EP2250065B1

EP2250065B1 - Verfahren zur signaltechnischen sicherung schienengebundener fahrzeuge und diesbezügliches sicherungssystem

Info

Publication number: EP2250065B1
Application number: EP09717001A
Authority: EP
Inventors: Jens Braband; Bernhard Evers; Stefan Gerken
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: DE102008012416A1; US20100327125A1; EP2250065A1; AU2009221373A1; ATE538986T1; WO2009109475A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge, welche über ein Datenfunksystem mit mindestens einer zentralen Überwachungseinrichtung verbunden sind sowie ein diesbezügliches Sicherungssystem. Ein derartiges Sicherungssystem ist z.B. aus der DE 100 42 574 A1 bekannt. Bekannte Zugsicherungssysteme beruhen auf einer Zugortung mittels gleisseitiger Ortungseinrichtungen, beispielsweise Balisen oder Achszähleinrichtungen. Diese Zugsicherungssysteme sind stark zentralisiert, so dass kleinste Änderungen, beispielsweise am Gleisbild, erheblichen Anpassungsaufwand erfordern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein hoher finanzieller Aufwand durch das Einrichten, Verkabeln und die Wartung externer Elemente entsteht. Satellitenbasierte Verfahren bieten derzeit keine hinreichende Präzision, um im herkömmlichen Sicherungsverfahren zur Ortung eingesetzt zu werden.
Insbesondere auf eingleisigen und Nebenstrecken wird aus Kostengründen üblicherweise auf hochkomplexe Streckensicherungstechnik verzichtet. Fahrterlaubnis oder Weiterfahrterlaubnis wird von einem Fahrdienstleiter in einer Zentrale anhand eines Regelfahrplanes und der aktuellen Streckenbelegung per Funk an den Triebfahrzeugführer übertragen. Fehlerhafte Fahrterlaubnisse oder deren Fehlinterpretation durch den Triebfahrzeugführer können zu gefährlichen, kollisionsrelevanten Situationen führen. Deshalb ist es häufig notwendig, große Abschnitte bei wenig benutzten Streckenbereichen für einzelne Fahrzeuge exklusiv zu reservieren, wodurch nur ein sehr geringer Streckendurchsatz realisierbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge und ein diesbezügliches Sicherungssystem bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln, insbesondere ohne Streckenelemente zur Ortung, eine technische Unterstützung zur Erkennung und Vermeidung einer Kollisionsgefahr ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fahrzeuge ihre momentanen Positionsdaten über das Datenfunksystem an die Überwachungseinrichtung übermitteln, dass um die Fahrzeuge herum jeweils ein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung des verwendeten Positionsdatenerfassungsverfahrens abhängiger Sicherheitsbereich und ein diesen umfassender Warnbereich bestimmt werden und dass die Überwachungseinrichtung anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche und Warnbereiche fahrtbestimmende Daten derart ermittelt, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem an die betroffenen Fahrzeuge übermittelt werden. Gemäß Anspruch 7 dient dazu ein Sicherungssystem, bei dem fahrzeugseitig ein Sende-/Empfangsgerät vorgesehen ist, dessen Sendekomponente mit einer Einrichtung zur Positionsdatenerfassung verbunden ist, bei dem eine Einrichtung zur Bestimmung eines Sicherheitsbereiches in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung der Einrichtung zur Positionsdatenerfassung und eines den Sicherheitsbereich umfassenden Warnbereiches um das Fahrzeug herum vorgesehen ist und bei dem die Überwachungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung fahrtbestimmender Daten anhand der fahzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche und Warnbereiche derart aufweist, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem an die betroffenen Fahrzeuge übermittelbar sind.
Auf diese Weise ist eine Erhöhung des Sicherheitsniveaus auch ohne Einsatz der herkömmlichen, kostenintensiven Sicherungstechnik erreichbar. Zusätzliche dezentrale streckenseitige Einrichtungen sind nicht erforderlich, so dass die Investitionskosten gering sind und trotzdem ein höheres Sicherheitsniveau erreicht werden kann.
In den Sicherheitsbereich wird das Fahrzeug vollständig, d. h. inklusive mitgeführter Waggons, eingebettet, wobei die Ausdehnung mindestens in Fahrtrichtung mindestens dem geschwindigkeitsabhängigen Bremsweg entsprechen muss. Die Größe des Sicherheitsbereichs ist außerdem von der Messwertstreuung, d. h. von der Messungenauigkeit, bei der Positionsdatenerfassung abhängig. Anzustreben ist, dass dieser Sicherheitsbereich sich niemals kollisionsrelevant mit dem Sicherheitsbereich eines anderen Fahrzeuges überlappen kann. Dazu wird um den Sicherheitsbereich herum ein Warnbereich gelegt, bei dessen Überlappung mit dem Warnbereich eines anderen Fahrzeuges bereits eine Gegenreaktion erfolgt, falls es sich tatsächlich um eine kollisionsrelevante Überlappung handelt.
Um kollisionsrelevante Überlappung von nicht kollisionsrelevanter Überlappung unterscheiden zu können, ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass die empfangenen Positionsdaten durch Korrelation mit Streckendaten auf Kollisionsrelevanz ausgewertet werden. Nicht sicherheitsrelevante Überlappungen sind insbesondere möglich, wenn sich zwei Fahrzeuge auf Parallelstrecken begegnen oder überholen ohne sich treffen zu können. Auch fahrplanmäßig an der identifizierten Position zu erwartende Fahrzeuge, die bei eingleisigen Strecken auf einem benachbarten Bahnhofsgleis oder einem Ausweichgleis auf Fahrterlaubnis warten, können dadurch als unkritisch erkannt werden. Die Überwachungseinrichtung kann ausgehend von der Startposition jedes Fahrzeugs anhand der Weichenlage und der momentanen Positionsdaten der Fahrzeuge ohne weitere Informationen die Gefährlichkeit von Überlappungen beurteilen.
Für Bahnstrecken mit niedriger Betriebsdichte oder überwiegend eingleisigem Betrieb kann gemäß Anspruch 3 vorgesehen werden, dass nicht kollisionsrelevante Überlappungen durch ein Tokenverfahren erkannt werden. Durch das an sich bekannte Tokenverfahren wird dafür gesorgt, dass sich immer nur ein Fahrzeug unter voller Verantwortung des Triebfahrzeugführers auf dem überwachten Streckenabschnitt bewegt und alle anderen Fahrzeuge in überlappendem Warnbereich oder ggf. auch in überlappendem Sicherheitsbereich stehen. Um in diesen Fall eine sinnvolle Abfolge der Fahrzeugbewegungen zu ermöglichen, muss die Reihenfolge manuell steuerbar sein, wobei ein Token ggf. auch wieder an die zentrale Überwachungseinrichtung zurückgebbar sein kann. Während das Verfahren tokenbasiert die Bewegung der Fahrzeuge einschränkt, ist der Triebfahrzeugführer des sich bewegenden Fahrzeugs dafür verantwortlich, dass keine Kollision mit einem stehenden Fahrzeug auftritt. Das auf diese Weise erreichbare Sicherheitsniveau entspricht der bisherigen Sicherheit auf Nebenstrecken.
Nur die als kollisionsrelevant identifizierten Überlappungen deuten auf ein erhöhtes Gefahrenpotential hin und führen gemäß Anspruch 4 bei Überlappung von Warnbereichen zu einer Kollisionswarnung, die dem Triebfahrzeugführer akustisch und/oder optisch signalisiert wird. Die Einhaltung von Maßnahmen, z. B. Verringerung der Geschwindigkeit, obliegt dem Triebfahrzeugführer in Ausführung der von der Überwachungseinrichtung in diesem Fall über das Datenfunksystem übermittelten fahrtbestimmenden Daten.
Wenn eine extreme Gefährdungssituation eintritt, bei der nicht nur Warnbereiche überlappen, sondern zusätzlich auch noch mindestens ein Sicherheitsbereich eines Fahrzeuges beteiligt ist, ist gemäß Anspruch 5 eine Zwangsbremsung vorgesehen.
Die fahrzeugintern zu ermittelnden Positionsdaten werden gemäß der zu bevorzugenden Ausführungsform nach Anspruch 6 satellitengestützt ermittelt. Bei Ausfall der Positionsdateninformation, beispielsweise bei Tunnelfahrten oder topografiebedingten Abschattungen, kann die Positionsdatenbestimmung anhand der letzten Position und der Geschwindigkeit für eine projektierbare Zeit fortgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf odometrisch ermittelte Positionsdaten zurückgegriffen werden. Die relativ große Streubreite der Ortungsdaten, insbesondere Satellitenortungsdaten, wird für die Bestimmung des Sicherheitsbereiches und des Warnbereiches verwendet und stellt deshalb kein Problem mehr dar. Da es sich bei den Fahrzeugen um bewegte Objekte handelt, sind Sicherheits- und Warnbereich geschwindigkeitsabhängig für jedes Fahrzeug individuell zu bestimmen. Wenn die Geschwindigkeit nicht zusammen mit den Ortungsdaten an die zentrale Überwachungseinrichtung übertragen wird, kann auch die im jeweiligen Streckenabschnitt geltende maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit für die Bestimmung des Sicherheitsbereiches und des Warnbereiches zugrunde gelegt werden. In Abhängigkeit von dem verwendeten Ortungssystem treten unterschiedliche Streubreiten hinsichtlich der Ortungsgenauigkeit auf, die ebenfalls in die Bestimmung der Warn- und Sicherheitsbereiche eingehen. Weiterhin sollte auch die Stabilität der Datenfunkübertragung berücksichtigt werden. Aufgrund der Verwendung von Funktechnik kann es jederzeit zu einem Ausfall der Datenverbindung zwischen Fahrzeug und Überwachungseinrichtung kommen. Die maximale Zeit für einen derartigen Verbindungsausfall kann zusätzlich in die Bestimmung des Warn- und Sicherheitsbereichs einbezogen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer figürlichen Darstellung erläutert.
Die einzige Figur zeigt für zwei Fahrzeuge einen Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 und einen Warnbereich 2.1 bzw. 2.2 in Wechselwirkung mit einer zentralen Überwachungseinrichtung 3. Die nicht dargestellten Fahrzeuge sind vollständig in dem jeweiligen Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 eingebettet, während der Warnbereich 2.1 bzw. 2.2 den Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 vollständig umfasst. Die Fahrzeuge sind mit Empfangsgeräten zur Satellitenortung ausgestattet, deren Messwertstreuung, die auch Nachbargleise umfassen kann, die Ausdehnung des Sicherheitsbereiches 1.1 bzw. 1.2 und damit auch des Warnbereiches 2.1 bzw. 2.2 maßgeblich bestimmt. Die Fahrzeuge stehen über Datenfunkverbindungen 4.1 bzw. 4.2 via drahtloser Kommunikation, z. B. GSM-R, mit der Überwachungseinrichtung 3 in Verbindung und übermitteln laufend die satellitengestützt gemessenen Positionsdaten und vorzugsweise auch die aktuelle Geschwindigkeit an die Überwachungseinrichtung 3. Die Überwachungseinrichtung 3 stellt anhand der Ortungsdaten, Sicherheitsbereiche 1.1 bzw. 1.2 und Warnbereiche 2.1 bzw. 2.2 fest, ob eine Überlappung von Warnbereichen 2.1 und 2.2 vorliegt und, wenn ja, ob diese Überlappung kollisionsrelevant ist. Letzteres ist nur der Fall, wenn die Fahrzeuge die gleiche weichenlagenspezifische Fahrstraße befahren. Die Weichenlage ist in der Überwachungseinrichtung 3 bekannt, so dass die Überwachungseinrichtung 3 in der Lage ist, zu erkennen, ob tatsächlich Kollisionsgefahr besteht oder ob die Fahrzeuge nur auf Nachbargleisen aneinander vorbeifahren, wobei dann auch Sicherheitsbereiche 1.1 und 1.2 an der Überlappung beteiligt sein können. Nur im Falle echter Kollisionsgefahr übermittelt die Überwachungseinrichtung 3 Warnmeldungen an die beteiligten Fahrzeuge, die daraufhin in Eigenverantwortung des Triebfahrzeugführers abgebremst oder über ein entsprechendes Fahrzeuggerät automatisch zwangsgebremst werden. Letztlich ermöglicht das beschriebene Verfahren die Verwendung ungenauer fahrzeuginterner Ortungsverfahren, insbesondere Satellitenortung, wobei auch ohne Einsatz der herkömmlichen, kostenintensiven Streckensicherungstechnik ein sehr hohes Sicherheitsniveau erreichbar ist.

Claims

Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge, welche über ein Datenfunksystem (4.1/4.2) mit mindestens einer zentralen Überwachungseinrichtung (3) verbunden sind, wobei
die Fahrzeuge ihre momentanen Positionsdaten über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die Überwachungseinrichtung (3) übermitteln,
dass um die Fahrzeuge herum jeweils ein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung des verwendeten Positionsdatenerfassungsverfahrens abhängiger Sicherheitsbereich (1.1, 1.2) und ein diesen umfassender Warnbereich (2.1, 2.2) bestimmt werden und
dass die Überwachungseinrichtung (3) anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche (1.1, 1.2) und Warnbereiche (2.1, 2.2) fahrtbestimmende Daten derart ermittelt, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen (2.1, 2.2) entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die betroffenen Fahrzeuge übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Positionsdaten durch Korrelation mit Streckendaten auf Kollisionsrelevanz ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nicht kollisionsrelevante Überlappungen durch ein Tokenverfahren erkannt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei kollisionsrelevanter Überlappung von Warnbereichen (2.1, 2.2) fahrzeugseitig eine akustische und/oder optische Signalisierung ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei kollisionsrelevanter Überlappung von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) fahrzeugseitig eine Zwangsbremsung ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionsdaten mittels eines satellitengestützten Ortungssystems ermittelt werden.
Sicherungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
fahrzeugseitig ein Sende-/Empfangsgerät vorgesehen ist, dessen Sendekomponente mit einer Einrichtung zur Positionsdatenerfassung verbunden ist,
dass eine Einrichtung zur Bestimmung eines Sicherheitsbereiches (1.1, 1.2) in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung der Einrichtung zur Positionsdatenerfassung und eines den Sicherheitsbereich (1.1, 1.2) umfassenden Warnbereiches (2.1, 2.2) um das Fahrzeug herum vorgesehen ist und
dass die Überwachungseinrichtung (3) eine Einrichtung zur Ermittlung fahrtbestimmender Daten anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche (1.1, 1.2) und Warnbereiche (2.1, 2.2) derart aufweist, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen (2.1, 2.2) entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die betroffenen Fahrzeuge übermittelbar sind.