EP1674371A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zugsignalisierung - Google Patents

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EP1674371A1
EP1674371A1 EP05025608A EP05025608A EP1674371A1 EP 1674371 A1 EP1674371 A1 EP 1674371A1 EP 05025608 A EP05025608 A EP 05025608A EP 05025608 A EP05025608 A EP 05025608A EP 1674371 A1 EP1674371 A1 EP 1674371A1
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EP
European Patent Office
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signaling
train
signaling data
unit
data
Prior art date
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EP05025608A
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English (en)
French (fr)
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EP1674371B1 (de
Inventor
Thomas Prof. Dr. Strang
Michael Dr.-Ing. Meyer zu Hörste
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Publication date
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Publication of EP1674371A1 publication Critical patent/EP1674371A1/de
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Publication of EP1674371B1 publication Critical patent/EP1674371B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/06—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for warning men working on the route
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for train signaling, in which a train position determined by a position determination system is sent to a signaling unit in which route points and associated signaling data are stored, and if the train position matches a stored route point from the signaling unit signaling data associated with the route point to the Glas horraku be sent, which evaluates the signaling data. Furthermore, the present invention relates to a system for carrying out the method.
  • the ETCS specification includes three central technical equipment levels, numbered 1 to 3.
  • level 0 the journey in non-equipped regions or sections.
  • These levels do not represent evolution or migration order but the range of possible adaptation to national, regional or operational requirements.
  • the ETCS specification specifies different infrastructure-side and / or track-side components, which include so-called balises in levels 1 to 3 on the infrastructure side.
  • a balise is a passive transponder that is excited when crossing a train and then sends messages to the train.
  • An antenna arranged on the train activates the balise during the passage by emitting an energy signal.
  • the balise uses this energy to send information that is received on the train and forwarded via an internal data bus to a train control unit for evaluation.
  • balises There are two different types of balises. First, fixed data balises that transmit a fixed data set, such as a location code. The data is stored permanently in the balise, but can be programmed without contact using a programming device. And second, transparent or switchable balises, which are coupled to a signal source and can transmit different data sets depending on the applied signal. These may be, for example, speed control instructions resulting from the signal position.
  • Balise Transmission Module - BTM The receiving device in the train is referred to as a balise transmission unit (Balise Transmission Module - BTM), which itself is again connected to the ETCS vehicle unit or the train control unit, which, inter alia, processes the received signal information.
  • the ETCS vehicle unit can thus evaluate the signal information, such as a stop signal, as well as the position information.
  • the ETCS vehicle unit is also temporarily connected to the responsible ETCS Radio Block Center via a railway-specific modified mobile radio connection through a so-called Radio Infill Unit (RIU).
  • ROU Radio Infill Unit
  • the ETCS Radio Block Center is a control center for rail-bound traffic.
  • balises in the infrastructure leads to relatively high costs. This leads, for example, to the fact that, although the degree of equipment of the main European routes with balises is quite high and thus the block size is reasonably small. Block size is the distance between two installed balises. On secondary lines, however, the density of the construction is much lower due to the cost pressure. This leads to a less accurate and inherently discrete train location and consequently to a poorer utilization of the line's capacity.
  • balises if present in the right place, are also used to indicate that trains approach construction workers or warn construction workers of approaching trains. A conversion of the balises is very expensive. This is why construction workers usually have to lay track contacts and connect them with a horn system via cables that are sometimes several kilometers long. When crossing the contacts by the train this horn system is triggered and the construction workers acoustically indicated that they have little time, usually only a few seconds to leave the danger zone of the track construction site safely and safely.
  • the route points and / or associated signaling data stored in the signaling unit can be modified in a generic method.
  • the inventive method generates a timely adaptation of the virtual balise, ie the train control unit receives the required information that takes into account the current and special situation. For this purpose, location coordinates of the fixed route points are stored in the signaling unit, are deposited for the respective signaling data. The train positions transmitted by the positioning system to the signaling unit are monitored by the latter and when passing through a position associated with a particular waypoint, the corresponding signaling data is sent to the train control unit. The train control unit will now evaluate the received signaling data in exactly the same way as in the prior art the physical beacons installed in the route network when transmitting to the traction vehicle sent messages. Due to the timely adaptation, changes in traffic planning or routing can be taken into account.
  • the route points and / or signaling data stored in the signaling unit can be modified via a radio link from a control center, for example via a train-specifically modified radio link such as GSM-R from the responsible ETCS Radio Block Center.
  • a control center for example via a train-specifically modified radio link such as GSM-R from the responsible ETCS Radio Block Center.
  • the route points are determined dynamically as a function of current boundary conditions.
  • boundary conditions are advantageously detected by sensors provided on the train.
  • Parameters can be, for example, current train speed, maximum speed, maximum acceleration and braking capacity, but also train length and weather-dependent influences.
  • GNSS satellite navigation system
  • Galileo Galileo
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention provides that the transmission control unit triggers the transmission of a radio signal for traffic control and / or warning as a function of the signaling data.
  • the data transmitted by the balise are checked on the basis of the signaling data stored in the signaling unit and assigned to the route point. This provides the ability to use the virtual balise to monitor and control physical balises.
  • the system for carrying out the method according to the invention has a position determination system for determining the train position, a signaling unit in which route points and associated signaling data are stored modifiable, and a train control unit for evaluating the signaling data.
  • a traction vehicle or zugurgies system is created, which provides by vehicle-side determination of the current train position and adjustment of the train position with vehicle-stored route points signaling data for Glassignalmaschine a train control unit, taking into account special situations.
  • the system created here is independent of possible built in the route network balises.
  • the positioning system comprises a satellite navigation system.
  • the system according to the invention is equipped with a train control unit that is compatible with the European Train Control System (ETCS) in the European Rail Transport Management System (ERTMS).
  • ECS European Train Control System
  • ERTMS European Rail Transport Management System
  • the system according to the invention preferably has a transceiver for receiving radio messages for modifying the stored path points and / or signaling data and / or for sending control data to a control center or a warning message to a warning device. This makes it possible to control rail traffic in a timely and situation-dependent manner.
  • FIG. 1 schematically illustrates a train signaling system according to the invention.
  • a rail-bound traction vehicle 1 is shown.
  • the traction unit 1 has in its front area a control station 2, on which the traction unit 1 is controlled and operated by a traction vehicle or train driver 3.
  • the traction vehicle 1 shown here is an electric locomotive with current collectors 5 traveling on rails 4.
  • a track circuit is integrated in the rails 4.
  • balises 6 and 7 are shown.
  • the balises 6 and 7 are passive transponders, which are excited when crossing the traction unit 1 and then send messages to the train.
  • a receiving device 8 On the underside of the traction vehicle 1, a receiving device 8 is arranged, which is also referred to as a balise transmission unit (Balise Transmission Module - BTM).
  • the receiving device 8 is connected via an intra-train data bus to a train control unit 9, which in the present example is an ETCS vehicle device.
  • the train control unit 9 evaluates the signaling data transmitted by the balise 6 and forwards evaluated signal information to the vehicle state 2.
  • FIG. 1 also shows a signal source 10, which is connected via a line 11 to a signal box 12 and is controlled by the signal box 12. Furthermore, the signal source 10 is connected to a trackside electronic unit 13 (Lineside Electronic Unit - LEU), which via a line 14 with the switchable Beautyse 7 is connected. When the balise 7 is driven over by the traction vehicle 1, these data sets are transmitted as a function of the signal present at the signal source 10.
  • a trackside electronic unit 13 Lineside Electronic Unit - LEU
  • the traction vehicle 1 also has a position determining system 15, which receives satellite signals for position determination via an antenna 16.
  • a position determining system 15 receives satellite signals for position determination via an antenna 16.
  • FIG. 1 is for example part of the satellite navigation system Galileo.
  • the components of the system described above are already known in the art. In the following, the additional components according to the invention and their function will be described.
  • the determined position data are forwarded by the position determination system 15 to a signaling unit 18.
  • the signaling unit 18 maps the transmitted position information to the topological route map present at the zug side according to the ETCS specification.
  • the signaling unit 18 can then deposit the assigned signaling data to the train control unit 9 at the freely selectable waypoints deposited in the signaling unit 18, which are evaluated and forwarded by the train control unit 9 in the usual way.
  • the route points and / or the signaling data can be modified taking into account current events and boundary conditions. Since in this way the train control unit 9 receives location-specific signaling data without necessarily one of the two balises 6, 7 installed in the rail network 4 transmitting a corresponding signal message, the signaling unit 18 can also be referred to as virtual balise.
  • the train control unit 9 evaluates the signaling information and the position information.
  • the train control unit 9 can temporarily communicate via a rail-specific modified mobile radio connection (GSM-R) by a radio infill unit (RIU) 19 arranged on the traction vehicle 1 with a responsible external center 20, for example an ETCS radio block center.
  • GSM-R rail-specific modified mobile radio connection
  • ROU radio infill unit
  • the train position and other driving parameters of the center 20 be transmitted, which can be used in the control center 20, the information about several trains to control the overall traffic.
  • the utilization of the route capacities is thus optimized and waiting times of individual trains can be reduced to the absolutely necessary level.
  • the center 20 also controls other railway infrastructure, such as switches and railroad crossings, they can be controlled at an optimal time. This time is usually dependent on the train position and the driving parameters. Unnecessary long waiting of road vehicles in front of a railroad crossing can thus be avoided.
  • the storage of the route points associated signaling data in the train-side signaling unit 18 can be static or dynamic, for example, by input from the driver 3 at the vehicle level 2 or via the modified mobile connection from the appropriate external ETCS Radio Block Center 20. It is also possible for parameters determined by the sensors on the train side to be taken into account in the system.
  • the virtual balise or the signaling unit 18 forms a substitute for physical, built-in balises.
  • the respective signaling data are transferred to the train control unit 9 at certain route points which are previously determined.
  • these waypoints which require certain signaling data, are determined dynamically.
  • the requirements according to which the dynamic determination takes place depend, among other things, on the driving parameters of the train, for example the current speed, the maximum speed, maximum braking and acceleration capacity.
  • the waypoints for triggering particular signaling data are also determined depending on the behavior of the vehicle or train.
  • the dynamic case also allows the timely adaptation of the signaling data to special traffic situations. This can for example be a steady updated marking of a railway track construction site.
  • the use of the virtual balise or the signaling unit 18 in the case of a steadily changing spatial position of a route point can not be compared in any way with the conversion of physical balises 6, 7.
  • the use of virtual dynamic balises allows a certain degree of interoperability to be achieved on ETCS level 0 routes, so that two ETCS level 1 to 3 routes can be interconnected by a suitable ETCS level 0 route by suitable operational measures.
  • a satellite-based solution also offers the opportunity to create a new unified solution without probing existing systems.
  • the virtual balise or the signaling unit 18 presented here can additionally serve for the verification and monitoring of built-up, physical balises 6, 7.
  • check routines are stored in the train control unit 9, which check the correct functioning of physical balises 6, 7 in a normal-operative operation.
  • the signaling data received by the beacons 6, 7 are compared with the signaling data stored in the signaling unit 18 for the defined route points or for the geographical position information. This monitoring leads to a higher safety for the rail-bound traffic.
  • FIG. 2 With reference to Figure 2, the invention will be described using the example of a to be secured hiking site 21. It can be seen a greatly simplified plan view of a stretch of track 4, on which a train with a traction unit 1 in the direction of arrow 22 moves.
  • a satellite navigation system which is represented here by the satellite 17.
  • a physical Balise 6 which in a Driving over a signal triggers and additionally triggers an acoustic warning signal by means of a horn system 25 at the construction site 21.
  • a track contact connected to the horn system is additionally provided at the position of the balise 6.
  • the position of the virtual balise can be defined together with the usual parameters before the departure of a turn.
  • this static approach does not take into account that the walker 21 can change its position while the train is traveling. It is therefore better to dynamically adapt the defined position or the route points to trigger a signaling during the train journey. This can be done for example by cell broadcast in the GSM-R (in correspondingly radio-covered areas) or by geocasting (for example DVB-T / S, DAB).
  • the two-way messaging approach introduced with Galileo could be used profitably here, as this system will inherently have global coverage and the available bandwidth would be absolutely sufficient for this type of application.
  • the builder would be able to drag the virtual warning beacon sufficiently far behind itself according to needs. This means that after a shift or migration of the track construction site 21 in the direction of travel 22 of the train signaling is triggered only at a later waypoint, which is represented by the reference numeral 24 as a virtual balise in Figure 2.
  • the triggering of the horn system 25 can in turn also be done on different communication channels.
  • the virtual balise 23 or 24, the horn system 25, for example respond directly by radio, if it is within range of a corresponding additional transmitting and receiving device in the train.
  • the GSM-R transmitting and receiving device (RIU) provided with ETCS at the corresponding network coverage in the region can be used to call the telephone number of the horn system 25 to be alarmed stored in the profile of the virtual balises 23, 24.
  • Galileo SAR return channel can be regarded as a geocast and, in plausible scenarios, it can always be assumed that the horn system 25 is located in the same geographical area as the triggering balise 24.
  • the maximum connection setup time must be taken into account, since any delay in fast-moving trains will minimize the advance warning time of the crew.
  • the method described here is based on the basis that certain reactions are determined according to defined time or space requirements, which also depend on fixed boundary conditions of the vehicle or train, for example maximum speed and maximum acceleration and braking capacity. This gives rise to the possibilities of determining switch-on and switch-off points - general reference points for the triggering of events - dynamically as a function of the behavior of the vehicle or train. Specifically, the warning of the construction crew of the construction site 21 is triggered precisely at the moment when the minimum time to arrive at the construction site 21 is reached for exactly this train.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Zugsignalisierung offenbart, bei dem eine von einem Positionsbestimmungssystem ermittelte Zugposition an eine Signalisierungseinheit (18) gesendet wird, in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten hinterlegt sind, und bei Übereinstimmung der Zugposition mit einem hinterlegten Streckenpunkt von der Signalisierungseinheit (18) dem Streckenpunkt zugeordnete Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit (9) gesendet werden, die die Signalisierungsdaten auswertet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die in der Signalisierungseinheit (18) hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten modifiziert werden können. Ferner wird ein System zur Zugsignalisierung vorgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugsignalisierung, bei dem eine von einem Positionsbestimmungssystem ermittelte Zugposition an eine Signalisierungseinheit gesendet wird, in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten hinterlegt sind, und bei Übereinstimmung der Zugposition mit einem hinterlegten Streckenpunkt von der Signalisierungseinheit dem Streckenpunkt zugeordnete Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit gesendet werden, die die Signalisierungsdaten auswertet. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens.
  • Derzeit zwingen länderspezifische und daher unterschiedliche Zugsicherungssysteme für den schienengebundenen Verkehr noch zu kostenintensiven Mehrfachausrüstungen auf Triebfahrzeugen für den grenzüberschreitenden Verkehr in Europa. Deshalb wird ein System entwickelt, das im Hinblick auf eine einheitliche Lösung zur weiteren Standardisierung von Sicherungsanlagen auf Triebfahrzeugen beiträgt und damit zugleich Kosten senkt. Dieses neue European Train Control System (ETCS) im European Railed Transport Management System (ERTMS) bildet die technische Grundlage für den interoperablen Bahnbetrieb in Europa.
  • Die ETCS-Spezifikation umfasst drei zentrale technische Ausrüstungslevel, die von 1 bis 3 durchnummeriert sind. Darüber hinaus wird die Fahrt in nicht ausgerüsteten Regionen bzw. Streckenabschnitten vereinfachend als Level 0 bezeichnet. Diese Level stellen keine Evolution oder Migrationsreihenfolge dar, sondern den Bereich der möglichen Anpassung an nationale, regionale oder betriebliche Anforderungen. In der ETCS-Spezifikation werden je nach Level verschiedene infrastrukturseitige bzw. gleisseitige wie zugseitige Komponenten vorgeschrieben, zu denen in Level 1 bis 3 infrastrukturseitig sogenannte Balisen gehören.
  • Eine Balise ist ein passiver Transponder, der bei der Überfahrt durch einen Zug angeregt wird und anschließend Nachrichten an den Zug sendet. Eine an dem Zug angeordnete Antenne aktiviert während der Überfahrt die Balise durch Aussenden eines Energiesignals. Die Balise nutzt diese Energie, um Informationen zu senden, die im Zug empfangen und über einen internen Datenbus an eine Zugsteuereinheit zur Auswertung weitergeleitet werden.
  • Man unterscheidet hierbei generell zwei Typen der Balisen. Erstens Festdatenbalisen, die einen festen Datensatz, beispielsweise einen Ortscode, übertragen. Die Daten sind fest in der Balise gespeichert, lassen sich aber unter Verwendung eines Programmiergerätes kontaktlos umprogrammieren. Und zweitens transparente bzw. schaltbare Balisen, die an eine Signalquelle gekoppelt sind und in Abhängigkeit vom anliegenden Signal verschiedene Datensätze übertragen können. Dies können beispielsweise aus der Signalstellung resultierende Anweisungen zur Geschwindigkeitssteuerung sein.
  • Balisen werden u. a. zur Übermittlung einer Identität zur topologischen Ortsreferenzierung ("elektronischer Kilometerstein") verwendet, können aber auch umfangreichere Nachrichten übermitteln. Die Empfangseinrichtung im Zug wird als Balisenübertragungseinheit (Balise Transmission Modul - BTM) bezeichnet, die selbst wieder an das ETCS-Fahrzeuggerät bzw. die Zugsteuereinheit angeschlossen ist, welches u. a. die empfangenen Signalinformationen verarbeitet. Das ETCS-Fahrzeuggerät kann damit die Signalinformationen, beispielsweise ein Stopsignal, sowie die Positionsinformationen auswerten. Das ETCS-Fahrzeuggerät steht darüber hinaus temporär über eine bahnspezifisch modifizierte Mobilfunkverbindung durch eine so genannte Radio Infill Unit (RIU) mit dem zuständigen ETCS Radio Block Center in Verbindung. Das ETCS Radio Block Center ist eine Zentrale zur Steuerung des schienengebundenen Verkehrs.
  • Die Verbauung der Balisen in der Infrastruktur führt allerdings zu relativ hohen Kosten. Das führt beispielsweise dazu, dass zwar der Ausrüstungsgrad der europäischen Hauptstrecken mit Balisen recht hoch ist und somit die Blockgröße angemessen klein ist. Mit Blockgröße wird hierbei der Abstand zwischen zwei verbauten Balisen bezeichnet. Auf Nebenstrecken ist jedoch aufgrund des Kostendrucks die Dichte der Verbauung wesentlich geringer. Dies führt zu einer ungenaueren und inhärent diskreten Zugortung und folglich zu einer schlechteren Ausnutzung der Kapazität der Strecke.
  • In vielen Regionen, beispielsweise in neuen EU-Ländern und in Südosteuropa, ist ferner die betriebliche Interoperabilität nicht gewährleistet, da viele Regional- und Nebenverkehrstrecken als Strecken mit ETCS-Level 0 überhaupt nicht mit Balisen ausgerüstet sind. In diesen Regionen drohen gar durch die Forderung nach Interoperabilität mit ETCS-Level 1 bis 3 ein massiver Streckenabbau und eine Verlagerung des Verkehrs auf die Straße.
  • Weiterhin ist von Nachteil, dass die örtliche Veränderung von Balisen sehr unflexibel und teuer ist. Derzeit werden Balisen - sofern an der richtigen Stelle vorhanden - auch zusätzlich dazu verwendet, herannahenden Zügen anzuzeigen, dass sich im weiteren Gleisbereich Bauarbeiter aufhalten bzw. Bauarbeiter vor herannahenden Zügen zu warnen. Eine Ummontage der Balisen ist sehr aufwendig. Deshalb müssen die Bauarbeiter üblicherweise Gleiskontakte auslegen und diese über zum Teil einige Kilometer lange Kabel mit einer Hornanlage verbinden. Bei einem Überfahren der Kontakte durch den Zug wird diese Hornanlage ausgelöst und dadurch den Bauarbeitern akustisch angezeigt, dass sie nur noch wenig Zeit haben, üblicherweise nur wenige Sekunden, um den Gefahrenbereich der Gleisbaustelle sicher und ungefährdet zu verlassen.
  • In dem Artikel "The RUNE Projekt: Design and Demonstration of a GPS/EGNOS-Based Railway User Navigation Equipment" von Angelo Ganghi et al., ION GPS/GNSS 2003, 9-12 September 2003, Portland, OR, wird ein System zur Bestimmung von dem zurückgelegten Weg und der Geschwindigkeit auf der Basis der GNSS-Information beschrieben. An bestimmten, vorher festgelegten Referenzpunkten werden definierte Ereignisse ausgelöst. Durch die festgelegten Referenzpunkte, sind auf die Weise virtuelle Balisen implementiert. Nachteil des RUNE-Projektes ist, dass die Referenzpunkte vor dem Fahrtbeginn festgelegt werden und erst verändert werden können, wenn das System bei einem Stillstand des Zuges neu implementiert wird. Folglich ist es mit einer virtuellen Balise gemäß dem RUNE-Projekt nicht möglich, zeitnah die Zugsignalisierung an aktuelle Umstände anzupassen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zugsignalisierung anzugeben, durch die eine Anpassung an besondere Situationen zeitnah ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
  • Erfindungsgemäß können bei einem gattungsgemäßen Verfahren die der Signalisierungseinheit hinterlegten Streckenpunkte und/oder zugeordnete Signalisierungsdaten modifiziert werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine zeitnahe Anpassung der virtuellen Balise generiert, d.h. die Zugsteuereinheit erhält die erforderliche Information, die die aktuelle und besondere Situation berücksichtigt. Hierzu sind in der Signalisierungseinheit Ortskoordinaten der festgelegten Streckenpunkte gespeichert, für die jeweilige Signalisierungsdaten hinterlegt sind. Die von dem Positionsbestimmungssystem an die Signalisierungseinheit übermittelten Zugpositionen werden von dieser überwacht und bei dem Durchfahren einer Position, die zu einem bestimmten Streckenpunkt gehört, werden die entsprechenden Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit gesendet. Die Zugsteuereinheit wird nun die empfangenen Signalisierungsdaten genauso auswerten, wie im Stand der Technik die von im Streckennetz verbauten physikalischen Balisen bei dem Überfahren an das Triebfahrzeug gesendeten Nachrichten. Durch die zeitnahe Anpassung können Veränderungen in der Verkehrsplanung bzw. Streckenführung berücksichtigt werden.
  • Hierdurch können auch Streckenabschnitte mit einem schwachen und mäßigen Verkehr (SMV), für die eine Verbauung mit physischen Balisen aus Kostengründen unwirtschaftlich und nicht sinnvoll wäre, für den schienengebundenen Verkehr genutzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die in der Signalisierungseinheit hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten über eine Funkverbindung von einer Zentrale aus modifiziert werden können, beispielsweise über eine bahn-spezifisch modifizierte Funkverbindung wie GSM-R von dem zuständigen ETCS Radio Block Center. Dadurch ist eine Anpassung auch nach Fahrtantritt ermöglicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Streckenpunkte in Abhängigkeit aktueller Randbedingungen dynamisch bestimmt werden. Diese Randbedingungen werden vorteilhaft von am Zug vorgesehenen Sensoren erfasst. Parameter können beispielsweise aktuelle Zuggeschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, maximales Beschleunigungs- und Bremsvermögen aber auch Zuglänge und witterungsabhängige Einflüsse sein.
  • Bevorzugt wird zur Positionsbestimmung ein Satellitennavigationssystem (Global Navigation Satellite System - GNSS), beispielsweise Galileo, verwendet. Dies ermöglicht die Ausführung des Verfahrens auf allen Streckenabschnitten, die nicht überbaut sind (Tunnel o. ä.), in dem gesamten grenzüberschreitenden Gebiet, in dem Signale von Galileo-Satelliten empfangen werden können.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass von der Zugsteuereinheit in Abhängigkeit von den Signalisierungsdaten die Aussendung eines Funksignals zur Verkehrssteuerung und/oder Warnung ausgelöst wird.
  • Schließlich ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bei einem Überfahren einer physischen Balise die von der Balise übertragenen Daten anhand der in der Signalisierungseinheit hinterlegten und dem Streckenpunkt zugeordneten Signalisierungsdaten überprüft werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, die virtuelle Balise zur Überwachung und Kontrolle physischer Balisen einzusetzen.
  • Das System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Positionsbestimmungssystem zur Ermittlung der Zugposition, eine Signalisierungseinheit, in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten modifizierbar hinterlegt sind, und eine Zugsteuereinheit zur Auswertung der Signalisierungsdaten auf. Hierdurch wird ein triebfahrzeug- bzw. zugseitiges System geschaffen, das durch fahrzeugseitige Ermittlung der aktuellen Zugposition und Abgleich der Zugposition mit fahrzeugseitig hinterlegten Streckenpunkten Signalisierungsdaten für die Zugsignalisierung einer Zugsteuereinheit unter Berücksichtigung besonderer Situationen zur Verfügung stellt. Das hier geschaffene System ist unabhängig von möglichen im Streckennetz verbauten Balisen.
  • Bevorzugt weist das Positionsbestimmungssystem ein Satellitennavigationssystem auf.
  • Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße System mit einer Zugsteuereinheit ausgerüstet, die zu dem European Train Control System (ETCS) im European Rail Transport Management System (ERTMS) kompatibel ist. Hierdurch wird die Möglichkeit für ein europaweit einheitliches Zugsignalisierungssystem geschaffen.
  • Bevorzugt weist das erfindungsgemäße System ein Sende/Empfangsgerät zum Empfangen von Funknachrichten zur Modifizierung der hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten und/oder zum Senden von Steuerdaten an eine Zentrale oder einer Warnnachricht an eine Warneinrichtung auf. Hierdurch besteht die Möglichkeit, zeitnah und situationsabhängig den Schienenverkehr zu steuern.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und den beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Diese zeigen in:
    • Figur 1 -
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Zugsignalisierung,
    Figur 2 -
    in der Draufsicht eine vereinfachte Darstellung eines Zugstreckenabschnitts.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes System zur Zugsignalisierung schematisch skizziert. In der Figur ist ein schienengebundenes Triebfahrzeug 1 gezeigt. Das Triebfahrzeug 1 weist in seinem vorderen Bereich einen Steuerstand 2 auf, an dem das Triebfahrzeug 1 durch einen Triebfahrzeug- bzw. Zugführer 3 gesteuert und bedient wird. Bei dem hier gezeigten Triebfahrzeug 1 handelt es sich um eine auf Schienen 4 fahrende Elektrolok mit Stromabnehmern 5. In den Schienen 4 ist ein Gleisstromkreis integriert. Ferner sind herkömmlich bekannte Balisen 6 und 7 gezeigt. Die Balisen 6 und 7 sind passive Transponder, die bei einer Überfahrt durch das Triebfahrzeug 1 angeregt werden und anschließend Nachrichten an den Zug senden.
  • An der Unterseite des Triebfahrzeugs 1 ist eine Empfangseinrichtung 8 angeordnet, die auch als Balisenübertragungseinheit (Balise Transmission Modul - BTM) bezeichnet wird. Die Empfangseinrichtung 8 ist über einen zuginternen Datenbus mit einer Zugsteuereinheit 9 verbunden, die im vorliegenden Beispiel ein ETCS-Fahrzeuggerät ist. Die Zugsteuereinheit 9 wertet die von der Balise 6 gesendeten Signalisierungsdaten aus und leitet ausgewertete Signalinformationen an den Fahrzeugstand 2 weiter.
  • Die Figur 1 zeigt ferner eine Signalquelle 10, die über eine Leitung 11 mit einem Stellwerk 12 verbunden ist und von dem Stellwerk 12 gesteuert wird. Ferner ist die Signalquelle 10 mit einer gleisseitig angeordneten elektronischen Einheit 13 (Lineside Electronic Unit - LEU) verbunden, die über eine Leitung 14 mit der schaltbaren Balise 7 verbunden ist. Bei einem Überfahren der Balise 7 durch das Triebfahrzeug 1 werden von dieser Datensätze in Abhängigkeit des an der Signalquelle 10 anliegenden Signals übertragen.
  • Das Triebfahrzeug 1 weist ferner ein Positionsbestimmungssystem 15 auf, das über eine Antenne 16 Satellitensignale zur Positionsbestimmung empfängt. Zur Vereinfachung ist in der Figur 1 lediglich ein Satellit 17 gezeigt, der beispielsweise Bestandteil des Satellitennavigationssystems Galileo ist. Die vorstehend beschriebenen Bestandteile des Systems sind bereits im Stand der Technik bekannt. Nachfolgend werden die erfindungsgemäß zusätzlichen Komponenten und ihre Funktion beschrieben.
  • Die ermittelten Positionsdaten werden von dem Positionsbestimmungssystem 15 an eine Signalisierungseinheit 18 weitergeleitet. Die Signalisierungseinheit 18 bildet die übermittelte Positionsinformation auf die zugseitig gemäß ETCS-Spezifikation vorhandene topologische Streckenkarte ab. Die Signalisierungseinheit 18 kann dann an in der Signalisierungseinheit 18 hinterlegten, frei wählbaren Streckenpunkten diesen zugeordnete Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit 9 absetzen, die von der Zugsteuereinheit 9 in der üblichen Weise ausgewertet und weitergeleitet werden. Die Streckenpunkte und/oder die Signalisierungsdaten sind dabei unter Berücksichtigung aktueller Ereignisse und Randbedingungen modifizierbar. Da auf diese Weise die Zugsteuereinheit 9 ortsspezifische Signalisierungsdaten empfängt, ohne dass notwendigerweise eine der beiden Balisen 6, 7, die im Schienennetz 4 verbaut sind, eine entsprechende Signalnachricht senden, kann die Signalisierungseinheit 18 auch als virtuelle Balise bezeichnet werden.
  • Die Zugsteuereinheit 9 wertet die Signalisierungsinformation sowie die Positionsinformation aus. Ferner kann die Zugsteuereinheit 9 zeitweise über eine bahnspezifisch modifizierte Mobilfunkverbindung (GSM-R) durch eine an dem Triebfahrzeug 1 angeordnete Radio Infill Unit (RIU) 19 mit einer zuständigen externen Zentrale 20, beispielsweise ein ETCS Radio Block Center, in Verbindung stehen. Über diese Funkverbindung kann die Zugposition sowie weitere Fahrparameter der Zentrale 20 übermittelt werden, wodurch in der Zentrale 20 die Informationen über mehrere Züge entsprechend zur Steuerung des Gesamtverkehrs verwendet werden können. Die Ausnutzung der Streckenkapazitäten ist somit optimiert und Wartezeiten einzelner Züge können auf das unbedingt erforderliche Maß reduziert werden.
  • Da die Zentrale 20 auch weitere Bahninfrastruktur ansteuert, beispielsweise Weichen und Bahnübergänge, können diese zu einem optimalen Zeitpunkt angesteuert werden. Dieser Zeitpunkt ist in der Regel abhängig von der Zugposition und den Fahrparametern. Unnötiges langes Warten von Straßenfahrzeugen vor einem Bahnübergang kann somit vermieden werden.
  • Die Hinterlegung der den Streckenpunkten zugeordneten Signalisierungsdaten in der zugseitigen Signalisierungseinheit 18 kann statisch oder dynamisch erfolgen, beispielsweise per Eingabe durch den Fahrzeugführer 3 am Fahrzeugstand 2 oder über die modifizierte Mobilfunkverbindung von dem zuständigen externen ETCS Radio Block Center 20 aus. Auch können von zugseitig vorhandenen Sensoren ermittelte Parameter im System Berücksichtigung finden.
  • Im statischen Fall bildet die virtuelle Balise bzw. die Signalisierungseinheit 18 einen Ersatz für physische, verbaute Balisen. Mit Hilfe des Positionsbestimmungssystems 15 werden an bestimmten Streckenpunkten, die vorher festgelegt werden, die jeweiligen Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit 9 übergeben. Im dynamischen Fall werden diese Streckenpunkte, die bestimmte Signalisierungsdaten erfordern dynamisch ermittelt. Die Anforderungen, nach denen die dynamische Ermittlung erfolgt, sind unter anderem abhängig von den Fahrparametern des Zuges, beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit, die Höchstgeschwindigkeit, maximales Brems- sowie Beschleunigungsvermögen. Somit werden die Streckenpunkte für eine Auslösung bestimmter Signalisierungsdaten auch in Abhängigkeit von dem Verhalten des Fahrzeugs oder Zuges bestimmt.
  • Der dynamische Fall erlaubt ferner die zeitnahe Anpassung der Signalisierungsdaten an besondere verkehrstechnische Situationen. Dies kann beispielsweise eine stetig aktualisierte Kennzeichnung einer Gleiswanderbaustelle sein. Der Einsatz der virtuellen Balise bzw. die Signalisierungseinheit 18 bei einer stetig verändernden Ortsposition eines Streckenpunktes ist vom Aufwand her in keiner Weise mit der Ummontage physischer Balisen 6, 7 zu vergleichen. Die Verwendung virtueller dynamischer Balisen erlaubt es, auf ETCS-Level 0 Strecken einen gewissen Grad an Interoperabilität zu erreichen, so dass durch geeignete betriebliche Maßnahmen zwei ETCS-Level 1 bis 3 Strecken durch eine so ausgestattete ETCS-Level 0 Strecke miteinander verbunden werden können.
  • Damit ist die operative Durchgängigkeit gewährleistet, sofern keine sonstigen Hindernisse, beispielsweise veränderliche Spurbreiten oder unterschiedliche Stromsysteme, vorliegen. Das Verfahren ist somit auch eine Verbesserung der Migrationsfähigkeit vorhandener Systeme auf Kompatibilität zu der ETCS-Spezifikation. Eine satellitengestützte Lösung bietet ferner die Chance, ohne Antastung der bestehenden Systeme eine neue einheitliche Lösung zu schaffen.
  • Die hier vorgestellte virtuelle Balise bzw. die Signalisierungseinheit 18 kann zusätzlich zur Verifikation und Überwachung verbauter, physischer Balisen 6, 7 dienen. Hierzu sind in der Zugsteuereinheit 9 Prüfroutinen hinterlegt, die in einem normaloperativen Betrieb die korrekte Funktionsfähigkeit physischer Balisen 6, 7 überprüfen. Die von den Balisen 6, 7 empfangenen Signalisierungsdaten werden mit den Signalisierungsdaten verglichen, die für die definierten Streckenpunkte bzw. für die geografischen Positionsangaben in der Signalisierungseinheit 18 hinterlegt sind. Diese Überwachung führt zu einer höheren Sicherheit für den schienengebundenen Verkehr.
  • Anhand der Figur 2 wird die Erfindung am Beispiel einer zu sichernden Wanderbaustelle 21 beschrieben. Es ist eine stark vereinfachte Draufsicht auf einen Streckenabschnitt mit Gleisen 4 zu erkennen, auf dem ein Zug mit einem Triebfahrzeug 1 in Richtung des Pfeils 22 fährt. Zur Positionsbestimmung empfängt das Triebfahrzeug 1 Signale eines Satellitennavigationssystems, das hier durch den Satelliten 17 repräsentiert wird. Es ist in der Figur 2 eine physische Balise 6 dargestellt, die bei einem Überfahren eine Signalisierung auslöst und zusätzlich mittels einer Hornanlage 25 an der Wanderbaustelle 21 ein akustisches Wamsignal auslöst. Hierfür ist an der Position der Balise 6 zusätzlich ein mit der Hornanlage verbundener Gleiskontakt vorgesehen.
  • In dem Fall, dass der Zug sich bereits hinter der letzten physischen Balise 6 befindet, aber die Fahrt nicht normal fortgesetzt hat, beispielsweise weil er nach einer Notbremsung und längerem Stillstand wieder anfährt, ist eine Warnung für die Wanderbaustelle 21 nicht mehr auslösbar. Mit Hilfe der virtuellen Balise, die in der Figur 2 durch ein Balisensymbol 23 dargestellt wird, kann sichergestellt werden, dass bei dem Überfahren des der virtuellen Balise 23 zugeordneten Streckenpunktes durch den Zug die Hornanlage 25 ausgelöst wird.
  • Die Position der virtuellen Balise kann zusammen mit den üblichen Parametern vor Beginn der Abfahrt eines Zuges definiert werden. Diese statische Vorgehensweise berücksichtigt allerdings nicht, dass die Wanderbaustelle 21 ihre Position während der Fahrt des Zuges verändern kann. Besser ist daher eine dynamische Anpassung der definierten Position bzw. der Streckenpunkte zur Auslösung einer Signalisierung noch während der Zugfahrt. Dies kann beispielsweise per Cell-Broadcast im GSM-R (in entsprechend funktechnisch abgedeckten Gebieten) oder per Geocast (beispielsweise DVB-T/S, DAB) erfolgen. Insbesondere könnte hier auch das mit Galileo eingeführte Two-Way-Messaging-Verfahren gewinnbringend eingesetzt werden, da dieses System inhärent eine globale Abdeckung haben wird und die verfügbare Bandbreite für diese Art der Anwendung absolut ausreichen würde.
  • Durch ein geeignetes Konfigurationsterminal wäre bei einem dynamischen Verfahren der Bautrupp selbst in die Lage versetzt, die virtuelle Warnbalise entsprechend der Bedürfnisse in ausreichendem Abstand hinter sich herzuziehen. Dies bedeutet, dass nach einer Verschiebung bzw. Wanderung der Gleisbaustelle 21 in Fahrtrichtung 22 des Zuges die Signalisierung erst an einem späteren Streckenpunkt ausgelöst wird, der mit der Bezugsziffer 24 als virtuelle Balise in der Figur 2 dargestellt ist.
  • Die Auslösung der Hornanlage 25 kann wiederum auch auf verschiedenen Kommunikationswegen erfolgen. So kann die virtuelle Balise 23 bzw. 24 die Hornanlage 25 beispielsweise direkt per Funk ansprechen, wenn diese sich in der Reichweite einer entsprechenden zusätzlichen Sende- und Empfangseinrichtung im Zug befindet. Ebenso kann die mit ETCS zugseitig vorhandene GSM-R Sende- und Empfangseinrichtung (RIU) bei entsprechender Netzabdeckung in der Region dazu verwendet werden, die im Profil der virtuellen Balise 23, 24 hinterlegte Telefonnummer der zu alarmierenden Hornanlage 25 anzurufen.
  • Optimal im Sinne der Verfügbarkeit ist jedoch die Auslösung per erweitertem Galileo-SAR-Dienst, in dem die Auslösung als spezifische SAR Distressed Message erfolgt und der mit Galileo neu eingeführte SAR Rückkanal dazu verwendet wird, sowohl dem Zug das Absetzen der Meldung zu bestätigen, als auch gleichzeitig die Hornanlage über die Auslösung zu informieren. Hierbei ist insbesondere von Vorteil, dass der Galileo SAR Rückkanal als Geocast angesehen werden kann und in plausiblen Szenarien immer davon auszugehen ist, dass sich die Hornanlage 25 im gleichen geografischen Gebiet wie die auslösende Balise 24 befindet.
  • Bei allen genannten Kommunikationsverfahren zur Auslösung der Hornanlage 25 ist die maximale Verbindungsaufbauzeit zu beachten, da hier jede Verzögerung bei schnell fahrenden Zügen die Vorwarnzeit des Bautrupps minimiert. Das hier beschriebene Verfahren geht von der Grundlage aus, dass bestimmte Reaktionen nach definierten zeitlichen oder räumlichen Anforderungen bestimmt werden, die auch von festen Randbedingungen des Fahrzeugs oder Zugs abhängen, beispielsweise Höchstgeschwindigkeit und maximales Beschleunigungs- und Bremsvermögen. Hiermit ergeben sich die Möglichkeiten, Einschalt- und Ausschaltpunkte - allgemeine Refferenzpunkte für die Auslösung von Ereignissen - dynamisch in Abhängigkeit vom Verhalten des Fahrzeugs oder Zugs zu bestimmen. Konkret wird die Warnung des Bautrupps der Wanderbaustelle 21 genau in dem Moment ausgelöst, an dem die minimale Zeit bis zur Ankunft an der Baustelle 21 für genau diesen Zug erreicht ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Zugsignalisierung, bei dem eine von einem Positionsbestimmungssystem ermittelte Zugposition an eine Signalisierungseinheit (18) gesendet wird, in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten hinterlegt sind, und bei Übereinstimmung der Zugposition mit einem hinterlegten Streckenpunkt von der Signalisierungseinheit (18) dem Streckenpunkt zugeordnete Signalisierungsdaten an die Zugsteuereinheit (9) gesendet werden, die die Signalisierungsdaten auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Signalisierungseinheit (18) hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten modifiziert werden können.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Signalisierungseinheit hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten über eine Funkverbindung von einer Zentrale modifiziert werden können.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten in Abhängigkeit aktueller Randbedingungen dynamisch bestimmt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionsbestimmung ein Satellitennavigationssystem verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zugsteuereinheit in Abhängigkeit von den Signalisierungsdaten die Aussendung eines Funksignals zur Verkehrssteuerung und/oder Warnung ausgelöst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überfahren einer physischen Balise die von der Balise übertragenen Daten anhand der in der Signalisierungseinheit hinterlegten und dem Streckenpunkt zugeordneten Signalisierungsdaten überprüft werden.
  7. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Positionsbestimmungssystem (15) zur Ermittlung der Zugposition, einer Signalisierungseinheit (18), in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten modifizierbar hinterlegt sind, und einer Zugsteuereinheit (9) zur Auswertung der Signalisierungsdaten.
  8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbestimmungssystem (15) ein Satellitennavigationssystem aufweist.
  9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugsteuereinheit (9) zu dem European Train Control System (ETCS) im European Rail Transport Management System (ERTMS) kompatibel ist.
  10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sende-/Empfangsgerät (19) zum Empfangen von Funknachrichten zur Modifizierung der hinterlegten Streckenpunkte und/oder Signalisierungsdaten und/oder zum Senden von Steuerdaten an eine Zentrale oder einer Warnnachricht an eine Warneinrichtung vorgesehen ist.
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