EP2531391B1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung der zugvollständigkeit - Google Patents
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- EP2531391B1 EP2531391B1 EP11702420.8A EP11702420A EP2531391B1 EP 2531391 B1 EP2531391 B1 EP 2531391B1 EP 11702420 A EP11702420 A EP 11702420A EP 2531391 B1 EP2531391 B1 EP 2531391B1
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for monitoring the train integrity, wherein train integrity module TIM data arranged at least in a part of the train of the train and recognizing its affiliation with the outgoing train based on predetermined data stability criteria, wherein the TIM sensor data, in particular with regard to speed, position and direction of travel exchange and the TIM recognize based on predetermined logic criteria train separation and optionally transmit the sensor data to a control center.
- train integrity module TIM data arranged at least in a part of the train of the train and recognizing its affiliation with the outgoing train based on predetermined data stability criteria, wherein the TIM sensor data, in particular with regard to speed, position and direction of travel exchange and the TIM recognize based on predetermined logic criteria train separation and optionally transmit the sensor data to a control center.
- a connection between the locomotive and the last car is used to determine train completion.
- This connection can be, for example, electrical, pneumatic, radio-based or optical getting produced.
- a special EOTD - End of Train Device - is used. If the connection between the locomotive and the EOTD breaks, a train separation is detected.
- the disadvantage is above all the considerable effort, in particular for project planning, since an explicit identification between the locomotive and the EOTD must take place. Problems also arise with regard to interoperability, loss and management.
- the invention has for its object to provide a method and apparatus for monitoring train completion by means of a decentralized Switzerlandnetzes, which are characterized by lower cost and improved reliability and availability.
- the object is achieved in that the TIM recognize on the basis of a digital map shunting areas, the TIM exchange at exit from a first shunting area in a calibration phase with each other data and cyclically exchange sensor data until entering a second shunting area.
- the TIM have a digital map with shunting areas, short-range communication means for mutual data exchange and long-range communication means for data transmission to a control center and with at least one sensor for detecting TIM-specific data, in particular speed, position and direction of travel , are connected.
- the TIM will be equipped with a digital map, which will include the areas in which wagons may be recomposed, ie the shunting areas. No special accuracy requirements are placed on this card; All you need is a rough overview. Only outside of the shunting areas is a monitoring of train completion taking place.
- a mutual identification of the TIM corresponding to the row of wagons on the train takes place in a calibration phase.
- each TIM attempts to find the other TIM in its vicinity, exchanging data.
- data can z. B. be sensory determined and provided with a time stamp speed and / or position and direction. These characteristics can be obtained using GNSS Global Navigation Satalite System sensors.
- the TIMs located on the same train identify each other. If special characteristics of the train are also exchanged, such as speed, plausibility criteria for the mutual identification of the TIM can additionally or alternatively be used. For example, the speed transmitted by the individual TIM must match over the configured period of time.
- formal model checking against a formal model of the train results in the hypothesis that the identified TIMs are in the same train.
- the actual monitoring is done for train completion by cyclically exchanging sensor data between the TIMs.
- the distance between the individual TIMs that can be determined from the position and direction of travel is also important. Thresholds are used to determine from which deviation, z. B. in terms of distance and / or speed, the hypothesis that the TIM are in the same train is injured. All that is required is a formal verification of the existence or non-existence of the train completion hypothesis.
- each TIM that has detected the violation will report this detected train separation to the operations control center. Based on the position report of the TIM or the train, the affected train is detected in the operations control center so that suitable operational measures can be initiated immediately.
- Special robustness against single or multiple failures of TIM can be achieved by considering redundancies and plausibilities. For example, the failure of an adjacent TIM can be ignored if a TIM further farther in the same direction is still detected.
- the train completion monitoring Upon entering the next shunting area, the train completion monitoring is canceled based on the map information and reinitialized upon exiting this shunting area.
- the TIM form corresponding clusters in the calibration phase of their data range. Particularly advantageous are overlapping clusters, resulting in simple or even multiple redundancy.
- the method can be made even more robust if, according to claim 3, the TIM forward sensor data received from the first TIM to second TIM. In this way a quasi-global image of the train is created so that it can be determined which TIM represents the first TIM in the direction of travel and which represents the last TIM.
- the test conditions for monitoring train completeness can thereby be simplified, but the complexity of the method and the communication overhead increase.
- the device for carrying out the method can be designed particularly advantageously according to claim 5, in that the TIM are designed as a method-configured, in itself intended for other functionalities wireless modules. Suitable for this purpose are, for example, the VICOS CT modules from Siemens, which are primarily intended for the optimization of operational management. These modules are virtually misappropriated or additionally used for monitoring train completion.
- the existing GNSS location as well as the mobile radio connection to the operation control center and the local short-range wireless connection are used for the TIM function, whereby the digital map is additionally configured and the TIM function is initially configured. The monitoring of train completion then takes place autonomously. Software or map updates can be made via the existing mobile connection.
- a TIM-equipped car during the shunting process as possible at the beginning and at the end of the train to be monitored, but also in the event that this is not possible, at least partial monitoring takes place as a function of the TIM equipment level the trains. It can be assumed in the double-use variant according to claim 5 that a large percentage, z. B. 20 to 30%, a car fleet is already equipped with wireless modules, the TIM functionality would lead to a further increase in the degree of equipment.
- FIG. 1 shows an example of a map image of a route with Shunting areas 1.1, 1.2, 1.3, which are stored in a - possibly already existing - wireless module to upgrade this to a Train Integrity Module - TIM - 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.
- the TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 is also equipped with initialization software, allowing autonomous train completion monitoring.
- a calibration phase is projected in which, immediately after the exit from a shunting area 1.1, 1.2, 1.3, a data exchange takes place between the TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 distributed according to the series of wagons in the shunting area 1.1, 1.2 or 1.3 ,
- the TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 recognize their affiliation with the outgoing train 3.
- data provided with time stamps relating to speed 4, position and direction of travel are exchanged. From the position and heading data, the TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 determine their mutual distance 5.
- the data can be determined for example by means of GNSS - Global Navigation Satelite System - receiver.
- the first car 6.1 can be the locomotive of the train 3. It can be seen that the carriages 6.1, 6.3, 6.4 and 6.5 are each equipped with a TIM 2.1, 2.2, 2.3 and 2.4 respectively and that the carriage 6.2 does not have a TIM.
- TIM 2.1, 2.2, 2.3, and 2.4 cluster 7.1, 7.2, and 7.3 during the calibration phase. The clusters 7.1, 7.2 and 7.3 may overlap, so that the communication chain does not break even if one or more TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 fails.
- the actual monitoring of train completion begins.
- measurement data relating to speed 4 and distance data 5 derived from the measurement data position and direction of travel are exchanged and evaluated on the basis of plausibility criteria.
- it is detected for example, if the TIM 2.4 in the last car 6.5 of the train 3 due to a separation of this carriage 6.5 has a lower speed 4 with increasing distance 5 from the adjacent TIM 2.3.
- at least the TIM 2.3 which has detected this dangerous state, at least reports its own position data to a control center.
- a cellular connection is used, while for short-range communication between the TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 preferably a wireless connection is used.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit, wobei zumindest in einem Teil der Wagen des Zuges angeordnete Train Integrity Moduls-TIM - Daten austauschen und anhand vorgegebener Daten-Stabilitätskriterien ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug erkennen, wobei die TIM Sensordaten, insbesondere bezüglich Geschwindigkeit, Position und Fahrtrichtung austauschen und wobei die TIM anhand vorgegebener Logikkriterien eine Zugtrennung erkennen und gegebenenfalls die Sensordaten an eine Betriebsleitzentrale übermitteln.
- Klassischerweise wird die Zugvollständigkeit mittels streckenseitiger Achszähler oder Gleiskreise überwacht. Bei modernen Betriebskonzepten, wie z. B. FFB - Funkfahrbetrieb-oder ETCS - European Train Control System - Level 3, wird eine Verlagerung möglichst vieler Funktionen, beispielsweise Ortung, auf das Schienenfahrzeug angestrebt. Auch die Zugvollständigkeit oder Zugintegrität muss fahrzeugseitig überwacht werden. Das betrifft jedoch vorrangig Züge, deren Wagen häufig neu zusammengestellt werden, d. h. insbesondere Güterzüge. Bei Triebzügen, deren Wagenreihung oder Zuglänge sehr selten geändert wird, ist in der Regel die Wahrscheinlichkeit einer Zugtrennung derart gering, dass es keiner zusätzlichen Überwachung bedarf.
- Bei einem bekannten Lösungsansatz wird eine Verbindung zwischen der Lokomotive und dem letzten Wagen zur Feststellung der Zugvollständigkeit genutzt. Diese Verbindung kann beispielsweise elektrisch, pneumatisch, funkbasiert oder optisch hergestellt werden. Häufig wird ein spezielles EOTD - End of Train Device - eingesetzt. Reißt die Verbindung zwischen der Lokomotive und dem EOTD ab, wird eine Zugtrennung detektiert. Nachteilig ist vor allem der erhebliche Aufwand, insbesondere zur Projektierung, da eine explizite Identifikation zwischen der Lokomotive und dem EOTD stattfinden muss. Probleme ergeben sich auch hinsichtlich Interoperabilität, Verlust und Management.
- Ein anderer, aus der gattungsbildenden
DE 10 2007 040 165 bekannter Lösungsansatz basiert darauf, dass alle Wagen mit einem TIM - Train Integrity Modul - ausgerüstet sind. Dabei handelt es sich um drahtlos über kurze Distanzen miteinander kommunizierende Module. Nachteilig ist auch hier der erhebliche Aufwand verbunden mit Interoperabilitätsproblemen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit mittels eines dezentralen Zugdatennetzes anzugeben, welche sich durch geringeren Aufwand und verbesserter Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit auszeichnen.
- Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die TIM anhand einer digitalen Karte Shunting-Bereiche erkennen, wobei die TIM bei Ausfahrt aus einem ersten Shunting-Bereich in einer Kalibrierungsphase untereinander Daten austauschen und bis zur Einfahrt in einen zweiten Shunting-Bereich zyklisch Sensordaten austauschen.
- Dazu ist vorrichtungsgemäß vorgesehen, dass die TIM eine digitale Karte mit Shunting-Bereichen, Nahbereichs-Kommunikationsmittel zum gegenseitigen Datenaustausch sowie Fernbereichs-Kommunikationsmittel zur Datenübertragung an eine Betriebsleitzentrale aufweisen und mit mindestens einem Sensor zur Erfassung TIM-spezifischer Daten, insbesondere Geschwindigkeit, Position und Fahrtrichtung, verbunden sind. Zunächst werden die TIM mit einer digitalen Karte ausgestattet, welche die Bereiche, in denen Wagen neu zusammengestellt werden dürfen, d. h. die Shunting-Bereiche, beinhaltet. An diese Karte werden keine besonderen Genauigkeitsanforderungen gestellt; es genügt ein quasi grober Überblick. Nur außerhalb der Shunting-Bereiche findet eine Überwachung der Zugvollständigkeit statt.
- Bei der Ausfahrt aus dem Shunting-Bereich erfolgt in einer Kalibrierungsphase zunächst eine gegenseitige Identifikation der entsprechend der Wagenreihung auf dem Zug vorhandenen TIM. Dazu versucht jedes TIM, die in seiner Nähe befindlichen weiteren TIM zu finden, wobei Daten ausgetauscht werden. Derartige Daten können z. B. die sensorisch ermittelte und mit einem Zeitstempel versehene Geschwindigkeit und/oder Position und Fahrtrichtung sein. Diese Charakteristika können mittels GNSS - Global Navigation Satalite System - Sensoren gewonnen werden. Anhand der Stabilität der empfangenen Daten während einer projektierten Zeitdauer identifizieren sich die auf denselben Zug befindlichen TIM gegenseitig. Falls auch spezielle Charakteristika des Zuges ausgetauscht werden, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, können zusätzlich oder alternativ Plausibilitätskriterien für die gegenseitige Identifizierung der TIM verwendet werden. Beispielsweise muss die von den einzelnen TIM übermittelte Geschwindigkeit über den projektierten Zeitraum übereinstimmen. Letztlich resultiert durch formales model checking gegen ein formales Modell des Zuges die Hypothese, dass die identifizierten TIM sich in denselben Zug befinden.
- Im Anschluss an die kurze Kalibrierungsphase erfolgt die eigentliche Überwachung auf Zugvollständigkeit, indem zyklisch Sensordaten zwischen den TIM ausgetauscht werden. Vorteilhaft ist neben der Verwendung der Geschwindigkeit als Vergleichskriterium auch die aus Position und Fahrtrichtung ermittelbare Entfernung zwischen den einzelnen TIM. Dabei dienen Schwellwerte dazu, festzustellen, ab welcher Abweichung, z. B. in Bezug auf Entfernung und/oder Geschwindigkeit die Hypothese, dass sich die TIM in denselben Zug befinden, verletzt ist. Erforderlich ist lediglich eine formale Verifizierung des Bestehens oder Nicht-Bestehens der Zugvollständigkeitshypothese.
- Bei Verletzung der Hypothese meldet jedes TIM, das die Verletzung festgestellt hat, diese erkannte Zugtrennung an die Betriebsleitzentrale. Anhand der Positionsmeldung der TIM bzw. des Zuges wird in der Betriebsleitzentrale der betroffene Zug erkannt, so dass unverzüglich geeignete betriebliche Maßnahmen eingeleitet werden können.
- Besondere Robustheit gegenüber Einzel- oder auch Mehrfachausfälle von TIM kann dadurch erreicht werden, dass Redundanzen und Plausibilitäten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Ausfall eines benachbarten TIM ignoriert werden, wenn ein in der gleichen Richtung weiter entferntes TIM noch erkannt wird.
- Bei Einfahrt in den nächsten Shunting-Bereich wird die Überwachung der Zugvollständigkeit aufgrund der Karteninformation aufgehoben und nach Verlassen dieses Shunting-Bereiches mit erneuter Kalibrierung wieder initialisiert.
- Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die TIM in der Kalibrierungsphase ihrer Datenreichweite entsprechende Cluster bilden. Besonders vorteilhaft sind sich überlappende Cluster, wodurch sich einfache oder sogar mehrfache Redundanz ergibt. Das Verfahren kann noch robuster gestaltet werden, wenn gemäß Anspruch 3 die TIM von ersten TIM empfangene Sensordaten an zweite TIM weiterleiten. Auf diese Weise entsteht quasi ein globales Abbild des Zuges, so dass ermittelt werden kann, welches TIM in Fahrtrichtung das erste TIM und welches das letzte TIM darstellt. Die Prüfbedingungen zur Überwachung der Zugvollständigkeit können dadurch vereinfacht werden, wobei jedoch die Komplexität des Verfahrens und der Kommunikations-Overhead steigen.
- Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann gemäß Anspruch 5 besonders vorteilhaft ausgebildet sein, indem die TIM als verfahrensgemäß projektierte, an sich für andere Funktionalitäten vorgesehene Drahtlos-Module ausgebildet sind. Geeignet dazu sind beispielsweise die VICOS CT-Module von Siemens, die primär für die Optimierung der Betriebsführung vorgesehen sind. Diese Module werden quasi zweckentfremdet oder zusätzlich für die Überwachung der Zugvollständigkeit genutzt. Die bereits vorhandene GNSS-Ortung sowie die Mobilfunkverbindung zu der Betriebsleitzentrale und die lokale Nahbereichs-Drahtlosverbindung werden für die TIM-Funktion genutzt, wobei die digitale Karte zusätzlich projektiert und die TIM-Funktion initial konfiguriert wird. Die Überwachung der Zugvollständigkeit erfolgt daraufhin autonom. Software- oder Kartenupdates können über die bestehende Mobilfunkverbindung erfolgen.
- Betrieblich wäre es zwar wünschenswert, möglichst am Anfang und am Ende des zu überwachenden Zuges einen TIM-ausgerüsteten Wagen beim Shunting-Prozess anzuordnen, aber auch für den Fall, dass das nicht möglich ist, erfolgt zumindest eine Teilüberwachung in Abhängigkeit von dem TIM-Ausrüstungsgrad des Zuges. Dabei kann bei der Doppelbenutzungsvariante gemäß Anspruch 5 davon ausgegangen werden, dass ein großer Prozentsatz, z. B. 20 bis 30 %, einer Wagenflotte bereits mit Drahtlos-Modulen ausgerüstet ist wobei die TIM-Funktionalität zu einer weiteren Steigerung des Ausrüstungsgrades führen würde.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Kartendarstellung mit Shunting-Bereichen und
- Figur 2
- eine Zugkonfiguration mit Modulen zur Überwachung der Zugvollständigkeit.
-
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Kartenabbild einer Streckenführung mit Shunting-Bereichen 1.1, 1.2, 1.3, welche in ein - möglichst bereits vorhandenes - Drahtlos-Modul gespeichert werden, um dieses zu einem Train Integrity Modul - TIM - 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 aufzurüsten. Das TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 wird außerdem mit Initialisierungs-Software ausgestattet, wodurch eine autonome Überwachung der Zugvollständigkeit ermöglicht wird. Dazu wird eine Kalibrierungsphase projektiert, in der unmittelbar nach Ausfahrt aus einen Shunting-Bereich 1.1, 1.2, 1.3 ein Datenaustausch zwischen den entsprechend der in dem Shunting-Bereich 1.1, 1.2 oder 1.3 erfolgten Wagenreihung zugintern verteilten TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 stattfindet. Durch diesen ersten Datenaustausch erkennen die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug 3. Vorzugsweise werden mit Zeitstempel versehene Daten bezüglich Geschwindigkeit 4, Position und Fahrtrichtung ausgetauscht. Aus den Positions- und Fahrtrichtungsdaten ermitteln die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 ihre gegenseitige Entfernung 5. Die Daten können beispielsweise mittels GNSS - Global Navigation Satelite System - Empfänger ermittelt werden. - In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 2 sind im Shunting-Bereich 1.1, 1.2 oder 1.3 fünf Wagen 6.1 bis 6.5 zu dem Zug 3 konfiguriert worden. Der erste Wagen 6.1 kann dabei die Lokomotive des Zuges 3 sein. Es ist ersichtlich, dass die Wagen 6.1, 6.3, 6.4 und 6.5 jeweils mit einem TIM 2.1, 2.2, 2.3 bzw. 2.4 ausgestattet sind und dass der Wagen 6.2 kein TIM aufweist. Entsprechend der Reichweite ihrer Nahbereichs-Kommunikationsmittel bilden die TIM 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 in der Kalibrierungsphase Cluster 7.1, 7.2 und 7.3. Die Cluster 7.1, 7.2 und 7.3 können sich dabei überlappen, so dass die Kommunikationskette auch bei Ausfall eines oder mehrerer TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 nicht abreißt. - Nachdem die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 sich gegenseitig aufgrund gleichbleibender Daten-Stabilität in der Kalibrierungsphase als zu dem Zug 3 zugehörig identifiziert haben, beginnt die eigentliche Überwachung der Zugvollständigkeit. Dabei werden Messdaten bezüglich Geschwindigkeit 4 und aus den Messdaten Position und Fahrtrichtung abgeleitete Entfernungsdaten 5 ausgetauscht und anhand von Plausibilitätskriterien ausgewertet. Auf diese Weise wird erkannt, wenn beispielsweise das TIM 2.4 in dem letzten Wagen 6.5 des Zuges 3 aufgrund einer Abtrennung dieses Wagens 6.5 eine geringere Geschwindigkeit 4 bei zunehmender Entfernung 5 von dem benachbarten TIM 2.3 aufweist. In diesem Fall meldet mindestens das TIM 2.3, das diesen gefährlichen Zustand festgestellt hat, zumindest die eigenen Positionsdaten an eine Betriebsleitzentrale. Für diese Fernbereichs-Kommunikation wird eine Mobilfunkverbindung genutzt, während für die Nahbereichs-Kommunikation zwischen den TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 vorzugsweise eine WLAN-Verbindung genutzt wird.
Claims (5)
- Verfahren zur Überwachung der Zugvollständigkeit, wobei zumindest in einem Teil der Wagen (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) des Zuges (3) angeordnete Train Integrity Moduls - TIM - (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) Daten austauschen und anhand vorgegebener Daten-Stabilitätskriterien ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug (3) erkennen, wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) Sensordaten, insbesondere bezüglich Geschwindigkeit (4), Position und Fahrtrichtung, austauschen und wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand vorgegebener Logikkriterien eine Zugtrennung erkennen und gegebenenfalls die Sensordaten an eine Betriebsleitzentrale übermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand einer digitalen Karte Shunting-Bereiche (1.1, 1.2, 1.3) erkennen, wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) bei Ausfahrt aus einem ersten Shunting-Bereich (1.1, 1.2, 1.3) in einer Kalibrierungsphase untereinander Daten austauschen und bis zur Einfahrt in einen zweiten Shunting-Bereich (1.3, 1.2, 1.1) zyklisch Sensordaten austauschen. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) in der Kalibrierungsphase ihrer Datenreichweite entsprechende Cluster (7.1, 7.2, 7.3) bilden. - Verfahren nach einen der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) von ersten TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) empfangene Sensordaten an zweite TIM (2.4, 2.3, 2.2, 2.1) weiterleiten. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) eine digitale Karte mit Shunting-Bereichen (1.1, 1.2, 1.3), Nahbereichs-Kommunikationsmittel zum gegenseitigen Datenaustausch sowie Fernbereichs-Kommunikationsmittel zur Datenübertragung an eine Betriebsleitzentrale aufweisen und mit mindestens einem Sensor zur Erfassung TIM-spezifischer Daten, insbesondere Geschwindigkeit (4), Position und Fahrtrichtung, verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) als verfahrensgemäß projektierte, an sich für andere Funktionalitäten vorgesehene Drahtlos-Module ausgebildet sind.
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