) wird somit eine Funktechnik mit freier
Ausbreitung verwendet.
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Sämtliche
gegenwärtig
eingesetzten Leitsysteme verwenden sinuswellenförmige Signale, die auf Schmalbandfunktechnologien
oder Frequenzspreizungstechnologien basieren. Die Funkeinrichtungen sind
daher vorzugsweise in Abständen
in Stationen installiert.
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Betrachtet
man jedoch die Ausbreitung sinuswellenförmiger radioelektrischer Signale
mit niedriger Frequenz bis zu einigen hundert MHZ in einem Tunnel,
so schwächen
sich diese Signale sehr schnell ab. Diese Abschwächung kann in einem Straßentunnel
Werte in der Größenordnung
von 30 bis 40 dB auf 100 m bei 100 MHz erreichen. Diese physikalische
Eigenschaft macht ihre Verwendung somit unvereinbar mit den gegenwärtig für den modernen ferngelenkten
städtischen
Verkehr angestrebten Abständen
zwischen Stationen (in der Größenordnung von
Kilometern).
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Es
ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Positionieren und Steuern von Schienenfahrzeugen
mit sehr großen
Frequenzbändern
zu schaffen, die im Aufbau und in der Funktionsweise einfach sind,
eine sehr hohe Datenübertragungsrate
aufweisen und wirtschaftlich sind, wobei sie die Gefahr von Interferenzen
mit anderen drahtlosen Kommunikationssystemen begrenzen, die Telekommunikation
zwischen Schienenfahrzeug und Bodenstation, insbesondere in Tunneln,
mit einer radioelektrischen Abdeckung von nahezu 100% und mit hoher
Verfügbarkeit
ermögli chen,
eine sehr zuverlässige
Wegmessung des Schienenfahrzeugs und eine Wahrnehmung der frontalen
Umgebung des Fahrzeugs zur Erkennung von Hindernissen und somit
eine erhöhte
Sicherheit der Passagiere ermöglichen.
Dieses System ermöglicht ebenfalls
die Gewährleistung
einer direkten Kommunikation zwischen Fahrzeugen, die sich unter
bestimmten Nutzungsumständen
als erforderlich herausgestellt hat.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Positionieren
und Steuern von Schienenfahrzeugen, mit festen Posten, welche erste
Einrichtungen zum Senden und Empfangen von Signalen aufweisen, und
einer zentralen Steuerstelle, mit welcher die festen Posten verbunden
sind und welche eine Transportzone steuert.
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Erfindungsgemäß
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- – weist
jedes Schienenfahrzeug zweite Einrichtungen zum Senden und Empfangen
von Signalen mit einer spezifischen Kennzeichnung des Senders und
mindestens einer Nachricht auf,
- – enthalten
die von den ersten Sende-/Empfangseinrichtungen der festen Posten
gesendeten Signale eine spezifische Kennzeichnung des Senders und
mindestens eine Nachricht,
- – sendet
die zentrale Steuerstelle Zugleitbefehle aus,
- – weist
jedes Schienenfahrzeug und jeder feste Posten Verarbeitungseinrichtungen
zum Bestimmen der Kennzeichnung und mindestens der Nachricht jedes
empfangenen Signals auf,
- – sind
die Signale der ersten und der zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen
nicht-sinuswellenförmige
Funksignale mit sehr großer
Bandbreite, deren Frequenzspektrum zwischen 1 und 10 GHz liegt.
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Als "Schienenfahrzeug" wird vorliegend
jedes ferngelenkte Transportsystem bezeichnet, dessen Führung durch
Schienen, Längsschwellen
oder jedes andere Mittel gewährleistet
ist.
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In
einzelnen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
der Vorrichtung zum Positionieren und Steuern von Schienenfahrzeugen,
von denen jedes seine besonderen Vorteile hat und für welche
zahlreiche technisch mögliche
Kombinationen existieren, ist vorgesehen, dass
- – jedes
Schienenfahrzeug einerseits Einrichtungen zum Bestimmen der Position
und der Richtung des Fahrzeugs in der Transportzone und andererseits
Einrichtungen zum Messen der tatsächlichen Geschwindigkeit des
Fahrzeugs aufweist, wobei die Einrichtungen Signale von den Verarbeitungseinrichtungen
empfangen,
- – jedes
Schienenfahrzeug Einrichtungen zum Erkennen passiver Hindernisse
oder anderer Fahrzeuge auf den Gleisen aufweist, welche Signale von
den Verarbeitungseinrichtungen erhalten,
- – die
Bestimmung der Position in der Transportzone, der Geschwindigkeit
und der Richtung jedes Schienenfahrzeugs einerseits und die Hinderniserkennung
andererseits in Echtzeit und gleichzeitig durchgeführt werden,
- – die
spezifische Kennzeichnung durch Pseudozufallscodierung erhalten
ist,
- – die
von der Zentralstelle gesendeten Zugleitbefehle Fahranweisungen
für mindestens
ein Schienenfahrzeug enthalten,
- – die
Befehle eine Mitteilung für
das Schienenfahrzeug enthalten,
- – die
zentrale Steuerstelle eine Verarbeitungseinheit, um die von den
festen Posten übertragenen Daten
zu zentralisieren und zu verarbeiten, und Einrichtungen zum Anzeigen
der Daten in Echtzeit auf einem Bildschirm aufweist.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Positionieren und
Steuern von Schienenfahrzeugen, mit festen Posten, welche erste
Signalsende-/-empfangseinrichtungen
aufweisen, und einer zentralen Steuerstelle, mit welcher die festen
Posten verbunden sind.
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Erfindungsgemäß
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- – weist
jedes Schienenfahrzeug zweite Signalsende-/-empfangseinrichtungen
auf,
- – wird
eine spezifische Kennzeichnung für
jede der ersten und zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen bestimmt,
wobei die Signale nicht-sinuswellenförmige Funksignale
mit sehr großer
Bandbreite sind, deren Frequenzspektrum zwischen 1 und 10 GHz liegt,
und welche die Kennzeichnung und mindestens eine Nachricht enthalten,
- – werden
für jedes
der von dem festen Posten und von jedem Schienenfahrzeug empfangenen
Signale die Kennzeichnung und zumindest die Nachricht dieses Signals
durch Verarbeitungseinrichtungen festgestellt,
- – werden
Zugleitbefehle durch die zentrale Steuerstelle ausgegeben.
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In
verschiedenen Ausführungsbeispielen
betrifft die vorliegende Erfindung ferner die folgenden Merkmale,
die einzeln oder in sämtlichen
technisch möglichen
Kombinationen zu sehen sind:
- – die Transportzone,
welche von der zentralen Steuerstelle gesteuert wird, und in der
sich die Schienenfahrzeuge bewegen, wird in ein Punk tenetz aufgeteilt,
das durch die Wiederholung der selben Grundmasche mit der Länge D definiert
ist,
- – die
Länge D
der Grundmasche wird üblicherweise
auf einige hundert Meter festgelegt,
- – die
Zugleitbefehle werden von der zentralen Steuerstelle an jedes Schienenfahrzeug
gesendet, damit zu jedem Zeitpunkt nur ein einziges Fahrzeug auf
der Länge
D vorhanden ist,
- – die
Zugleitbefehle werden von der zentralen Steuerstelle an mindestens
zwei Schienenfahrzeuge gesendet, um ein Kopplungsmanöver innerhalb
der Länge
D durchzuführen,
- – die
Länge D
der Grundmasche ist in der Zeit variabel,
- – aus
den von jedem der Schienenfahrzeuge gesendeten Signalen wird die
Länge D
der Grundmasche in Echtzeit ermittelt, wobei diese mindestens gleich
dem Sicherheitsabstand Dmin zwischen jedem
Fahrzeug ist, wobei die zentrale Stelle Zugleitbefehle an jedes
Schienenfahrzeug sendet, um den Abstand D zwischen jedem Fahrzeug aufrecht
zu erhalten,
- – durch
die zweiten Sende-/Empfangseinrichtungen und für jedes in Bewegung befindliche
Schienenfahrzeug werden passive Hindernisse auf den Gleisen festgestellt.
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Die
zuvor beschriebene Vorrichtung und das Verfahren zum Positionieren
und Steuern können vorteilhafterweise
bei automatischen Stadtbahnen eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben,
welche zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Vorrichtung zum Positionieren und Steuern
von Schienenfahrzeugen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt
eine Vorrichtung zum Positionieren und Steuern von Schienenfahrzeugen
nach einem besonderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst feste Posten 1 mit
ersten Einrichtungen 2 zum Senden und Empfangen von Signalen.
Sie umfasst ferner eine zentrale Steuerstelle 3, welche
eine Transportzone steuert und mit welcher die festen Posten 1 verbunden
sind. Die zentrale Steuerstelle 3 sendet Zugleitbefehle
aus. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfassen diese Befehle Fahranweisungen für mindestens ein Schienenfahrzeug 4,
das sich in der von der zentralen Stelle 3 gesteuerten
Transportzone befindet. Diese Befehle können ferner eine für die an
Bord des Schienenfahrzeugs 4 befindlichen Passagiere umfassen, welche
vom Typ einer Verkehrsinformation, multimedialer Nachrichten, ...
ist.
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Die
von den festen Posten 1 verarbeiteten Bodenstationsinformationen
können
von sämtlichen festen
Posten 1 durch eine Peer-to-Peer-Verbindung beispielsweise
mittels einer optischen Faser gesammelt werden, so dass die zentrale
Steuerstelle 3 umfassende Kenntnis über die Geschwindigkeiten,
Positionen und Zustände
sämtlicher
auf einer Linie oder in der Gesamtheit der Transportzone fahrenden Schienenfahrzeuge
erlangt.
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Die
zentrale Steuerstelle 3 kann eine Verarbeitungseinheit
zum Zentralisieren und Verarbeiten der von den festen Posten übermittelten
Daten und Einrichtungen zum Anzeigen der Daten auf einem Monitor
in Echtzeit aufweisen.
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Jedes
Schienenfahrzeug 4 weist zwei Signalsende- und -empfangseinrichtungen 6 auf.
Die von der ersten und der zweiten Signalsende- und -empfangseinrichtung 2, 6 gesendeten
Signale enthalten eine spezifische Kennzeichnung des Senders und
mindestens eine Nachricht. Entlang einer ferngelenkten Stadtbahnlinie
existiert eine finite Anzahl von Stationen und somit von jeder der
Stationen zugeordneten jeweiligen festen Posten 1, die
in der Grö ßenordnung
von einigen zehn liegt. Es existiert gleichermaßen eine finite Anzahl von
Schienenfahrzeugen 4, die sich in der von der zentralen
Steuerstelle 3 gesteuerten Transportzone bewegen. Jeder
feste Posten 1, und somit jede Station, und jedes Schienenfahrzeug 4 kann
somit mit einer einzigartigen Kennzeichnung nach Art der PRN-Codes
für GPS-Satelliten
(globales Positionserkennungssystem – Global Positioning System)
versehen werden.
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Als "Kennzeichnung" wird hier ein spezifischer
Code und eine spezifische Identität bezeichnet, die einem Sender
zugeordnet sind. Diese Kennzeichnungen sind für das gesamte Transportnetz
bekannt, werden jedoch nicht offengelegt, da diese Elemente vertraulich
behandelt werden, um die Geheimhaltung der Kommunikation zu verbessern
und so die Gesamtsicherheit des Transportsystems zu erhöhen. Diese
für jedes
Schienenfahrzeug 4 und jeden festen Posten 1 einzigartigen
Kennzeichnungen modulieren eine Impulsfolge nach einem Ultra-Breitbandverfahren.
Bei der Funkkommunikation kann der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Impulsen konstant gehalten oder durch eine Information, einen Code oder
beide gleichzeitig variiert werden. Vorzugsweise wird die spezifische
Kennzeichnung durch eine Pseudozufallscodierung erhalten.
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In
Tunnels steht typischerweise ein einziger Funkübertragungskanal zur Verfügung. Zur
Bildung der Zugleitvorrichtung müssen
mehrere Schienenfahrzeuge oder feste Posten gleichzeitig auf diesen Funkkanal
zugreifen können.
Nach Art der Konstellation von GPS-Satelliten, die sämtlich auf
dem gleichen Funkkanal mit dem Band L senden, wird somit jedem Schienenfahrzeug
oder festen Posten als Element der Kommunikation in dem Transportnetz
ein besonderer Code zugewiesen, der aus einer Familie stammt (beispielsweise
der Familie der Gold-Codes im Falle von GPS-Satelliten oder auch
Codes, die aus der Familie der orthogonalen Funktionen stammen).
Eine besonders gesuchte Eigenschaft dieser Familie von Codes liegt
in deren Orthogonalitätseigenschaften,
die es einem Empfänger
ermöglichen, die
Signale dieses Codebereichs mit einem Minimum an Interferenzen zu
unterscheiden.
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Die
Signale der ersten und der zweiten Senderempfängereinheiten 2, 6 sind
Funksignale mit sehr großer
Bandbreite, deren Frequenzspektrum zwischen 1 und 10 GHz liegt.
Bei diesen hohen Frequenzen ähnelt
der Tunnel einem überdimensionalen Wellenleiter.
Daher schwächen
sich die Signale mit einer Frequenz von 1 bis 10 GHz in Tunnelabschnitten
von mehreren hundert Metern erheblich weniger ab. Daraus ergibt
sich, dass die Transmissionsbilanzen dieser Signale mit einer Reichweite
in der Größenordnung
von Kilometern kompatibel sind. Diese Signale fallen somit perfekt
in den Frequenzbereich, der sich wirksam in einem U-Bahn-Tunnel
ausbreitet. Darüber
hinaus ermöglicht
es die große
Spektralbreite der verwendeten Signale sowie die geringe Grunddauer
(in der Größenordnung
von Nanosekunden) eines Ultra-Breitbandsignals die schwierigen Bedingungen
der Ausbreitung in einem Tunnel außer Acht zu lassen, die durch
häufige
Mehrwegausbreitung gekennzeichnet ist, welche mit den Reflexionen
an den Wänden
sowie mit den Signalspreizungen in Verbindung stehen, die in einem
Tunnel einige zehn Nanosekunden erreichen können. Die Ultra-Breitbandtechnologie
ermöglicht
daher eine optimale radioelektrische Abdeckung, die für ein automatisches Steuersystem
für Schienenfahrzeuge
vom Typ automatischer U-Bahnzug erforderlich ist.
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Die
erste und die zweite Sendeempfängereinrichtung 2, 6 umfassen
beispielsweise eine Breitbandantenne 7. Diese Antenne 7 kann,
wenn eine wenig gerichtete Ausstrahlung gewünscht wird, beispielsweise
an Bord, ein Monopol vom Kreisscheibentyp oder ein Dipol sein, der
aus zwei Kreisscheiben gebildet ist. Unter zahlreichen anderen Lösungen für Breitbandantennen
ermöglicht
es diese Ausbildung, die erforderliche Bandbreite von 1 bis 10 GHz
bei Scheibendurchmessern unter zehn Zentimetern zu erreichen. Diese
Antennen 7 können
ferner, beispielsweise stationär
für die
festen Posten 1, im Brennpunkt einer Parabolantenne oder
eines Breitbandfokussierungselements angeordnet sein, um deren Richtwirkung
zu verstärken
und die Transmissionsbilanz der Verbindung zwischen der Bodenstation
und dem Schienenfahrzeug zu verbessern.
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Jedes
Schienenfahrzeug 4 und jeder feste Posten 1 weist
Verarbeitungseinrichtungen 8 auf, um die Kennzeichnung
und zumindest die Nachricht jedes emp fangenen Signals zu bestimmen.
Da der Sender jedes festen Postens 1 oder jedes Schienenfahrzeugs
mit einem spezifischen Code versehen ist und die erste und die zweite
Sendeempfängereinrichtung 2, 6 in
ihrem Speicher die Kennzeichnungen der verschiedenen Ultra-Breitbandsendeempfängereinrichtungen 2, 6 des
Netzes enthalten, kann jeder feste oder mobile Ultra-Breitbandempfänger lokal diese
verschiedenen Kennzeichnungen benutzen und versuchen, die von der
ersten Sendeempfängereinrichtung 2 der
festen Posten 1 (Stationen) kommenden Signale oder die
von der zweiten Sendeempfängereinrichtung 6 der
Schienenfahrzeuge 4 des Typs U-Bahnzug im Funkbereich kommenden Signale
durch Korrelation zu decodieren. Jede Sendeempfängereinrichtung 2, 6 verfügt somit über:
- – einen
oder mehrere Verarbeitungskanäle,
welche auf die Codes der festen Posten (Stationen) und Schienenfahrzeuge 4 (Züge) im Funkbereich festgelegt
sind. Sie erfassen die übertragenen Nutzdaten
(Identität,
Geschwindigkeiten, Positionen, Zustand der Züge und Stationen, ...);
- – wobei
ein oder mehrere Verarbeitungskanäle die Geschwindigkeiten in
bezug auf die festen Posten 1 oder auf Schienefahrzeuge 4 berechnen,
mit welchen die Ultra-Breitbandkommunikation hergestellt ist;
- – wobei
ein Kanal die Entfernung zwischen Stationen berechnet, um die Position
des Zugs 4 zwischen zwei identifizierten Zwischenstationen
in der Transportzone zu berechnen;
- – wobei
ein Kanal das Auftauchen neuer Schienenfahrzeuge 4 oder
fester Posten 1 in der von dem Funk abgedeckten Zone überwacht,
indem er lokal sämtliche
Codes der Schienenfahrzeuge 4 und der festen Posten 1 erzeugt
und indem er durch Korrelation ein neues Nutzsignal zu erkennen
versucht.
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Jeder
feste Posten 1 kann somit Basisinformationen bezüglich der
in seinem Abdeckungsbereich 9 fahrenden Schienenfahrzeuge 4 kennen.
Es ist in der Bodenstation möglich,
die Geschwindigkeiten und die Positionen der Schienenfahrzeuge 4 aus der
Entfernung zu messen oder auch diese an Bord des Schienenfahrzeugs 4 erstellten
Informationen auf der Basis der Analyse der zwischen der Bodenstation
und den Fahrzeugen 4 ausgetauschten Ultra-Breitbandsignale
zu empfangen.
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Sämtliche
Schienenfahrzeuge 4 können
ihre Entfernung von der hinter und der vor ihnen liegenden festen
Station berechnen, zwischen denen sie sich örtlich befinden. Die Fahrzeuge 4 können ferner die
Informationen über
die Identität,
die Geschwindigkeit und die Position in bezug auf die anderen Fahrzeuge 4,
welche sich in der Nähe
befinden, erfassen.
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Die
Positionierungs- und Steuervorrichtung ermöglicht eine genaue Wegmessung
für Züge. Sie umfasst
eine genaue Lokalisierung der Schienenfahrzeuge 4 (U-Bahnzüge...) in
der Transportzone, die beispielsweise ein "punktgenaues" Steuern ermöglicht, d. h. die Fähigkeit,
das Halten der Schienenfahrzeuge 4 genau vor den Schachttüren oder das
Eintreten in eine besondere Schienenzone von einigen hundert Metern,
die Blockstrecke genannt wird, automatisch zu steuern. Die Schienenfahrzeuge 4 bewegen
sich allgemein in einer einzigen Dimension entlang den Schienen.
Eine Messung der Entfernung in bezug auf einen festen stromaufwärtigen und/oder
stromabwärtigen
Bezugspunkt, beispielsweise basierend auf der Übertragungsdauer von Signalen,
die von georteten und in stromaufwärtigen/stromabwärtigen Stationen
angeordneten Einrichtungen ausgesendet werden, bestimmt sicher und
genau die absolute Position des ferngelenkten Fahrzeugs. Betrachtet
man erneut die Größenordnung
der Dauer eines elementaren Ultra-Breitbandimpulses, die ungeachtet
der verwendeten Wellenform im Nanosekundenbereich liegt, so entspricht diese
Dauer einer in der Luft zurückgelegten
Strecke von ungefähr
30 cm. Es kann durch die Verarbeitung des Signals eine Entfernungsauflösung erreicht
werden, die gleich einem Bruchteil dieser Länge ist. Dies führt zu einer
Entfernungsauflösung
in der Größenordnung
von einigen Zentimetern, was insbe sondere mit dem Ziel der punktgenauen
Steuerung für
das Halten eines Schienenfahrzeugs 4 vor einer Schachttür kompatibel
ist. Die Ultra-Breitbandtechnologie
ermöglicht
ferner, insbesondere durch Ableiten aus dieser Entfernung, eine
Messung der "tatsächlichen
Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs" zu erhalten, die ohne Beeinträchtigung
der kinematischen Fähigkeiten
der Fahrzeuge (ohne gebremste Achsen...) erfolgt und auch für geringe
Geschwindigkeiten (Erkennung der Null-Geschwindigkeit-Halten des
Fahrzeugs) einsetzbar ist.
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Jedes
Schienenfahrzeug 4 weist ferner Einrichtungen zum Erkennen
von passiven Hindernissen auf der Strecke durch Erfassen der frontalen
Umgebung des Fahrzeugs mittels einer Ultra-Breitbandradartechnologie
auf. Ein auf den von den zweiten Sendeempfängereinrichtungen ausgegebenen
Störungscode
festgelegter Kanal versucht, die passiven Hindernisse auf der Strecke
zu erkennen. Diese Überwachung
ermöglicht
die Erkennung von Hindernissen (Gegenstände, die bei nächtlichen
Arbeiten auf der Strecke gelassen wurden, vom Tunnelgewölbe herabgefallene
Steine, ...) oder anderen Fahrzeugen und ermöglicht ein Einwirken auf das
Geschwindigkeitsprogramm des Zugs (Notbremsung, beispielsweise im
Falle eines unerwarteten Hindernisses). Im letzteren Fall ermöglicht es
die Überwachungsfunktion
das Transportsystem auf besondere Weise zu nutzen, wie zum Ankoppeln
von Pannenfahrzeugen oder die Verwendung einer Linie mit Flügelzügen, die
beispielsweise in der Mitte der Linie über ein Maximum und an den
Enden über
ein Minimum an Rollmaterial verfügt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Positionieren und Steuern
von Schienenfahrzeugen 4 mit festen Posten 1,
welche erste Einrichtungen 2 zum Senden und Empfangen von
Signalen aufweisen, und einer zentralen Steuerstelle 3,
mit welcher die festen Posten 1 verbunden sind. Jedes Schienenfahrzeug 4 weist
zweite Einrichtungen 6 zum Senden und Empfangen von Signalen
auf.
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Gemäß diesem
Verfahren wird eine spezifische Kennzeichnung für jede der ersten und zweiten Senderempfängereinrichtungen 2, 6 bestimmt,
wobei es sich bei den Signalen um nicht-sinuswellenförmige Signale
mit sehr großer
Bandbreite handelt, deren Frequenzspektrum zwischen 1 und 10 GHz
liegt und welche die Kennzeichnung und mindestens eine Nachricht
enthalten. Für
jedes von dem festen Posten 1 oder dem Schienenfahrzeug 4 empfangene
Signal die Kennzeichnung und die mindestens eine Nachricht dieses
Signals durch Verarbeitungseinrichtungen bestimmt. Zugleitbefehle
werden über
die zentrale Steuerstelle gesendet. Die Nutzung einer Bahnlinie
erfolgt auf zwei mögliche
Arten der Nutzung. Für
die beiden Arten wird die Transportzone, welche von der zentralen
Steuerstelle 3 gesteuert wird und in welcher sich die Schienenfahrzeuge 4 bewegen,
in ein Punktenetz unterteilt, das durch die Wiederholung der selben
Grundmasche mit der Länge
D definiert ist.
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Die
Länge D
der Grundmasche kann auf üblicherweise
einige hundert Meter festgelegt werden und man befindet sich somit
im Modus mit festen Blockstrecken. Zugleitbefehle werden sodann
von der zentralen Steuerstelle 3 an jedes Schienenfahrzeug 4 ausgegeben,
damit sich nur ein einziges Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt auf der
Länge D
befindet. Dieser Nutzungsmodus mit festen Blockstrecken (fixed block)
ist der allgemeinste Nutzungsmodus. Die eine Länge von mehreren Kilometern
aufweisende U-Bahnlinie wird faktisch in eine Abfolge von Blockstrecken
mit fester Länge
unterteilt. Das automatische Steuersystem nutzt die von den Zügen und der
Bodenstation kommenden Informationen (Geschwindigkeit, Position,
Detektoren für
den Eintritt und die Belegung von Blockstrecken), um sämtliche Maßnahmen
zu ergreifen, damit zu jeder Zeit nur ein einziger Zug eine Blockstrecke
belegt. Beispielsweise werden feste und an Bord befindliche Automatismen
das Anhalten eines Zuges, der in die von einem anderen Zug belegte
stromabwärtige
Blockstrecke eindringen würde,
innerhalb der Begrenzung der stromaufwärtigen Blockstrecke dialogisieren,
vorbereiten und durchführen.
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Die
Länge D
der Grundmasche kann ebenfalls zeitlich variabel sein, so dass man
sich in dem Modus mit verformbaren mobilen Blockstrecken (moving blocks)
befindet. Anhand von Signale, welche von jedem der Schienenfahrzeuge 4 übertragen
werden, wird in Echtzeit die Länge
D der Grundmasche bestimmt, die mindestens gleich dem Sicherheitsabstand
Dmin zwischen jedem Fahrzeug ist, wobei
die zentrale Stelle 3 Zugleitbefehle an jedes Schienenfahrzeug 4 sendet,
um den genannten Abstand D zwischen jedem der Fahrzeuge zu bewahren.
In dem zweiten Nutzungsmodus ist die Bahnlinie nicht länger in
unveränderliche
Blockstrecken unterteilt, sondern eine zentrale Steuerstelle 3 empfängt die
Informationen über
die Geschwindigkeit und die Position jedes Schienenfahrzeugs 4 der
Linie. Sie berechnet permanent die Sicherheitsabstände vor
jedem Zug, so dass diese im Notfall sicher anhalten können. In
Abhängigkeit
von den kinematischen Fähigkeiten
der Züge
(Geschwindigkeit, Bremsleistung, Haftreibung) entwickelt sich dieser
Abstand schnell. Diese Informationen werden auf der Basis der Geschwindigkeiten
und der Positionen, welche periodisch von sämtlichen Zügen übermittelt werden, permanent
aktualisiert. Die Bodenstation berechnet zulässige Geschwindigkeiten und
gültige
Strecken während
eines begrenzten Zeitraums (einige hundert Millisekunden) und sendet
diese an jeden Zug der Linie zurück.
Dieser Nutzungsmodus ermöglicht
es theoretisch, ein Maximum an Zügen
auf der Linie einzusetzen und so die Transportressourcen zu optimieren.
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Aufgrund
der direkten Kommunikation zwischen den Fahrzeugen kann diese Berechnung
auch an Bord der Züge
erfolgen, ohne auf feste technische Einrichtungen der Bodenstation
zurückgreifen
zu müssen.
Die Organisation der Linie erfolgt direkt von den Zügen aus,
wobei die Bodenstation lediglich eine Überwachungsfunktion innehat.
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Es
existiert jedoch ein gemischter Betriebsmodus, beispielsweise wenn
ein Zug eine Panne hat oder, bei bestimmten mit Flügelzügen betriebenen
Linien, Koppelungsmanöver
durchgeführt
werden müssen,
damit ein Zug den Pannenzug außer
Betrieb schieben oder sich an einen bestehenden Zug ankoppeln kann,
um beispielsweise im besonders belasteten Zentralbereich der Linie
zusätzliche
Transportkapazität
zu schaffen. In diesen beiden Beispielsfällen dringt ein Zug in eine
belegte Blockstrecke ein und das System muss diesen Betrieb unter Sicherheitsaspekten
lenken, was dem Grundprinzip der Nutzung einer Linie mit festen
Blockstrecken entgegensteht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
zum Positionieren und Steuern von Schienenfahrzeugen 4 können vorteilhafterweise
eingesetzt werden, um eine oder mehrere der folgenden Funktionen
zu erfüllen:
- i) Kommunikation zwischen Bodenstation und Schienenfahrzeug 4;
- ii) direkte Kommunikation zwischen Schienenfahrzeugen 4;
- iii) genaues Lokalisieren der Schienenfahrzeuge 4 (Züge...) in
der von der zentralen Steuerstelle 3 gesteuerten Transportzone;
- iv) Messen der "tatsächlichen
Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs", durchgeführt ohne Beeinträchtigung
der kinematischen Fähigkeiten
der Fahrzeuge (ohne ungebremste Achsen...) und wirksam auch für geringe
Geschwindigkeiten (Erkennen der Null-Geschwindigkeit-Halten des Zugs);
- v) Überwachen
der passiven Gegenstände
oder anderer Fahrzeuge auf den Schienen durch das Erfassen der frontalen
Umgebung des Schienenfahrzeugs mittels einer Ultra-Breitbandradartechnologie.