EP3889001A1 - Method for locating a rail vehicle and devices for carrying out the method - Google Patents

Method for locating a rail vehicle and devices for carrying out the method Download PDF

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EP3889001A1
EP3889001A1 EP20167528.7A EP20167528A EP3889001A1 EP 3889001 A1 EP3889001 A1 EP 3889001A1 EP 20167528 A EP20167528 A EP 20167528A EP 3889001 A1 EP3889001 A1 EP 3889001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data signals
base station
location
trackside
locating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20167528.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Detlef Kendelbacher
Fabrice Stein
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Priority to EP20167528.7A priority Critical patent/EP3889001A1/en
Publication of EP3889001A1 publication Critical patent/EP3889001A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/70Details of trackside communication

Definitions

  • the invention relates to a method for sending location signals to rail vehicles in a route network, with periodically generated basic data signals (BDS) of a cellular mobile radio network being used to create the location information.
  • BDS basic data signals
  • the invention also relates to a method for locating a rail vehicle, in which a vehicle-side locating device arranged in the rail vehicle determines the location of the rail vehicle and the locating device determines the distance to at least one base station (BS) of a cellular mobile network when determining the location.
  • BS base station
  • the invention also relates to a trackside locating device for arrangement on a rail line.
  • the invention also relates to a vehicle-side locating device for installation in a rail vehicle.
  • the invention relates to a computer program product and a provision device for this computer program product, the computer program product being equipped with program commands for carrying out this method.
  • WO 2019/086208 A1 describes a method for locating rail vehicles on the basis of GSM and a route atlas, which uses the transmission time control for mobile radio devices used within GSM mobile radio, called timing advance or TA for short, to determine the distance between the vehicle and the GSM outside the GSM system Carry out transmitting stations and on this basis to create the route atlas (almanac), which enables both a location of the rail vehicle and a validation of measurement data from other location sensors in the vehicle. Due to the process, the GSM-internal transmission time control has a tolerance of 550 meters via the TA parameters, which directly affects the accuracy that can be achieved with the location method affects. However, many applications in the vehicle require a more precise location determination.
  • the object of the present invention is therefore to specify a method for locating rail vehicles that enables more precise location determination in a cellular mobile radio network such as the GSM network, with the same level of security.
  • the object of the invention is also to specify a trackside location device and a vehicle location device with which the aforementioned method can be carried out.
  • the object of the invention is to provide a computer program product and a provision device for this computer program product with which the aforementioned method can be carried out.
  • the first-mentioned method creates the prerequisite for using the method data to create the possibility of carrying out a more precise location determination by means of a running time measurement that is as exact as possible.
  • the second-mentioned method forms the implementation of processing the method data generated according to the first-mentioned method using the transit time measurement and thus performing the advantageously more precise location determination.
  • the higher accuracy in determining the location according to the transit time method results from the fact that with the method according to the invention the time at which the base data signals are sent out by the base station is known much more precisely as a kind of time stamp than the mobile radio standard would guarantee without using the method according to the invention.
  • the signals received from the assigned base station are corrected (pre-dated) with a location-dependent offset.
  • the offset corresponds to the signal propagation time between the respective base station and the mobile radio antenna of the trackside locating device plus internal propagation times in the trackside locating device.
  • the signal propagation time can be derived or measured from the known distance between the devices. By means of a comparison with the time measuring device, the exact transmission time of the relevant basic data signal (the said time stamp) can thus be determined, taking into account the offset.
  • the basic data signals are provided by the mobile communications provider who, as explained below, can be involved in the implementation of the method in different ways.
  • the location method proposed here includes the implementation of a first location step (referred to below as preliminary location), in particular rough location, and supplements this with at least one new location, in particular fine location.
  • preliminary location a first location step
  • fine localization are to be understood within the scope of the invention to the effect that the spatial resolution of the fine localization is higher than the spatial resolution of the coarse localization.
  • additional trackside location devices are installed on the route, i.e. in the route network, according to the invention.
  • the distances to the base station are determined by a transit time method which is known per se.
  • a highly accurate time measurement is necessary to carry out the runtime method.
  • this can be done, for example, on the basis of GPS-disciplined clocks are carried out. If the sending and receiving times of the basic data are measured with GPS-disciplined clocks, the tolerance of the determined distances between the vehicle and base stations is in the range of a few meters.
  • the basic data and the basic data signals generated from it have the following properties: Selected mobile radio signals are used to measure the signal propagation time between the base station and the mobile radio device.
  • the implementation of the rough location is based on the use of the TA signals periodically transmitted by the base stations.
  • the TA signals can also be used advantageously for fine localization, since they are transmitted with a suitable period and are already evaluated for rough localization in any case.
  • other periodically transmitted mobile radio signals can also be used as an alternative.
  • the mobile radio signals used as basic data remain unchanged in the proposed method. They are filtered in the vehicle by the mobile radio device in the vehicle-mounted locating device and transferred to the on-board computer of the vehicle-mounted locating device. In the trackside locating device, the basic data are also filtered from the mobile radio signals and their transmission time is determined.
  • the transmission times of the cyclically transmitted process data must be clearly assignable to the associated basic data (e.g. TA signals).
  • process data must not be sent too often, in order to avoid misinterpretation of the sending time due to duplicates, and, on the other hand, should be sent sufficiently often in order to have sufficient support points for fine localization.
  • the terms “create”, “calculate”, “calculate”, “determine”, “generate”, “configure”, “modify” and the like preferably relate to actions and / or Processes and / or processing steps that change and / or generate data and / or convert the data into other data.
  • the data are in particular available as physical quantities, for example as electrical impulses or also as measured values.
  • the necessary instructions / program commands are summarized in a computer program as software.
  • the terms “receive” “send”, “read in”, “read out”, “transmit” and the like relate to the interaction of individual hardware components and / or software components via interfaces.
  • the interfaces can be implemented in terms of hardware, for example wired or as a radio link, and / or in software, for example as interaction between individual program modules or program parts of one or more computer programs.
  • “computer-aided” or “computer-implemented” can be understood to mean, for example, an implementation of the method in which a Computer or a plurality of computers executing or executing at least one method step of the method.
  • the term "computer” is to be interpreted broadly, it covers all electronic devices with data processing properties. Computers can thus be, for example, personal computers, servers, handheld computer systems, pocket PC devices, mobile radio devices and other communication devices that process data with the aid of computers, processors and other electronic devices for data processing, which can preferably also be connected to a network.
  • a “memory unit” can be understood to mean, for example, a computer-readable memory in the form of a random access memory (RAM) or data memory (hard disk or a data carrier).
  • a “processor” can be understood to mean, for example, a machine, for example a sensor for generating measured values or an electronic circuit.
  • a processor can in particular be a central processing unit (CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program commands, etc. .
  • a processor can also be, for example, an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit), or act as a DSP (digital signal processor).
  • a processor can also be understood to be a virtualized processor or a soft CPU. For example, it can also be a programmable processor that is equipped with a configuration for executing a computer-aided method.
  • the process data signals are transmitted by the trackside locating device to the base station by radio or wired, and the base station forwards the process data signals by radio to the vehicle's locating device.
  • the trackside locating device then advantageously does not need a transmitting antenna because the process data can be transferred to the base station, for example via a wired interface.
  • the trackside locating device is arranged and operated in a stationary manner and coupled to a base station of the mobile radio provider. There is a direct connection between the trackside locating device and the base station assigned to it, for example via a local network.
  • the trackside locating device can either be integrated into an assigned base station and thus arranged at the same location, or it can be installed in the immediate vicinity of the assigned base station and coupled with it in terms of communication technology.
  • the trackside location system must be able to receive and decode mobile radio.
  • the trackside locating device can advantageously use the antenna system of the assigned base station if a cooperative provider is available.
  • the transmission of mobile radio by the trackside location device is not required.
  • measurement data are continuously sent from the trackside locating device to the assigned base station about the results of the signal transit time measurement carried out continuously in the trackside locating device.
  • the assigned base station continuously receives data from the trackside location device and forwards it to mobile radio devices.
  • the GSM-internal broadcast control channel BCCH
  • BCCH GSM-internal broadcast control channel
  • the cooperation of the GSM provider is necessary in order to initiate the integration of the data received from the trackside locating device into the GSM mobile radio.
  • the process data signals are sent by the trackside location device by radio directly to the vehicle location device.
  • the trackside locating device requires a suitable transmitting antenna for transmission by radio. This represents an additional constructive effort. However, cooperation with the provider is not required. In addition, it can advantageously be more cost-effective during operation if the provider does not have to use any additional services.
  • the trackside locating device is arranged and operated in a stationary manner and independently of the base stations of the mobile radio provider. In this arrangement, the trackside locating device requires its own mobile radio antenna for receiving the radio signals from one or more assigned base stations.
  • the data is not transmitted from the trackside location device to the vehicle location device indirectly via an assigned base station, but directly via mobile radio.
  • a data connection based on GPRS or LTE can be used for this.
  • the process data signals must be different from the However, basic data signals cannot be transmitted using the mobile radio standard.
  • GLONASS Globalstar Satellite Navigation System
  • GSM Global System for Mobile communications
  • TA signals alternative system-specific radio signals can be used, for example to determine the distance between mobile radio devices and base stations.
  • the requirements for the GSM signals used (basic data) are limited to a suitable transmission period and the emission at each base station.
  • the identification of the base station must be able to be determined.
  • the method according to the invention can therefore be used to improve the location described under preliminary location. It can also be used to check the plausibility or improve the accuracy of the data from other positioning systems. For example, the location data of a GPS location in the vehicle can be checked with the results of the location according to the invention. This makes security-critical location applications possible.
  • Another possibility is to correct or create a route plan (hereinafter referred to as the almanac) in which, in particular, the positions of the base stations can also be determined.
  • the almanac a route plan in which, in particular, the positions of the base stations can also be determined.
  • the locations of the GSM base stations are checked for plausibility and thus trustworthy.
  • An attacker who intercepts the GSM signals and feeds them back in would in any case cause a delay in the signal propagation time, which would result in at least one contradicting distance measurement. In this way, a high level of security can advantageously be achieved when locating. The procedure is explained in more detail below.
  • the calculated, highly precise distance values between the vehicle and GSM base stations are used to set up and maintain the vehicle's own route almanac.
  • the route almanac can have a 1D or 2-D characteristic. Mixed versions are also possible.
  • location information in the almanac is only corrected with the help of highly precise distance data in order to improve the quality of the almanac.
  • the method according to this embodiment of the invention is used to the effect that a position of the base station is determined as the first location information, which position is calculated from several positions of the rail vehicle. This assumes that the distance between the rail vehicle and the base station has been determined or that the position of the rail vehicle has been determined, in particular, by another location method.
  • the determined distances to GSM base stations are recorded directly as a location reference or used to check the plausibility of existing location references.
  • the distances between the vehicle and a specific GSM base station must be measured at at least 3 different points along the route.
  • distance values are kept in a temporary memory. If the distance values are available in the temporary storage for at least 3 location coordinates of the same base station, the exact position of the GSM base station is determined by triangulation of the distance values and then transferred to the 2D almanac or used to check the plausibility of an existing location of the GSM base station.
  • the trust in the data in the almanac can advantageously be identified by additional trust attributes that are stored together with the location data.
  • the data channel between the trackside location device and the vehicle location device there are various options for the data channel between the trackside location device and the vehicle location device. Numerous variants are possible with regard to the radio system, the data channel used (system, user) and the type of communication (connection-oriented, connectionless, broadcast). In addition, it is possible to set up one or more central points at which the data from the different trackside location devices are merged (for example via the Internet). Vehicles can register with the central office (s) and continuously call up the process data (central information). The route map can also be saved here.
  • the route covered by the rail vehicle between the transmission times and the reception times is taken into account.
  • the decisive factor is namely the location of the rail vehicle at the time of reception, even if the method was initiated at the location of the rail vehicle at the time of transmission.
  • the distance covered may have to be used to determine the exact location must be taken into account, which took place during the data transmission and signal processing in the vehicle-mounted location device. This can be determined, for example, by distance measurement (odometry) or by taking into account the speed of the train during the measurement and calculation. An even higher level of accuracy can advantageously be achieved in this way.
  • the invention is also achieved according to the invention by the trackside location device specified at the beginning and the location device on the vehicle side in that they are set up to carry out the methods according to the invention named at the beginning.
  • the advantages associated with the use of the trackside location device and the vehicle location device have therefore already been mentioned above in the context of the explanation of the method according to the invention.
  • a provision device for storing and / or providing the computer program product.
  • the provision device is, for example, a data carrier that stores and / or provides the computer program product.
  • the provision device is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed computer system, a cloud-based computer system and / or virtual computer system, which the computer program product preferably stores and / or provides in the form of a data stream.
  • a download in the form of a program data block and / or command data block preferably as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream, of the complete computer program product.
  • This provision can, for example, also take place as a partial download, which consists of several parts and is downloaded in particular via a peer-to-peer network or made available as a data stream.
  • Such a computer program product is read into a system, for example using the supply device in the form of the data carrier, and executes the program commands so that the method according to the invention is carried out on a computer.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are thus also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
  • each trackside locating device SO1 ... SO3 is installed in a fixed location in a track network SN and assigned to respective base stations BS1 ... BS2.
  • the assignment of each trackside locating device (e.g. SO1) to the base station (e.g. BS1) can take place cooperatively or non-cooperatively. Mixed variants are also possible.
  • the GPS-disciplined clock of the trackside location device must be synchronized with the GPS time.
  • the trackside locating device (SO1 ... SO3) continuously receives the GSM signals from the assigned base stations (BS1 ... BS2) via a GSM antenna (GSMA). From the GSM signals of the individual base stations (BS1 ... BS2), the fixed basic data signals (BDS) are first selected in the trackside locating device. The exact time of reception is also recorded for each basic data signal (BSD) received.
  • GSMA GSM antenna
  • the transmission time of the received basic data signal BSD is determined in the computer of the trackside locating device SO1... SO3.
  • the computer evaluates the identifier of the base station BS1... BS2 and the time of receipt of the respective base data signals BSD.
  • the transmission time of a basic data signal BSD in the base station BS1 can be calculated from the known receive time.
  • the process data signals VDS are then generated by the computer of the trackside locating device SO1 ... SO3, which contain at least the transmission time (calculated in the trackside locating device) and the identifier of the base station BS1 ... BS2.
  • the trackside locating device SO1 ... SO3 cyclically generates the process data signals VDS for all assigned base stations BS1 ... BS2.
  • the cycle period is based on that of the basic data signals BDS.
  • the process data signals VDS are then sent or made available to the rail vehicles SF1... SF2.
  • the required data channel to the rail vehicle can be set up in various ways. According to Figure 1 the VDS process data signals are sent according to the GSM standard.
  • the trackside locating device sends the process data simultaneously to all vehicles that are in the reception area. If a point-to-point data service, such as LTE, is available, the trackside location device sends the process data individually to those vehicles that have established a data connection to the trackside location device.
  • a broadcast data service such as WLAN
  • a point-to-point data service such as LTE
  • the process data signals VDS can be transmitted via a cable KB to the base station BS2, which is located in the vicinity.
  • the base station BS2 then broadcasts the process data signals VDS to the rail vehicle SF2 via its GSM antenna GSMA.
  • the GSM antenna GSMA of the trackside locating device SO2 therefore only has to be designed for receiving the basic data signals BSM from the base station BS2, but does not have to send any process data signals VDS to the rail vehicle SF2.
  • GPS can be used.
  • a satellite SAT is shown, which sends satellite signals STS to GPS antennas GPSA from trackside positioning devices SO1 ... SO3 or vehicle-side positioning devices FO1 ... FO2.
  • Vehicles that carry out the method according to the invention require a location device FO1... FO2 on the vehicle.
  • the TA-based method described as preliminary location is used as an alternative to rough location determination, which determines the vehicle location with a location error of up to 550 meters. The distance is then determined in the on-board computer in the rail vehicle SF1 ... SF2.
  • a rough determination of the distances from the receivable base stations BS1... BS2 is initially carried out in a first stage of the method.
  • the distance to receivable base stations BS1... BS2 is precisely determined and, with knowledge of these values, the results from the rough localization are corrected.
  • the GSM receiving device of the vehicle-mounted locating device must be able to determine the time of receipt of the basic data signals with high precision.
  • a GPS-disciplined clock GDO, cf. Figures 2 and 3 .
  • Successful synchronization of the GPS disciplined clock is a prerequisite for the procedure to be carried out in the vehicle.
  • the mobile radio device of the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 continuously receives the basic data signals BDS of all receivable base stations BS1 ... BS2.
  • the basic data signals BDS are either analyzed in the mobile radio device or transferred to the on-board computer of the vehicle-mounted locating device FO1... FO2 for evaluation.
  • An exact reception time is assigned to each basic data signal BDS received.
  • the mobile radio device receives the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 via a suitable one Mobile radio data service, for example via BCCH in the case of a cooperative provider, or for example GPRS in the case of a non-cooperative provider, continuously receives the process data signals VDS generated by one or more trackside locating devices SO1... SO3.
  • a suitable one Mobile radio data service for example via BCCH in the case of a cooperative provider, or for example GPRS in the case of a non-cooperative provider, continuously receives the process data signals VDS generated by one or more trackside locating devices SO1... SO3.
  • a separate data channel to a trackside locating device SO1 ... SO3 is required for receiving the process data signals, this is set up by the vehicle's locating device FO1 ... FO2.
  • the on-board computer of the vehicle-side locating device FO1 ... FO2 determines the address of the trackside locating devices SO1 ... SO3 necessary for setting up the data channel, preferably from the connection data of the trackside locating devices SO1 ... SO3 along the route of the route network SN and stored in the route almanac from the known (rough) location of the rail vehicle SF1 ... SF2.
  • the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 builds one or more parallel data connections to the trackside locating devices SO1 located in the vicinity. .. SO3 on.
  • the process data signals VDS sent by the trackside locating devices SO1... SO3 arrive continuously via these data connections.
  • the received process data signals VDS are transferred to the on-board computer of the vehicle-side locating devices FO1... FO2 for evaluation.
  • the evaluation of the basic data signals BDS and the process data signals VDS takes place in several steps: In a first step, the currently received process data signals VDS are assigned to the currently received basic data signals BDS in terms of time and individually for each base station.
  • the respectively registered time of reception of the basic data signals BDS and their associated transmission time transmitted by means of process data signals VDS are evaluated in the second step.
  • the difference between the time at which the basic data signals BDS are received and sent provides the exact signal propagation time between the base station BS1 ... BS2 and the mobile radio device in the rail vehicle SF1 ... SF2 at the time the basic data signals BDS are received.
  • the exact distance between the rail vehicle SF1 ... SF2 and the base station BS1 ... BS2 at the time of receiving the basic data signals BDS is determined in the third step.
  • This algorithm is carried out in parallel in the locating device FS1... FS2 on the vehicle for all base stations BS1. This makes it possible to determine the exact location, for example by means of triangulation. With the exact distances to the receivable base stations, the vehicle location roughly determined according to the preliminary location is continuously specified.
  • a trackside locating device SO1 consists of a stationary special computer system OC with at least one receiving device EM for the cellular mobile network (in particular GSM radio), a receiving device EG for GPS and a highly accurate time measuring device GDO (in particular GPS-disciplined clock).
  • the trackside locating device SO1 communicates on the one hand with one or more base stations (BS1, BS2, cf. Fig. 1 ) of the cellular network and, on the other hand, directly or indirectly with rail vehicles (SF1, SF2, cf. Fig. 1 ) who perform the proposed location procedure.
  • BS1, BS2, cf. Fig. 1 base stations
  • SF1, SF2, cf. Fig. 1 rail vehicles
  • the technical implementation basis is, for example, a microcomputer C with SDR (software-defined radio) software, which is synchronized by means of a GPS disciplined oscillator (GDO).
  • GDO receives GPS signals and provides a frequency standard (usually 10 MHz) and a PPS pulse (pulse-per-second) on the output side.
  • This technology is marketable and inexpensive.
  • Any number of trackside locating devices SO1 ... SO3 can be provided, for example along a railway line.
  • the number of trackside locating devices required depends on the topology of the cellular network and the topology of the route to be traveled.
  • Each trackside locating device SO1 is logically assigned to one or more selected base stations BS1.
  • the trackside locating device SO1 continuously receives the radio signals from the logically assigned base station BS1 and evaluates them in a process-specific manner. It is advantageous to arrange another trackside location device SO2 in close proximity to one or more base stations BS2 (cf. Fig. 1 ), firstly to ensure good radio reception and secondly to achieve short signal propagation times between base station BS2 and trackside locating device SO2.
  • the trackside locating device continuously sends data to rail vehicles or makes this information available to rail vehicles.
  • the data can be transmitted in various ways, for example via GSM mobile radio.
  • the vehicle-mounted locating device FO1 consists of a mobile computer system MC with at least one Receiving device EM for mobile radio, a receiving device EG for GPS, a high-precision time measuring device GDO (for example a GPS disciplined oscillator) and the microcomputer C, which is housed in a vehicle.
  • the high-precision time measuring device can advantageously be integrated in a mobile radio device or can be designed as an independent technical component.
  • vehicle-side device FE for example an odometer
  • FO1 vehicle-side location device
  • the vehicle-mounted locating device FO1 continuously receives data from the radio-technically accessible base stations BS1 and evaluates them with regard to certain mobile radio-specific signals, the basic data signals BDS. Furthermore, the vehicle-side locating device FO1 continuously receives the process data signals VDS from one or more track-side locating devices (not shown) and evaluates them in a process-specific manner.
  • the vehicle location which has already been roughly determined after the preliminary location, is determined considerably more precisely by the evaluation. This achieves the object specified at the beginning.

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zum Senden von Ortungssignalen an Schienenfahrzeuge (SF1 ... SF2) in einem Streckennetz (SN). Zur Erstellung der Ortungssignale werden periodisch generierte Basisdatensignale (BDS) eines zellulären Mobilfunknetzes verwendet, wobei eine streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3), die ortsfest im Streckennetz (SN) angeordnet ist, die Basisdatensignale (BDS) mindestens einer der streckenseitigen Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) zugeordneten Basisstation (BS) des zellulären Mobilfunknetzes empfängt. Zu den Basisdatensignalen (BDS) gehörige Verfahrensdatensignale (VDS) werden generiert, die den jeweiligen Sendezeitpunkt des betreffenden Basisdatensignals (BDS) in der Basisstation und die Identität der betreffenden Basisstation (BS1 ... BS2) umfassen und die Verfahrensdatensignale (VDS) werden periodisch ausgegeben. Ferner werden ein Verfahren zum Orten eines Schienenfahrzeugs (SF1 ... SF2), ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung beschrieben.The invention discloses a method for sending location signals to rail vehicles (SF1 ... SF2) in a route network (SN). Periodically generated basic data signals (BDS) of a cellular mobile radio network are used to generate the locating signals, with a trackside locating device (SO1 ... SO3), which is fixedly arranged in the route network (SN), the basic data signals (BDS) of at least one of the trackside locating devices (SO1 ... SO3) associated base station (BS) of the cellular mobile radio network receives. Process data signals (VDS) belonging to the basic data signals (BDS) are generated, which include the respective transmission time of the relevant basic data signal (BDS) in the base station and the identity of the relevant base station (BS1 ... BS2), and the process data signals (VDS) are output periodically . A method for locating a rail vehicle (SF1... SF2), a computer program product and a provision device are also described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Ortungssignalen an Schienenfahrzeuge in einem Streckennetz, wobei zur Erstellung der Ortungsinformationen periodisch generierte Basisdatensignale (BDS) eines zellulären Mobilfunknetzes verwendet werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Orten eines Schienenfahrzeugs, bei dem eine im Schienenfahrzeug angeordnete fahrzeugseitige Ortungseinrichtung den Ort des Schienenfahrzeugs bestimmt und die Ortungseinrichtung bei der Bestimmung des Ortes den Abstand zu mindestens einer Basisstation (BS) eines zellulären Mobilfunknetzes ermittelt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine streckenseitige Ortungseinrichtung zur Anordnung an einer Schienenstrecke. Außerdem betrifft die Erfindung eine fahrzeugseitige Ortungseinrichtung zum Einbau in ein Schienenfahrzeug. Zuletzt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgestattet ist.The invention relates to a method for sending location signals to rail vehicles in a route network, with periodically generated basic data signals (BDS) of a cellular mobile radio network being used to create the location information. The invention also relates to a method for locating a rail vehicle, in which a vehicle-side locating device arranged in the rail vehicle determines the location of the rail vehicle and the locating device determines the distance to at least one base station (BS) of a cellular mobile network when determining the location. The invention also relates to a trackside locating device for arrangement on a rail line. The invention also relates to a vehicle-side locating device for installation in a rail vehicle. Finally, the invention relates to a computer program product and a provision device for this computer program product, the computer program product being equipped with program commands for carrying out this method.

In der WO 2019/086208 A1 ist ein Verfahren zur Ortung von Schienenfahrzeugen auf der Basis von GSM und einem Streckenatlas beschrieben, welches die innerhalb des GSM-Mobilfunks verwendete Sendezeitregelung für Mobilfunkgeräte, genannt Timing Advance oder kurz TA, nutzt, um außerhalb des GSM Systems eine Abstandsbestimmung des Fahrzeuges zu den GSM Sendestationen durchzuführen und auf dieser Basis den Streckenatlas (Almanach) zu erstellen, der sowohl eine Ortsbestimmung des Schienenfahrzeugs, als auch eine Validierung von Messdaten weiterer Ortungssensoren im Fahrzeug ermöglicht. Verfahrensbedingt weist die GSM-interne Sendezeitregelung über die TA-Parameter eine Toleranz von 550 Metern auf, welche sich direkt auf die mit dem Ortungsverfahren erreichbare Genauigkeit auswirkt. Viele Anwendungen im Fahrzeug benötigen allerdings eine genauere Ortsbestimmung.In the WO 2019/086208 A1 describes a method for locating rail vehicles on the basis of GSM and a route atlas, which uses the transmission time control for mobile radio devices used within GSM mobile radio, called timing advance or TA for short, to determine the distance between the vehicle and the GSM outside the GSM system Carry out transmitting stations and on this basis to create the route atlas (almanac), which enables both a location of the rail vehicle and a validation of measurement data from other location sensors in the vehicle. Due to the process, the GSM-internal transmission time control has a tolerance of 550 meters via the TA parameters, which directly affects the accuracy that can be achieved with the location method affects. However, many applications in the vehicle require a more precise location determination.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ortung von Schienenfahrzeugen anzugeben, das eine genauere Ortsbestimmung in einem zellulären Mobilfunknetz wie beispielsweise dem GSM Netz, bei gleicher Sicherheit ermöglicht. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Senden von Ortungssignalen an Schienenfahrzeuge unter Ausnutzung eines zellulären Mobilfunknetzes anzugeben, mit dem die genauere Ortsbestimmung des Schienenfahrzeugs ermöglicht wird. Aufgabe der Erfindung ist es auch eine streckenseitige Ortungseinrichtung sowie eine fahrzeugseitige Ortungseinrichtung anzugeben, mit denen das vorgenannte Verfahren durchführbar ist. Zuletzt besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt anzugeben, mit dem das vorgenannte Verfahren durchgeführt werden kann.The object of the present invention is therefore to specify a method for locating rail vehicles that enables more precise location determination in a cellular mobile radio network such as the GSM network, with the same level of security. In addition, it is the object of the invention to specify a method for sending location signals to rail vehicles using a cellular mobile radio network, with which the more precise location of the rail vehicle is made possible. The object of the invention is also to specify a trackside location device and a vehicle location device with which the aforementioned method can be carried out. Finally, the object of the invention is to provide a computer program product and a provision device for this computer program product with which the aforementioned method can be carried out.

Die erstgenannte Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren zum Senden von Ortungssignalen dadurch gelöst, dass eine streckenseitige Ortungseinrichtung, die ortsfest im Streckennetz angeordnet ist,

  • die Basisdatensignale mindestens einer der Ortungseinrichtung zugeordneten Basisstation (BS) des zellulären Mobilfunknetzes empfängt,
  • zu den Basisdatensignalen gehörige Verfahrensdatensignale generiert, die den jeweiligen Sendezeitpunkt des betreffenden Basisdatensignals in der Basisstation und die Identität der betreffenden Basisstation umfassen,
  • die Verfahrensdatensignale periodisch ausgibt, d. h. die Verfahrensdaten den Fahrzeugen zur Verfügung stellt. Dies kann über eine kabelgebundene Schnittstelle oder über Funk erfolgen (hierzu im Folgenden noch mehr).
The first-mentioned object is achieved with the above-mentioned method for sending location signals in that a trackside location device, which is arranged in a stationary manner in the route network,
  • receives the basic data signals of at least one base station (BS) of the cellular mobile radio network assigned to the locating device,
  • Process data signals belonging to the base data signals are generated, which include the respective transmission time of the base data signal in question in the base station and the identity of the base station in question,
  • periodically outputs the process data signals, ie makes the process data available to the vehicles. This can be done via a wired interface or via radio (more on this below).

Außerdem wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Orten dadurch gelöst, dass die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung

  • von der mindestens einen Basisstation periodisch generierte Basisdatensignale empfängt, und deren Empfangszeitpunkt ermittelt,
  • von mindestens einer streckenseitigen Ortungseinrichtung nach dem Verfahren gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren zum Senden periodisch generierte Verfahrensdatensignale empfängt,
  • die Identität der Basisstation abruft, der die Verfahrensdatensignale jeweils zuzuordnen sind, und die Verfahrensdatensignale den zugehörigen Basisdatensignalen zuordnet,
  • die mit den Verfahrenssignalen übermittelten Sendezeitpunkte und die ermittelten Empfangszeitpunkte zur Berechnung der Laufzeit der Basisdatensignale von der Basisstation zum Schienenfahrzeug verwendet,
  • den ermittelten Abstand zu der mindestens einen Basisstation unter Berücksichtigung der berechneten Laufzeit neu berechnet.
In addition, the stated object is achieved by a method for locating in that the locating device on the vehicle
  • receives base data signals periodically generated by the at least one base station and determines their time of reception,
  • receives periodically generated method data signals from at least one trackside location device according to the method according to the method explained above for sending,
  • retrieves the identity of the base station to which the process data signals are to be assigned and assigns the process data signals to the associated base data signals,
  • uses the transmission times transmitted with the process signals and the determined reception times to calculate the transit time of the basic data signals from the base station to the rail vehicle,
  • the determined distance to the at least one base station is recalculated taking into account the calculated transit time.

Wie nachstehend noch genauer erläutert wird, schafft das erstgenannte Verfahren die Voraussetzung dafür, dass mit den Verfahrensdaten die Möglichkeit geschaffen wird, eine genauere Ortsbestimmung durch eine möglichst exakte Laufzeitmessung durchzuführen. Das zweitgenannte Verfahren bildet dabei die Umsetzung, die nach dem erstgenannten Verfahren generierten Verfahrensdaten unter Anwendung der Laufzeitmessung zu verarbeiten und so die vorteilhaft genauere Ortsbestimmung vorzunehmen.As will be explained in more detail below, the first-mentioned method creates the prerequisite for using the method data to create the possibility of carrying out a more precise location determination by means of a running time measurement that is as exact as possible. The second-mentioned method forms the implementation of processing the method data generated according to the first-mentioned method using the transit time measurement and thus performing the advantageously more precise location determination.

Die höhere Genauigkeit bei der Ortsermittlung nach dem Laufzeitverfahren resultiert erfindungsgemäß aus der Tatsache, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Zeitpunkt des Aussendens der Basisdatensignale von der Basisstation als eine Art Zeitstempel wesentlich genauer bekannt ist, als dies der Mobilfunkstandard ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleisten würde.According to the invention, the higher accuracy in determining the location according to the transit time method results from the fact that with the method according to the invention the time at which the base data signals are sent out by the base station is known much more precisely as a kind of time stamp than the mobile radio standard would guarantee without using the method according to the invention.

Um den Fehler auf Grund der Laufzeit von der Basisstation zur streckenseitigen Ortungseinrichtung zu korrigieren, werden die von der zugeordneten Basisstation empfangenen Signale mit einem standortabhängigen Offset korrigiert (vordatiert). Der Offset entspricht dabei der Signallaufzeit zwischen der jeweiligen Basisstation und der Mobilfunkantenne der streckenseitigen Ortungseinrichtung zuzüglich interner Laufzeiten in der streckenseitige Ortungseinrichtung. Die Signallaufzeit kann aus dem bekannten Abstand der Einrichtungen abgeleitet oder gemessen werden. Durch einen Abgleich mit der Zeitmesseinrichtung lässt sich somit unter Berücksichtigung des Offsets der genaue Sendezeitpunkt des betreffenden Basisdatensignals (der besagte Zeitstempel) ermitteln. Die Basisdatensignale stellt der Mobilfunkanbieter zur Verfügung, der, wir folgend erläutert unterschiedlich in die Verfahrensdurchführung eingebunden sein kann.In order to correct the error due to the transit time from the base station to the trackside locating device, the signals received from the assigned base station are corrected (pre-dated) with a location-dependent offset. The offset corresponds to the signal propagation time between the respective base station and the mobile radio antenna of the trackside locating device plus internal propagation times in the trackside locating device. The signal propagation time can be derived or measured from the known distance between the devices. By means of a comparison with the time measuring device, the exact transmission time of the relevant basic data signal (the said time stamp) can thus be determined, taking into account the offset. The basic data signals are provided by the mobile communications provider who, as explained below, can be involved in the implementation of the method in different ways.

Das hier vorgeschlagene Ortungsverfahren beinhaltet die Durchführung eines ersten Ortungsschrittes (im Folgenden vorläufige Ortung genannt), insbesondere einer Grobortung, und ergänzt diese um mindestens eine erneute Ortung, insbesondere eine Feinortung. Die Begriffe Grobortung und Feinortung sollen im Rahmen der Erfindung dahingehend verstanden werden, dass die Ortsauflösung der Feinortung höher ist als die Ortsauflösung der Grobortung.The location method proposed here includes the implementation of a first location step (referred to below as preliminary location), in particular rough location, and supplements this with at least one new location, in particular fine location. The terms coarse localization and fine localization are to be understood within the scope of the invention to the effect that the spatial resolution of the fine localization is higher than the spatial resolution of the coarse localization.

Um die auf Basis der vorläufigen Ortung resultierende Messtoleranz zu verbessern, so dass die Fahrzeugortung zum Beispiel in Gebieten mit hoher Verkehrs- und Infrastrukturdichte ausreichend genau erfolgen kann, werden erfindungsgemäß zusätzliche streckenseitige Ortungseinrichtungen an der Strecke, also im Streckennetz installiert.In order to improve the measurement tolerance resulting from the preliminary location so that vehicle location can be carried out with sufficient accuracy, for example in areas with high traffic and infrastructure density, additional trackside location devices are installed on the route, i.e. in the route network, according to the invention.

Die Abstände zur Basisstation werden erfindungsgemäß durch ein Laufzeitverfahren ermittelt, welches an sich bekannt ist. Zur Durchführung des Laufzeitverfahrens ist eine hochgenaue Zeitmessung notwendig. In strecken- und fahrzeugseitigen Ortungseinrichtungen kann dies zum Beispiel auf Basis von GPS-disciplined clocks durchgeführt werden. Wenn Sende- und Empfangszeitpunkt der Basisdaten mit GPS-disciplined clocks gemessen werden, ist die Toleranz der ermittelten Abstände zwischen Fahrzeug und Basisstationen im Bereich von wenigen Metern.According to the invention, the distances to the base station are determined by a transit time method which is known per se. A highly accurate time measurement is necessary to carry out the runtime method. In track-side and vehicle-side location systems, this can be done, for example, on the basis of GPS-disciplined clocks are carried out. If the sending and receiving times of the basic data are measured with GPS-disciplined clocks, the tolerance of the determined distances between the vehicle and base stations is in the range of a few meters.

Die Basisdaten und die daraus generierten Basisdatensignale haben folgende Eigenschaften:
Für die Messung der Signallaufzeit zwischen Basisstation und Mobilfunkgerät werden ausgewählte Mobilfunksignale verwendet. Die Durchführung der Grobortung (vorläufige Ortung) basiert auf Nutzung der durch die Basisstationen periodisch ausgesendeten TA-Signale. Auch für die Feinortung können die TA-Signale vorteilhaft genutzt werden, da diese mit einer geeigneten Periode ausgesendet werden und für die Grobortung ohnehin bereits ausgewertet werden. Aber es sind auch andere periodisch gesendete Mobilfunksignale alternativ nutzbar.
The basic data and the basic data signals generated from it have the following properties:
Selected mobile radio signals are used to measure the signal propagation time between the base station and the mobile radio device. The implementation of the rough location (preliminary location) is based on the use of the TA signals periodically transmitted by the base stations. The TA signals can also be used advantageously for fine localization, since they are transmitted with a suitable period and are already evaluated for rough localization in any case. However, other periodically transmitted mobile radio signals can also be used as an alternative.

Die als Basisdaten genutzten Mobilfunksignale bleiben im vorgeschlagenen Verfahren unverändert. Sie werden im Fahrzeug vom Mobilfunkgerät in der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung gefiltert und an den Bordrechner der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung übergeben. In der streckenseitigen Ortungseinrichtung werden die Basisdaten ebenfalls aus den Mobilfunksignalen gefiltert und deren Sendezeit bestimmt.The mobile radio signals used as basic data remain unchanged in the proposed method. They are filtered in the vehicle by the mobile radio device in the vehicle-mounted locating device and transferred to the on-board computer of the vehicle-mounted locating device. In the trackside locating device, the basic data are also filtered from the mobile radio signals and their transmission time is determined.

Die Verfahrensdaten und die daraus generierten Basisdatensignale haben folgende Eigenschaften:
Verfahrensdaten sind verfahrensspezifische Daten, die fortlaufend von der streckenseitigen Ortungseinrichtung an Mobilfunkgeräte in den fahrzeugseitigen Ortungseinrichtungen übermittelt werden (direkt oder indirekt über eine Basisstation) und die Basis für die präzisere Ortungsberechnung im Fahrzeug bilden. Verfahrensdaten enthalten mindestens folgenden Inhalt:

  1. 1. Sendezeitpunkt der Basisdaten in der Basisstation
  2. 2. Identifikation der sendenden Basisstation
The process data and the basic data signals generated from it have the following properties:
Process data are process-specific data that are continuously transmitted from the trackside location device to mobile radio devices in the vehicle location devices (directly or indirectly via a base station) and form the basis for the more precise location calculation in the vehicle. Process data contain at least the following content:
  1. 1. Time of sending the basic data in the base station
  2. 2. Identification of the sending base station

Weiterhin müssen die Sendezeitpunkte der zyklisch gesendeten Verfahrensdaten den zugehörigen Basisdaten (z.B. TA-Signale) eindeutig zuordenbar sein. Das bedeutet, dass Verfahrensdaten einerseits nicht zu oft gesendet werden dürfen, um eine Missdeutung des Sendezeitpunktes durch Duplikate zu vermeiden, und andererseits ausreichend oft gesendet werden sollen, um ausreichend Stützstellen für die Feinortung zu haben. Besonders vorteilhaft ist es, die Periodizität der Verfahrensdatensignale genau an die Periodizität der der Basisdatensignale anzupassen, da dann eine Eins-zu-Eins-Zuordnung der Verfahrensdatensignale zu den Basisdatensignalen möglich ist. Insbesondere bei Nutzung der TA-Signale wird empfohlen, die Verfahrensdaten mit dem Zyklus der TA-Signale zu senden.Furthermore, the transmission times of the cyclically transmitted process data must be clearly assignable to the associated basic data (e.g. TA signals). This means that, on the one hand, process data must not be sent too often, in order to avoid misinterpretation of the sending time due to duplicates, and, on the other hand, should be sent sufficiently often in order to have sufficient support points for fine localization. It is particularly advantageous to match the periodicity of the process data signals precisely to the periodicity of the basic data signals, since a one-to-one assignment of the process data signals to the basic data signals is then possible. Particularly when using the TA signals, it is recommended to send the process data with the cycle of the TA signals.

Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "erstellen", "berechnen", "rechnen", "feststellen", "generieren", "konfigurieren", "modifizieren" und dergleichen vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen. Dabei liegen die Daten insbesondere als physikalische Größen vor, beispielsweise als elektrische Impulse oder auch als Messwerte. Die erforderlichen Anweisungen/Programmbefehle sind in einem Computerprogramm als Software zusammengefasst. Weiterhin beziehen sich die Begriffe "empfangen" "aussenden", "einlesen", "auslesen", "übertragen" und dergleichen auf das Zusammenwirken einzelner Hardwarekomponenten und/oder Softwarekomponenten über Schnittstellen. Die Schnittstellen können hardwaretechnisch, beispielsweise kabelgebunden oder als Funkverbindung, und/oder softwaretechnisch, beispielweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen oder Programmteilen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.Unless otherwise stated in the following description, the terms “create”, “calculate”, “calculate”, “determine”, “generate”, “configure”, “modify” and the like preferably relate to actions and / or Processes and / or processing steps that change and / or generate data and / or convert the data into other data. The data are in particular available as physical quantities, for example as electrical impulses or also as measured values. The necessary instructions / program commands are summarized in a computer program as software. Furthermore, the terms “receive” “send”, “read in”, “read out”, “transmit” and the like relate to the interaction of individual hardware components and / or software components via interfaces. The interfaces can be implemented in terms of hardware, for example wired or as a radio link, and / or in software, for example as interaction between individual program modules or program parts of one or more computer programs.

Unter "rechnergestützt" oder "computerimplementiert" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem ein Computer oder mehrere Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt oder ausführen. Der Ausdruck "Computer" ist breit auszulegen, er deckt alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften ab. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können. Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder Datenspeichers (Festplatte oder eines Datenträgers) verstanden werden.In connection with the invention, “computer-aided” or “computer-implemented” can be understood to mean, for example, an implementation of the method in which a Computer or a plurality of computers executing or executing at least one method step of the method. The term "computer" is to be interpreted broadly, it covers all electronic devices with data processing properties. Computers can thus be, for example, personal computers, servers, handheld computer systems, pocket PC devices, mobile radio devices and other communication devices that process data with the aid of computers, processors and other electronic devices for data processing, which can preferably also be connected to a network. In connection with the invention, a “memory unit” can be understood to mean, for example, a computer-readable memory in the form of a random access memory (RAM) or data memory (hard disk or a data carrier).

Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine, zum Beispiel ein Sensor zur Erzeugung von Messwerten oder eine elektronische Schaltung, verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Signalprozessor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit einer Konfiguration zur Ausführung eines rechnergestützten Verfahrens ausgerüstet ist.In connection with the invention, a “processor” can be understood to mean, for example, a machine, for example a sensor for generating measured values or an electronic circuit. A processor can in particular be a central processing unit (CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program commands, etc. . A processor can also be, for example, an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit), or act as a DSP (digital signal processor). A processor can also be understood to be a virtualized processor or a soft CPU. For example, it can also be a programmable processor that is equipped with a configuration for executing a computer-aided method.

Kooperation mit Provider (Mobilfunkanbieter)Cooperation with provider (cell phone provider)

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfahrensdatensignale durch die streckenseitige Ortungseinrichtung per Funk oder kabelgebunden an die Basisstation übergeben werden und die Basisstation die Verfahrensdatensignale per Funk an die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung weiterleitet.According to one embodiment of the invention, it is provided that the process data signals are transmitted by the trackside locating device to the base station by radio or wired, and the base station forwards the process data signals by radio to the vehicle's locating device.

Vorteilhaft benötigt die streckenseitige Ortungseinrichtung dann keine Sendeantenne, weil die Verfahrensdaten beispielsweise über eine kabelgebundene Schnittstelle an die Basisstation übergeben werden können.The trackside locating device then advantageously does not need a transmitting antenna because the process data can be transferred to the base station, for example via a wired interface.

Die streckenseitige Ortungseinrichtung wird ortsfest und gekoppelt mit einer Basisstationen des Mobilfunk-Providers angeordnet und betrieben. Zwischen der streckenseitigen Ortungseinrichtung und der ihr zugeordneten Basisstation besteht eine direkte Verbindung, beispielsweise über ein lokales Netzwerk. In diesem Fall kann die streckenseitige Ortungseinrichtung entweder in eine zugeordnete Basisstation integriert und damit am selben Ort angeordnet, oder in unmittelbarer Nähe der zugeordneten Basisstation installiert und kommunikationstechnisch mit dieser gekoppelt werden.The trackside locating device is arranged and operated in a stationary manner and coupled to a base station of the mobile radio provider. There is a direct connection between the trackside locating device and the base station assigned to it, for example via a local network. In this case, the trackside locating device can either be integrated into an assigned base station and thus arranged at the same location, or it can be installed in the immediate vicinity of the assigned base station and coupled with it in terms of communication technology.

Die streckenseitige Ortungseinrichtung muss in der Lage sein, Mobilfunk zu empfangen und zu decodieren. Dazu kann die streckenseitige Ortungseinrichtung vorteilhaft die Antennenanlage der zugeordneten Basisstation nutzen, wenn ein kooperativer Provider vorhanden ist. Das Senden von Mobilfunk durch die streckenseitige Ortungseinrichtung ist nicht erforderlich.
Über eine kabelgestützte oder funkbasierte Datenverbindung zwischen der streckenseitigen Ortungseinrichtung und der zugeordneten Basisstation werden fortlaufend Messdaten von der streckenseitigen Ortungseinrichtung an die zugeordnete Basisstation über die Ergebnisse der in der streckenseitigen Ortungseinrichtung fortlaufend durchgeführten Signallaufzeitmessung gesendet.
The trackside location system must be able to receive and decode mobile radio. To this end, the trackside locating device can advantageously use the antenna system of the assigned base station if a cooperative provider is available. The transmission of mobile radio by the trackside location device is not required.
Via a cable-based or radio-based data connection between the trackside locating device and the assigned base station, measurement data are continuously sent from the trackside locating device to the assigned base station about the results of the signal transit time measurement carried out continuously in the trackside locating device.

Die zugeordnete Basisstation empfängt fortlaufend Daten der streckenseitigen Ortungseinrichtung und leitet diese an Mobilfunkgeräte weiter. Vorzugsweise kann bei dem Mobilfunkstandard GSM hierfür der GSM-interne Broadcast Control Channel (BCCH) verwendet werden. Alternativ ist es möglich, einen Datendienst für GSM-Anwender, wie beispielsweise GPRS oder SMS für die Datenübermittlung zu nutzen. In beiden Fällen ist eine Mitwirkung des GSM Providers erforderlich, um die Integration der von der streckenseitigen Ortungseinrichtung empfangenen Daten in den GSM-Mobilfunk zu veranlassen.The assigned base station continuously receives data from the trackside location device and forwards it to mobile radio devices. In the case of the GSM mobile radio standard, the GSM-internal broadcast control channel (BCCH) can preferably be used for this purpose. Alternatively, it is possible to use a data service for GSM users such as GPRS or SMS for data transmission. In both cases, the cooperation of the GSM provider is necessary in order to initiate the integration of the data received from the trackside locating device into the GSM mobile radio.

Betrieb ohne Kooperation des ProvidersOperation without the cooperation of the provider

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfahrensdatensignale durch die streckenseitigen Ortungseinrichtung per Funk direkt an die fahrzeugseitige Ortungseinrichtungen gesendet werden.According to one embodiment of the invention, it is provided that the process data signals are sent by the trackside location device by radio directly to the vehicle location device.

Für die Übertragung per Funk benötigt die streckenseitige Ortungseinrichtung eine geeignete Sendeantenne. Dies stellt zwar einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand dar. Jedoch ist eine Kooperation mit dem Provider nicht erforderlich. Außerdem kann es beim Betrieb vorteilhaft kostengünstiger sein, wenn von dem Provider keine zusätzlichen Dienste in Anspruch genommen werden müssen.The trackside locating device requires a suitable transmitting antenna for transmission by radio. This represents an additional constructive effort. However, cooperation with the provider is not required. In addition, it can advantageously be more cost-effective during operation if the provider does not have to use any additional services.

Die streckenseitige Ortungseinrichtung wird ortsfest und unabhängig von Basisstationen des Mobilfunk-Providers angeordnet und betrieben. In dieser Anordnung benötigt die streckenseitige Ortungseinrichtung eine eigene Mobilfunkantenne für den Empfang der Funksignale einer oder mehrerer zugeordneter Basisstationen.The trackside locating device is arranged and operated in a stationary manner and independently of the base stations of the mobile radio provider. In this arrangement, the trackside locating device requires its own mobile radio antenna for receiving the radio signals from one or more assigned base stations.

Die Übertragung der Daten von der streckenseitigen Ortungseinrichtung an die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung erfolgt in diesem Fall nicht indirekt über eine zugeordnete Basisstation, sondern direkt per Mobilfunk. Dafür kann beispielsweise eine Datenverbindung auf Basis von GPRS oder LTE genutzt werden. Die Verfahrensdatensignale müssen anders als die Basisdatensignale aber nicht mit dem Mobilfunkstandard übermittelt werden.In this case, the data is not transmitted from the trackside location device to the vehicle location device indirectly via an assigned base station, but directly via mobile radio. For example, a data connection based on GPRS or LTE can be used for this. The process data signals must be different from the However, basic data signals cannot be transmitted using the mobile radio standard.

Für das Ortungsverfahren kann statt GPS ein alternatives Satelliten-Navigationssystem, wie beispielsweise GLONASS in der streckenseitige Ortungseinrichtung und im fahrzeugseitige Ortungseinrichtung verwendet werden. Notwendig ist die Bereitstellung synchroner hochgenauer Uhren in der streckenseitige Ortungseinrichtung und in der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung.Instead of GPS, an alternative satellite navigation system, such as GLONASS, can be used in the trackside location system and in the vehicle location system for the location method. It is necessary to provide synchronous, highly accurate clocks in the trackside location device and in the vehicle location device.

An Stelle von GSM können auch andere zelluläre Mobilfunksysteme eingesetzt werden. Statt TA-Signalen können alternative systemeigene Funksignale verwendet werden, beispielsweise für die Abstandsbestimmung der Mobilfunkgeräte zu Basisstationen. Die Anforderungen an die verwendeten GSM-Signale (Basisdaten) beschränken sich auf eine geeignete Sendeperiode und die Abstrahlung an jeder Basisstation. Außerdem muss die Kennung der Basisstation ermittelt werden können.Instead of GSM, other cellular mobile radio systems can also be used. Instead of TA signals, alternative system-specific radio signals can be used, for example to determine the distance between mobile radio devices and base stations. The requirements for the GSM signals used (basic data) are limited to a suitable transmission period and the emission at each base station. In addition, the identification of the base station must be able to be determined.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine aus dem neu berechneten Abstand ermittelte erste Ortsinformation mit einer zweiten Ortsinformation verglichen wird und im Falle von Abweichungen die zweite Ortsinformation korrigiert wird. Dabei ist vorzugweise vorgesehen, dass als erste Ortsinformation eine Position des Schienenfahrzeugs ermittelt wird, wobei eine Position der einen Basisstation oder auch mehrerer Basisstationen vorgegeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher zur Verbesserung der unter vorläufige Ortung beschriebenen Ortung verwendet werden. Es kann auch zur Plausibilisierung oder Genauigkeitsverbesserung der Daten anderer Ortungssysteme verwendet werden. Beispielsweise können die Ortungsdaten einer GPS-Ortung im Fahrzeug mit den Ergebnissen der erfindungsgemäßen Ortung überprüft werden. Damit sind sicherheitskritische Ortungs-Anwendungen möglich.According to one embodiment of the invention, provision is made for first location information determined from the newly calculated distance to be compared with second location information and for the second location information to be corrected in the event of discrepancies. It is preferably provided that a position of the rail vehicle is determined as the first location information, a position of the one base station or also of several base stations being specified. The method according to the invention can therefore be used to improve the location described under preliminary location. It can also be used to check the plausibility or improve the accuracy of the data from other positioning systems. For example, the location data of a GPS location in the vehicle can be checked with the results of the location according to the invention. This makes security-critical location applications possible.

Eine andere Möglichkeit ist die Korrektur oder Erstellung eines Streckenplans (im Folgenden Almanach genannt), in dem insbesondere auch die Positionen der Basisstationen bestimmt werden können.Another possibility is to correct or create a route plan (hereinafter referred to as the almanac) in which, in particular, the positions of the base stations can also be determined.

Durch den Vergleich der aus unterschiedlichen Sendern gewonnenen Abstandsdaten werden die Standorte der GSM-Basisstationen somit plausibilisiert und damit vertrauenswürdig. Ein Angreifer, der die GSM-Signale abfängt und wieder einspielt (man in the middle attack) würde in jedem Fall eine Verzögerung der Signallaufzeit verursachen, aus der mindestens eine widersprüchliche Entfernungsmessung resultieren würde. Hierdurch können vorteilhaft bei der Ortung hohe Sicherheitslevel realisiert werden. Das Vorgehen wird im Folgenden näher erläutert.By comparing the distance data obtained from different transmitters, the locations of the GSM base stations are checked for plausibility and thus trustworthy. An attacker who intercepts the GSM signals and feeds them back in (man in the middle attack) would in any case cause a delay in the signal propagation time, which would result in at least one contradicting distance measurement. In this way, a high level of security can advantageously be achieved when locating. The procedure is explained in more detail below.

Die berechneten hochgenauen Abstandswerte zwischen Fahrzeug und GSM-Basisstationen werden zum Aufbau und Pflege des fahrzeugeigenen Streckenalmanachs benutzt. Wie in Anmeldung vorläufige Ortung beschrieben kann der Streckenalmanach eine 1D- oder 2-D Charakteristik aufweisen. Ebenfalls sind Mischvarianten möglich. Im Unterschied zum Messverfahren für die vorläufige Ortung werden Ortsinformationen im Almanach nur noch mit Hilfe hochgenauer Abstandsdaten korrigiert, um die Qualität des Almanachs zu verbessern. Zu diesem Zweck wird das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung dahingehend genutzt, dass als erste Ortsinformation eine Position der Basisstation ermittelt wird, die aus mehreren Positionen des Schienenfahrzeugs berechnet wird. Dies setzt voraus, dass der Abstand des Schienenfahrzeugs zur Basisstation bestimmt ist oder die Position des Schienenfahrzeugs insbesondere durch ein anderes Ortungsverfahren bestimmt wurde.The calculated, highly precise distance values between the vehicle and GSM base stations are used to set up and maintain the vehicle's own route almanac. As described in the preliminary location application, the route almanac can have a 1D or 2-D characteristic. Mixed versions are also possible. In contrast to the measurement method for preliminary location information, location information in the almanac is only corrected with the help of highly precise distance data in order to improve the quality of the almanac. For this purpose, the method according to this embodiment of the invention is used to the effect that a position of the base station is determined as the first location information, which position is calculated from several positions of the rail vehicle. This assumes that the distance between the rail vehicle and the base station has been determined or that the position of the rail vehicle has been determined, in particular, by another location method.

Für einen 1D-Alamach werden die ermittelten Abstände zu GSM-Basisstationen direkt als Ortsreferenz aufgenommen oder zur Plausibilisierung vorhandener Ortsreferenzen verwendet.For a 1D alarm system, the determined distances to GSM base stations are recorded directly as a location reference or used to check the plausibility of existing location references.

Für einen 2D-Alamanch müssen die Abstände zwischen Fahrzeug und einer spezifischen GSM-Basisstation an mindestens 3 unterschiedlichen Punkten der Fahrstrecke gemessen werden. Die Abstandswerte werden dazu in einem temporären Speicher vorgehalten. Stehen in der temporären Ablage für mindestens 3 Ortskoordinaten derselben Basisstation die Abstandswerte zur Verfügung, wird die exakte Lage der GSM-Basisstation durch Triangulation der Abstandswerte ermittelt und anschließend in den 2D-Almanach übernommen oder zur Plausibilisierung eines bereits vorhandenen Standorts der GSM-Basisstation benutzt.For a 2D alamanch, the distances between the vehicle and a specific GSM base station must be measured at at least 3 different points along the route. the For this purpose, distance values are kept in a temporary memory. If the distance values are available in the temporary storage for at least 3 location coordinates of the same base station, the exact position of the GSM base station is determined by triangulation of the distance values and then transferred to the 2D almanac or used to check the plausibility of an existing location of the GSM base station.

Bei wiederholten Fahrten eines Zuges über dieselbe Strecke werden die vorhandenen Daten im Almanach durch die wiederholte Plausibilisierung zunehmend vertrauenswürdig. Das Vertrauen in die Daten im Almanach kann vorteilhaft durch zusätzliche Vertrauensattribute, die zusammen mit den Ortungsdaten abgelegt werden, gekennzeichnet werden.With repeated journeys by a train over the same route, the existing data in the almanac becomes increasingly trustworthy due to the repeated plausibility checks. The trust in the data in the almanac can advantageously be identified by additional trust attributes that are stored together with the location data.

Für den Datenkanal zwischen streckenseitiger Ortungseinrichtung und fahrzeugseitiger Ortungseinrichtung gibt es diverse Möglichkeiten. Sowohl hinsichtlich des Funksystems, des genutzten Datenkanals (System, Anwender) als auch der Kommunikationsart (verbindungsorientiert, verbindungslos, Broadcast) sind zahlreiche Varianten möglich. Darüber hinaus ist es möglich, eine oder mehrere zentrale Stellen einzurichten, bei denen die Daten der unterschiedlichen streckenseitigen Ortungseinrichtungen zusammengeführt werden (beispielsweise per Internet). Fahrzeuge können sich bei der oder den zentralen Stellen anmelden und die Verfahrensdaten kontinuierlich abrufen (zentrale Auskunft). Hier kann somit auch der Streckenplan abgespeichert sein.There are various options for the data channel between the trackside location device and the vehicle location device. Numerous variants are possible with regard to the radio system, the data channel used (system, user) and the type of communication (connection-oriented, connectionless, broadcast). In addition, it is possible to set up one or more central points at which the data from the different trackside location devices are merged (for example via the Internet). Vehicles can register with the central office (s) and continuously call up the process data (central information). The route map can also be saved here.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass der zwischen den Sendezeitpunkten und den Empfangszeitpunkten jeweils durch das Schienenfahrzeug zurückgelegte Fahrweg berücksichtigt wird. Ausschlaggebend ist nämlich der Ort des Schienenfahrzeugs zum Empfangszeitpunkt, auch wenn das Verfahren an dem Ort des Schienenfahrzeugs zum Sendezeitpunkt initiiert wurde.According to one embodiment of the invention, it can be provided that the route covered by the rail vehicle between the transmission times and the reception times is taken into account. The decisive factor is namely the location of the rail vehicle at the time of reception, even if the method was initiated at the location of the rail vehicle at the time of transmission.

Bei schnell fahrenden Fahrzeugen muss für die exakte Ortsbestimmung gegebenenfalls der zurückgelegte Fahrweg berücksichtigt werden, der während der Datenübertragung und Signalverarbeitung im fahrzeugseitige Ortungseinrichtung erfolgt ist. Dieser kann beispielsweise durch Wegmessung (Odometrie) oder durch die Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Zuges während der Messung und Berechnung ermittelt werden. Vorteilhaft lässt sich hierdurch eine noch höhere Genauigkeit erreichen.In the case of fast moving vehicles, the distance covered may have to be used to determine the exact location must be taken into account, which took place during the data transmission and signal processing in the vehicle-mounted location device. This can be determined, for example, by distance measurement (odometry) or by taking into account the speed of the train during the measurement and calculation. An even higher level of accuracy can advantageously be achieved in this way.

Die Erfindung wird außerdem durch die eingangs angegebene streckenseitige Ortungseinrichtung sowie fahrzeugseitige Ortungseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese dazu eingerichtet sind, die eingangs genannten erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. Die mit dem Einsatz der streckenseitigen Ortungseinrichtung sowie der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung verbundenen Vorteile sind daher vorstehend im Rahmen der Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahren bereits genannt worden.The invention is also achieved according to the invention by the trackside location device specified at the beginning and the location device on the vehicle side in that they are set up to carry out the methods according to the invention named at the beginning. The advantages associated with the use of the trackside location device and the vehicle location device have therefore already been mentioned above in the context of the explanation of the method according to the invention.

Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispielen beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind.Furthermore, a computer program product with program instructions for carrying out the mentioned method according to the invention and / or its exemplary embodiments is claimed, the method according to the invention and / or its exemplary embodiments being able to be carried out in each case by means of the computer program product.

Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts beansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Datenträger, der das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes Computersystem, ein cloudbasiertes Rechnersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogrammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.In addition, a provision device for storing and / or providing the computer program product is claimed. The provision device is, for example, a data carrier that stores and / or provides the computer program product. Alternatively and / or additionally, the provision device is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed computer system, a cloud-based computer system and / or virtual computer system, which the computer program product preferably stores and / or provides in the form of a data stream.

Die Bereitstellung erfolgt beispielsweise als Download in Form eines Programmdatenblocks und/oder Befehlsdatenblocks, vorzugsweise als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des vollständigen Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfolgen, der aus mehreren Teilen besteht und insbesondere über ein Peer-to-Peer Netzwerk heruntergeladen oder als Datenstrom bereitgestellt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in Form des Datenträgers in ein System eingelesen und führt die Programmbefehle aus, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird.It is provided, for example, as a download in the form of a program data block and / or command data block, preferably as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream, of the complete computer program product. This provision can, for example, also take place as a partial download, which consists of several parts and is downloaded in particular via a peer-to-peer network or made available as a data stream. Such a computer program product is read into a system, for example using the supply device in the form of the data carrier, and executes the program commands so that the method according to the invention is carried out on a computer.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.Further details of the invention are described below with reference to the drawing. The same or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals and are only explained several times insofar as there are differences between the individual figures.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are thus also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

Es zeigen:

  • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer dreidimensionalen Übersicht.
  • Figur 2 und 3 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen streckenseitigen Ortungseinrichtung und der erfindungsgemäßen fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung als Blockschaltbilder.
Show it:
  • Figure 1 an embodiment of the method according to the invention schematically in a three-dimensional overview.
  • Figures 2 and 3 Embodiments of the trackside location device according to the invention and the vehicle location device according to the invention as block diagrams.

Verfahrensablauf streckenseitigProcess flow on the track side

Streckenseitig werden in einem Streckennetz SN eine geeignete Anzahl von streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 ortsfest installiert und jeweiligen Basisstationen BS1 ... BS2 zugeordnet. Die Zuordnung jeder streckenseitigen Ortungseinrichtung (z. B. SO1) zur Basisstation (z. B. BS1) kann kooperativ oder nichtkooperativ erfolgen. Mischvarianten sind ebenfalls möglich. Für die Verfahrensdurchführung muss die GPS-disciplined clock der streckenseitigen Ortungseinrichtung auf die GPS-Zeit synchronisiert sein.On the track side, a suitable number of trackside locating devices SO1 ... SO3 are installed in a fixed location in a track network SN and assigned to respective base stations BS1 ... BS2. The assignment of each trackside locating device (e.g. SO1) to the base station (e.g. BS1) can take place cooperatively or non-cooperatively. Mixed variants are also possible. To carry out the procedure, the GPS-disciplined clock of the trackside location device must be synchronized with the GPS time.

Über eine GSM-Antenne (GSMA) empfängt die streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) laufend die GSM-Signale der zugeordneten Basisstationen (BS1 ... BS2) . Aus den GSM-Signalen der einzelnen Basisstationen (BS1 ... BS2) werden in der streckenseitigen Ortungseinrichtung zunächst die festgelegten Basisdatensignale (BDS) selektiert. Für jedes empfangene Basisdatensignal (BSD) wird außerdem der genaue Empfangszeitpunkt registriert.The trackside locating device (SO1 ... SO3) continuously receives the GSM signals from the assigned base stations (BS1 ... BS2) via a GSM antenna (GSMA). From the GSM signals of the individual base stations (BS1 ... BS2), the fixed basic data signals (BDS) are first selected in the trackside locating device. The exact time of reception is also recorded for each basic data signal (BSD) received.

Im nächsten Schritt erfolgt die Bestimmung der Sendezeit des empfangenen Basisdatensignale BSD im Rechner der streckenseitigen Ortungseinrichtung SO1 ... SO3. Dazu wertet der Rechner die Kennung der Basisstation BS1 ... BS2 und den Empfangszeitpunkt der jeweiligen Basisdatensignale BSD aus. Mit Kenntnis des in der streckenseitigen Ortungseinrichtung SO1 ... SO3 hinterlegten Abstandes der jeweiligen Basisstation BS1 ... BS2 von der streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 ... SO3 kann aus dem bekannten Empfangszeitpunkt der Sendezeitpunkt eines Basisdatensignals BSD in der Basisstation BS1 berechnet werden. Anschließend erfolgt die Generierung der Verfahrensdatensignale VDS durch den Rechner der streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 ... SO3, welche mindestens den (in der streckenseitigen Ortungseinrichtung kalkulierten) Sendezeitpunkt und die Kennung der Basisstation BS1 ... BS2 enthalten.In the next step, the transmission time of the received basic data signal BSD is determined in the computer of the trackside locating device SO1... SO3. For this purpose, the computer evaluates the identifier of the base station BS1... BS2 and the time of receipt of the respective base data signals BSD. With knowledge of the distance between the respective base station BS1 ... BS2 stored in the trackside locating device SO1 ... SO3 and the trackside locating device SO1 ... SO3, the transmission time of a basic data signal BSD in the base station BS1 can be calculated from the known receive time. The process data signals VDS are then generated by the computer of the trackside locating device SO1 ... SO3, which contain at least the transmission time (calculated in the trackside locating device) and the identifier of the base station BS1 ... BS2.

Die streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 ... SO3 generiert zyklisch die Verfahrensdatensignale VDS für alle zugeordneten Basisstationen BS1 ... BS2. Die Zyklusperiode richtet sich nach derjenigen der Basisdatensignale BDS. Die Verfahrensdatensignale VDS werden danach an die Schienenfahrzeuge SF1 ... SF2 gesendet bzw. bereitgestellt. Der benötigte Datenkanal zum Schienenfahrzeug kann auf verschiedene Art und Weise eingerichtet werden. Gemäß Figur 1 werden die Verfahrensdatensignale VDS nach dem GSM-Standard gesendet.The trackside locating device SO1 ... SO3 cyclically generates the process data signals VDS for all assigned base stations BS1 ... BS2. The cycle period is based on that of the basic data signals BDS. The process data signals VDS are then sent or made available to the rail vehicles SF1... SF2. The required data channel to the rail vehicle can be set up in various ways. According to Figure 1 the VDS process data signals are sent according to the GSM standard.

Es gibt jedoch auch andere Übertragungsmöglichkeiten (in Figur 1 nicht dargestellt). Steht zum Beispiel ein Broadcast-Datendienst, wie beispielsweise WLAN zur Verfügung, sendet die streckenseitige Ortungseinrichtung die Verfahrensdaten gleichzeitig an alle Fahrzeuge, die sich im Empfangsbereich befinden. Steht ein Punkt-zu-Punkt Datendienst, wie beispielsweise LTE zur Verfügung, sendet die streckenseitige Ortungseinrichtung die Verfahrensdaten individuell an diejenigen Fahrzeuge, die eine Datenverbindung zur streckenseitige Ortungseinrichtung aufgebaut haben.However, there are also other transmission options (in Figure 1 not shown). If, for example, a broadcast data service such as WLAN is available, the trackside locating device sends the process data simultaneously to all vehicles that are in the reception area. If a point-to-point data service, such as LTE, is available, the trackside location device sends the process data individually to those vehicles that have established a data connection to the trackside location device.

Für die streckenseitige Ortungseinrichtung SO2 ist in Figur 1 noch ein weiterer Übertagungsweg gezeigt. Die Verfahrensdatensignale VDS können über ein Kabel KB an die Basisstation BS2, die sich in der Nähe befindet, übertagen werden. Die Basisstation BS2 stahlt die Verfahrensdatensignale VDS dann über ihre GSM-Antenne GSMA an das Schienenfahrzeug SF2 aus. Die GSM-Antenne GSMA der streckenseitigen Ortungseinrichtung SO2 muss somit nur für den Empfang der Basisdatensignale BSM der Basisstation BS2 ausgelegt sein, jedoch keine Verfahrensdatensignale VDS an das Schienenfahrzeug SF2 senden.For the trackside location device SO2, in Figure 1 Another way of transmission is shown. The process data signals VDS can be transmitted via a cable KB to the base station BS2, which is located in the vicinity. The base station BS2 then broadcasts the process data signals VDS to the rail vehicle SF2 via its GSM antenna GSMA. The GSM antenna GSMA of the trackside locating device SO2 therefore only has to be designed for receiving the basic data signals BSM from the base station BS2, but does not have to send any process data signals VDS to the rail vehicle SF2.

Für eine erste Grobortung kann außerdem als eine Alternative auch ein Navigationssystem, gemäß Figur 1 das GPS verwendet werden. Es ist ein Satellit SAT dargestellt, der Satellitensignale STS an GPS-Antennen GPSA von streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 oder fahrzeugseitigen Ortungseinrichtungen FO1 ... FO2 sendet.As an alternative, a navigation system according to FIG Figure 1 the GPS can be used. A satellite SAT is shown, which sends satellite signals STS to GPS antennas GPSA from trackside positioning devices SO1 ... SO3 or vehicle-side positioning devices FO1 ... FO2.

Verfahrensablauf fahrzeugseitigProcedure on the vehicle side

Fahrzeuge, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, benötigen eine fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2. Weiterhin wird zum Beispiel das als vorläufige Ortung beschriebene TA-basierte Verfahren als Alternative zur groben Ortsbestimmung angewendet, welches den Fahrzeugort mit einem Ortungsfehler von bis zu 550 Metern bestimmt. Die Abstandsbestimmung erfolgt dann im Bordrechner in dem Schienenfahrzeug SF1 ... SF2. Mit dem TA-Verfahren nach der vorläufigen Ortung wird dabei zunächst in einer ersten Stufe des Verfahrens eine grobe Bestimmung der Abstände zu den empfangbaren Basisstationen BS1 ... BS2 durchgeführt. Im Feinortungsverfahren wird der Abstand zu empfangbaren Basisstationen BS1 ... BS2 präzise ermittelt und mit Kenntnis dieser Werte werden die Ergebnisse aus der Grobortung korrigiert.Vehicles that carry out the method according to the invention require a location device FO1... FO2 on the vehicle. Furthermore, for example, the TA-based method described as preliminary location is used as an alternative to rough location determination, which determines the vehicle location with a location error of up to 550 meters. The distance is then determined in the on-board computer in the rail vehicle SF1 ... SF2. With the TA method after the preliminary location, a rough determination of the distances from the receivable base stations BS1... BS2 is initially carried out in a first stage of the method. In the fine localization method, the distance to receivable base stations BS1... BS2 is precisely determined and, with knowledge of these values, the results from the rough localization are corrected.

Für das erfindungsgemäße Verfahren muss die GSM-Empfangseinrichtung der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung den Empfangszeitpunkt der Basisdatensignale hochgenau bestimmen können. Dazu wird in der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 ebenfalls eine GPS-disciplined clock (GDO, vgl. Fig 2 und 3) eingesetzt. Die erfolgreiche Synchronisierung der GPS-disciplined clock ist Voraussetzung für die Verfahrensdurchführung im Fahrzeug.For the method according to the invention, the GSM receiving device of the vehicle-mounted locating device must be able to determine the time of receipt of the basic data signals with high precision. For this purpose, a GPS-disciplined clock (GDO, cf. Figures 2 and 3 ) used. Successful synchronization of the GPS disciplined clock is a prerequisite for the procedure to be carried out in the vehicle.

Das Mobilfunkgerät der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 empfängt fortlaufend die Basisdatensignale BDS aller empfangbaren Basisstationen BS1 ... BS2. Die Basisdatensignale BDS werden entweder im Mobilfunkgerät analysiert oder an den Bordrechner der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 zur Auswertung übergeben. Jedem empfangenen Basisdatensignal BDS wird eine exakte Empfangszeit zugeordnet. Weiterhin erfolgt eine eindeutige Zuordnung jedes Basisdatensignals BDS zur sendenden Basisstation BS1 ... BS2.The mobile radio device of the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 continuously receives the basic data signals BDS of all receivable base stations BS1 ... BS2. The basic data signals BDS are either analyzed in the mobile radio device or transferred to the on-board computer of the vehicle-mounted locating device FO1... FO2 for evaluation. An exact reception time is assigned to each basic data signal BDS received. Furthermore, there is an unambiguous assignment of each basic data signal BDS to the transmitting base station BS1... BS2.

Neben den Basisdatensignalen BDS empfängt das Mobilfunkgerät des fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 über einen geeigneten Mobilfunk-Datendienst, wie beispielsweise per BCCH im Falle eines kooperativen Providers, oder beispielsweise GPRS im Falle eines nicht-kooperativen Providers, kontinuierlich die von einer oder mehreren streckenseitige Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 generierten Verfahrensdatensignale VDS.In addition to the basic data signals BDS, the mobile radio device receives the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 via a suitable one Mobile radio data service, for example via BCCH in the case of a cooperative provider, or for example GPRS in the case of a non-cooperative provider, continuously receives the process data signals VDS generated by one or more trackside locating devices SO1... SO3.

Sofern für den Empfang der Verfahrensdatensignale ein separater Datenkanal zu einer streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 ... SO3 erforderlich ist, wird dieser durch die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 aufgebaut. Die für den Aufbau des Datenkanals notwendige Adresse der streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 ermittelt der Bordrechner der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 vorzugsweise aus den im Streckenalmanach zusätzlich hinterlegten Verbindungsdaten der streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 entlang der Strecke des Streckennetzes SN und aus dem bekannten (groben) Ort des Schienenfahrzeugs SF1 ... SF2.If a separate data channel to a trackside locating device SO1 ... SO3 is required for receiving the process data signals, this is set up by the vehicle's locating device FO1 ... FO2. The on-board computer of the vehicle-side locating device FO1 ... FO2 determines the address of the trackside locating devices SO1 ... SO3 necessary for setting up the data channel, preferably from the connection data of the trackside locating devices SO1 ... SO3 along the route of the route network SN and stored in the route almanac from the known (rough) location of the rail vehicle SF1 ... SF2.

Abhängig von den im Streckenalmanach hinterlegten Verbindungsdaten der streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 und dem aktuellen Ort des Schienenfahrzeugs SF1 ... SF2 baut die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 ... FO2 eine oder mehrere parallele Datenverbindungen zu den in der Nähe befindlichen streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 auf. Über diese Datenverbindungen treffen laufend die von den streckenseitigen Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 gesendeten Verfahrensdatensignale VDS ein. Die empfangenen Verfahrensdatensignale VDS werden an den Bordrechner der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtungen FO1 ... FO2 zur Auswertung übergeben.Depending on the connection data of the trackside locating devices SO1 ... SO3 stored in the route almanac and the current location of the rail vehicle SF1 ... SF2, the vehicle-mounted locating device FO1 ... FO2 builds one or more parallel data connections to the trackside locating devices SO1 located in the vicinity. .. SO3 on. The process data signals VDS sent by the trackside locating devices SO1... SO3 arrive continuously via these data connections. The received process data signals VDS are transferred to the on-board computer of the vehicle-side locating devices FO1... FO2 for evaluation.

Die Auswertung der Basisdatensignale BDS und der Verfahrensdatensignale VDS erfolgt in mehreren Schritten:
In einem ersten Schritt werden die aktuell empfangenen Verfahrensdatensignale VDS den aktuell empfangenen Basisdatensignalen BDS zeitlich und basisstationsindividuell zugeordnet.
The evaluation of the basic data signals BDS and the process data signals VDS takes place in several steps:
In a first step, the currently received process data signals VDS are assigned to the currently received basic data signals BDS in terms of time and individually for each base station.

Nach erfolgreicher Zuordnung werden im zweiten Schritt der jeweils registrierte Empfangszeitpunkt der Basisdatensignale BDS und deren mittels Verfahrensdatensignalen VDS übermittelte zugehörige Sendezeitpunkt ausgewertet. Die Differenz aus Empfangs- und Sendezeitpunkt der Basisdatensignale BDS liefert die exakte Signallaufzeit zwischen Basisstation BS1 ... BS2 und Mobilfunkgerät im Schienenfahrzeug SF1 ... SF2 zum Zeitpunkt des Empfangs der Basisdatensignale BDS.After successful assignment, the respectively registered time of reception of the basic data signals BDS and their associated transmission time transmitted by means of process data signals VDS are evaluated in the second step. The difference between the time at which the basic data signals BDS are received and sent provides the exact signal propagation time between the base station BS1 ... BS2 and the mobile radio device in the rail vehicle SF1 ... SF2 at the time the basic data signals BDS are received.

Aus der Signallaufzeit und den bekannten, im Streckenalmanach hinterlegten Koordinaten der Basisstationen BS1 ... BS2 wird im dritten Schritt der exakte Abstand des Schienenfahrzeugs SF1 ... SF2 zur Basisstation BS1 ... BS2 zum Zeitpunkt des Empfangs der Basisdatensignale BDS bestimmt.From the signal propagation time and the known coordinates of the base stations BS1 ... BS2 stored in the route almanac, the exact distance between the rail vehicle SF1 ... SF2 and the base station BS1 ... BS2 at the time of receiving the basic data signals BDS is determined in the third step.

Dieser Algorithmus wird in der fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FS1 ... FS2 für alle empfangbaren Basisstationen BS1 ... BS2 parallel durchgeführt, sofern zu den Basisdatensignalen BDS jeweils passende Verfahrensdatensignale VDS vorliegen. Dies macht eine exakte Ortsbestimmung beispielsweise durch Triangulation möglich. Mit den exakten Abständen zu den empfangbaren Basisstationen wird der gemäß vorläufiger Ortung grob bestimmte Fahrzeugort fortlaufend präzisiert.This algorithm is carried out in parallel in the locating device FS1... FS2 on the vehicle for all base stations BS1. This makes it possible to determine the exact location, for example by means of triangulation. With the exact distances to the receivable base stations, the vehicle location roughly determined according to the preliminary location is continuously specified.

Für das Verfahren werden nachfolgend beschriebene Funktionseinheiten verwendet:
Streckenseitige Ortungseinrichtung gemäß Figur 2
Eine streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 besteht aus einem ortsfesten speziellen Computersystem OC mit mindestens einer Empfangseinrichtung EM für das zelluläre Mobilfunknetz (insbesondere GSM-Funk), einer Empfangseinrichtung EG für GPS und einer hochgenauen Zeitmesseinrichtung GDO (insbesondere GPS-disziplined clock). Die streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 kommuniziert einerseits mit einer oder mehreren Basisstationen (BS1, BS2, vgl. Fig. 1) des Mobilfunknetzes und andererseits direkt oder indirekt mit Schienenfahrzeugen (SF1, SF2, vgl. Fig. 1), die das vorgeschlagene Ortungsverfahren durchführen.
The functional units described below are used for the procedure:
Trackside locating device according to Figure 2
A trackside locating device SO1 consists of a stationary special computer system OC with at least one receiving device EM for the cellular mobile network (in particular GSM radio), a receiving device EG for GPS and a highly accurate time measuring device GDO (in particular GPS-disciplined clock). The trackside locating device SO1 communicates on the one hand with one or more base stations (BS1, BS2, cf. Fig. 1 ) of the cellular network and, on the other hand, directly or indirectly with rail vehicles (SF1, SF2, cf. Fig. 1 ) who perform the proposed location procedure.

Technische Realisierungsbasis ist beispielsweise ein Mikrocomputer C mit SDR (Software-Defined-Radio) Software, welcher mittels GPS Disciplined Oscillator (GDO) synchronisiert wird. Der GDO empfängt GPS-Signale und liefert ausgangsseitig ein Frequenznormal (meist 10 MHz) und einen PPS-Impuls (Pulse-per-Second). Diese Technik ist marktgängig und preiswert.The technical implementation basis is, for example, a microcomputer C with SDR (software-defined radio) software, which is synchronized by means of a GPS disciplined oscillator (GDO). The GDO receives GPS signals and provides a frequency standard (usually 10 MHz) and a PPS pulse (pulse-per-second) on the output side. This technology is marketable and inexpensive.

Für das vorgeschlagene Verfahren gemäß Figur 1 kann eine beliebige Anzahl streckenseitiger Ortungseinrichtungen SO1 ... SO3 vorgesehen werden, beispielsweise entlang einer Bahnstrecke. Die Anzahl der benötigten streckenseitigen Ortungseinrichtungen richtet sich nach der Topologie des Mobilfunknetzes und der Topologie der zu befahrenden Strecke.For the proposed method according to Figure 1 Any number of trackside locating devices SO1 ... SO3 can be provided, for example along a railway line. The number of trackside locating devices required depends on the topology of the cellular network and the topology of the route to be traveled.

Jede streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 ist einer oder mehreren ausgewählten Basisstationen BS1 logisch zugeordnet. Die streckenseitige Ortungseinrichtung SO1 empfängt fortlaufend die Funksignale der logisch zugeordneten Basisstation BS1 und wertet diese verfahrensspezifisch aus. Vorteilhaft ist es, eine andere streckenseitige Ortungseinrichtung SO2 in räumlicher Nähe zu einer oder mehreren Basisstationen BS2 anzuordnen (vgl. Fig. 1), um erstens guten Funkempfang sicherzustellen und zweitens kurze Signallaufzeiten zwischen Basisstation BS2 und streckenseitiger Ortungseinrichtung SO2 zu erreichen.Each trackside locating device SO1 is logically assigned to one or more selected base stations BS1. The trackside locating device SO1 continuously receives the radio signals from the logically assigned base station BS1 and evaluates them in a process-specific manner. It is advantageous to arrange another trackside location device SO2 in close proximity to one or more base stations BS2 (cf. Fig. 1 ), firstly to ensure good radio reception and secondly to achieve short signal propagation times between base station BS2 and trackside locating device SO2.

Weiterhin sendet die streckenseitige Ortungseinrichtung im Ergebnis der Auswertung empfangener Mobilfunk-Signale fortlaufend Daten an Schienenfahrzeuge bzw. stellt diese Informationen Schienenfahrzeugen zur Verfügung. Die Übermittlung der Daten kann auf verschiedene Art erfolgen, beispielsweise über GSM-Mobilfunk.Furthermore, as a result of the evaluation of received mobile radio signals, the trackside locating device continuously sends data to rail vehicles or makes this information available to rail vehicles. The data can be transmitted in various ways, for example via GSM mobile radio.

Fahrzeugseitige Ortungseinrichtung gemäß Figur 3
Die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 besteht aus einem mobilen Computersystem MC mit mindestens einer Empfangseinrichtung EM für Mobilfunk, einer Empfangseinrichtung EG für GPS, einer hochgenauen Zeitmesseinrichtung GDO (zum Beispiel einer GPS Disziplined Oscillator) und dem Mikrocomputer C, die in einem Fahrzeug untergebracht ist. Die hochgenaue Zeitmesseinrichtung kann vorteilhaft in einem Mobilfunkgerät integriert sein oder als selbständige technische Komponente ausgeführt werden.
Locating device on the vehicle according to Figure 3
The vehicle-mounted locating device FO1 consists of a mobile computer system MC with at least one Receiving device EM for mobile radio, a receiving device EG for GPS, a high-precision time measuring device GDO (for example a GPS disciplined oscillator) and the microcomputer C, which is housed in a vehicle. The high-precision time measuring device can advantageously be integrated in a mobile radio device or can be designed as an independent technical component.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die bei der vorläufigen Ortung verwendete fahrzeugseitige Einrichtung FE (zum Beispiel ein Odometer) auch beim Betrieb der fahrzeugseitigen Ortungseinrichtung FO1 zu verwenden. Im Rahmen des Verfahrens kann eine beliebige Anzahl von Schienenfahrzeugen mit je einer fahrzeugseitige Ortungseinrichtung ausgerüstet werden (nicht dargestellt).Furthermore, it is advantageous to use the vehicle-side device FE (for example an odometer) used in the preliminary location also when operating the vehicle-side location device FO1. As part of the method, any number of rail vehicles can each be equipped with a vehicle-side locating device (not shown).

Die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 empfängt fortlaufend Daten von den funktechnisch erreichbaren Basisstationen BS1 und wertet diese bezüglich bestimmter mobilfunkspezifischer Signale, den Basisdatensignalen BDS aus. Weiterhin empfängt die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung FO1 fortlaufend die Verfahrensdatensignale VDS von einer oder mehreren streckenseitigen Ortungseinrichtungen (nicht dargestellt) und wertet diese verfahrensspezifisch aus. Durch die Auswertung wird der nach der vorläufigen Ortung bereits grob ermittelte Fahrzeugort erheblich genauer bestimmt. Hierdurch wird die eingangs angegebene Aufgabe gelöst.The vehicle-mounted locating device FO1 continuously receives data from the radio-technically accessible base stations BS1 and evaluates them with regard to certain mobile radio-specific signals, the basic data signals BDS. Furthermore, the vehicle-side locating device FO1 continuously receives the process data signals VDS from one or more track-side locating devices (not shown) and evaluates them in a process-specific manner. The vehicle location, which has already been roughly determined after the preliminary location, is determined considerably more precisely by the evaluation. This achieves the object specified at the beginning.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

BS1 ... BS2BS1 ... BS2
BasisstationBase station
SO1 ... SO3SO1 ... SO3
streckenseitige Ortungseinrichtungtrackside location device
OCOC
ortsfestes Computersystemfixed computer system
FO1 ... FO2FO1 ... FO2
Fahrzeugseitige OrtungseinrichtungLocating device on the vehicle
GSMAGSMA
GSM-AntenneGSM antenna
GPSAGPSA
GPS-AntenneGPS antenna
MCMC
mobiles Computersystemmobile computer system
GDOGDO
ZeitmesseinrichtungTiming device
EMEM
Empfangseinrichtung für MobilfunkReceiving device for mobile radio
EGEG
Empfangseinrichtung für GPSReceiving device for GPS
CC.
MikrocomputerMicrocomputers
SATSAT
Satellit (GPS)Satellite (GPS)
SF1 ... SF2SF1 ... SF2
SchienenfahrzeugRail vehicle
SNSN
StreckennetzRoute network
FEFE
Fahrzeugseitige EinrichtungOn-board facility
BDSBDS
BasisdatensignalBasic data signal
VDSVDS
VerfahrensdatensignalProcess data signal
STSSTS
SatellitensignalSatellite signal

Claims (14)

Verfahren zum Senden von Ortungssignalen an Schienenfahrzeuge (SF1 ... SF2) in einem Streckennetz (SN), wobei zur Erstellung der Ortungssignale periodisch generierte Basisdatensignale (BDS) eines zellulären Mobilfunknetzes verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3), die ortsfest im Streckennetz (SN) angeordnet ist, • die Basisdatensignale (BDS) mindestens einer der streckenseitigen Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) zugeordneten Basisstation (BS1 ... BS2) des zellulären Mobilfunknetzes empfängt, • zu den Basisdatensignalen (BDS) gehörige Verfahrensdatensignale (VDS) generiert, die den jeweiligen Sendezeitpunkt des betreffenden Basisdatensignals (BDS) in der Basisstation (BS1 ... BS2) und die Identität der betreffenden Basisstation (BS1 ... BS2) umfassen, • die Verfahrensdatensignale (VDS) periodisch ausgibt.
Method for sending location signals to rail vehicles (SF1 ... SF2) in a route network (SN), using periodically generated basic data signals (BDS) of a cellular mobile network to generate the location signals,
characterized,
that a trackside locating device (SO1 ... SO3), which is fixed in the route network (SN), • receives the basic data signals (BDS) of at least one base station (BS1 ... BS2) of the cellular mobile radio network assigned to the trackside locating device (SO1 ... SO3), • Process data signals (VDS) belonging to the base data signals (BDS) are generated, which include the respective transmission time of the relevant base data signal (BDS) in the base station (BS1 ... BS2) and the identity of the base station (BS1 ... BS2) concerned, • periodically outputs the process data signals (VDS).
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dassdie Periodizität der Verfahrensdatensignale (VDS) genau an die Periodizität der der Basisdatensignale (BDS) angepasst ist.
Method according to claim 1,
characterized by
that the periodicity of the process data signals (VDS) is precisely matched to the periodicity of the basic data signals (BDS).
Verfahren zum Orten eines Schienenfahrzeugs (SF1 ... SF2), bei dem • eine im Schienenfahrzeug (SF1 ... SF2) angeordnete fahrzeugseitige Ortungseinrichtung (FO1 ... FO2) den Ort des Schienenfahrzeugs (SF1 ... SF2) bestimmt, • die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung (FO1 ... FO2) bei der Bestimmung des Ortes den Abstand zu mindestens einer Basisstation (BS1 ... BS2) eines zellulären Mobilfunknetzes ermittelt, dadurch gekennzeichnet,
dass die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung (FO1 ... FO2) • von der mindestens einen Basisstation (BS1 ... BS2) periodisch generierte Basisdatensignale (BDS) empfängt, und deren Empfangszeitpunkt ermittelt, • von einer streckenseitigen Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 periodisch generierte Verfahrensdatensignale (VDS) empfängt, • die Identität der Basisstation (BS1 ... BS2) abruft, der die Verfahrensdatensignale (VDS) jeweils zuzuordnen sind, und die Verfahrensdatensignale (VDS) den zugehörigen Betriebsdatensignalen zuordnet, • die mit den Verfahrenssignalen übermittelten Sendezeitpunkte und die ermittelten Empfangszeitpunkte zur Berechnung der Laufzeit der Basisdatensignale (BDS) von der Basisstation (BS1 ... BS2) zum Schienenfahrzeug (SF1 ... SF2) verwendet, • den ermittelten Abstand zu der mindestens einen Basisstation (BS1 ... BS2) unter Berücksichtigung der berechneten Laufzeit neu berechnet.
Method for locating a rail vehicle (SF1 ... SF2) in which • a locating device (FO1 ... FO2) arranged in the rail vehicle (SF1 ... SF2) determines the location of the rail vehicle (SF1 ... SF2), • the vehicle-mounted locating device (FO1 ... FO2) determines the distance to at least one base station (BS1 ... BS2) of a cellular mobile network when determining the location, characterized,
that the on-board locating device (FO1 ... FO2) • receives periodically generated basic data signals (BDS) from the at least one base station (BS1 ... BS2) and determines their time of reception, • receives from a trackside locating device (SO1 ... SO3) according to the method according to claim 1 periodically generated process data signals (VDS), • retrieves the identity of the base station (BS1 ... BS2) to which the process data signals (VDS) are to be assigned and assigns the process data signals (VDS) to the associated operating data signals, • uses the transmission times transmitted with the process signals and the determined reception times to calculate the runtime of the basic data signals (BDS) from the base station (BS1 ... BS2) to the rail vehicle (SF1 ... SF2), • the determined distance to the at least one base station (BS1 ... BS2) is recalculated taking into account the calculated transit time.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verfahrensdatensignale (VDS) durch die streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO2) per Funk direkt an die fahrzeugseitige Ortungseinrichtungen (FO1 ... FO2) gesendet werden.
Method according to claim 3,
characterized,
that the process data signals (VDS) are sent by the trackside location device (SO1 ... SO2) by radio directly to the vehicle location device (FO1 ... FO2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verfahrensdatensignale (VDS) durch die streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) per Funk oder kabelgebunden an die Basisstation (BS1 ... BS2) übergeben werden und die Basisstation (BS1 ... BS2) die Verfahrensdatensignale (VDS) per Funk an die fahrzeugseitige Ortungseinrichtung (FO1 ... FO2) weiterleitet.
Method according to one of Claims 3 or 4,
characterized,
that the process data signals (VDS) are transmitted by the trackside locating device (SO1 ... SO3) to the base station (BS1 ... BS2) by radio or wired and the base station (BS1 ... BS2) the process data signals (VDS) by radio forwards to the locating device (FO1 ... FO2) on the vehicle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine aus dem neu berechneten Abstand ermittelte erste Ortsinformation mit einer zweiten Ortsinformation verglichen wird und im Falle von Abweichungen die zweite Ortsinformation korrigiert wird.
Method according to one of Claims 3 to 5,
characterized,
that first location information determined from the newly calculated distance is compared with second location information and in the event of discrepancies, the second location information is corrected.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass als erste Ortsinformation eine Position des Schienenfahrzeugs (SF1 ... SF2) ermittelt wird, wobei eine Position der Basisstation (BS1 ... BS2) vorgegeben wird.
Method according to claim 6,
characterized,
that a position of the rail vehicle (SF1 ... SF2) is determined as the first location information, a position of the base station (BS1 ... BS2) being specified.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ortsinformation zum Erstellen und/oder korrigieren eines die Strecke beschreibenden Almanachs verwendet wird.
Method according to claim 7,
characterized,
that the first location information is used to create and / or correct an almanac describing the route.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass als erste Ortsinformation eine Position der Basisstation (BS1 ... BS2) ermittelt wird, wobei eine Position des Schienenfahrzeugs (SF1 ... SF2) vorgegeben wird.
Method according to one of Claims 3 to 6,
characterized,
that a position of the base station (BS1 ... BS2) is determined as the first location information, a position of the rail vehicle (SF1 ... SF2) being specified.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zwischen den Sendezeitpunkten und den Empfangszeitpunkten jeweils durch das Schienenfahrzeug (SF1 ... SF2) zurückgelegte Fahrweg berücksichtigt wird.
Method according to one of Claims 3 to 9,
characterized,
that the route covered by the rail vehicle (SF1 ... SF2) between the transmission times and the reception times is taken into account.
Streckenseitige Ortungseinrichtung (SO1 ... SO3) zur Anordnung einer Schienenstrecke,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 5 durchzuführen.
Track-side locating device (SO1 ... SO3) for the arrangement of a rail line,
characterized,
that this is set up to carry out a method according to claim 1 and claim 5.
Fahrzeugseitige Ortungseinrichtung (FO1 ... FO2) zum Einbau in ein Schienenfahrzeug (SF1 ... SF2),
dadurch gekennzeichnet,
dass diese dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß Anspruch 5 durchzuführen.
On-board locating device (FO1 ... FO2) for installation in a rail vehicle (SF1 ... SF2),
characterized,
that this is set up to carry out a method according to claim 5.
Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Computer program product with program instructions for performing the method according to one of Claims 1 to 10. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.13. Provision device for the computer program product according to claim 13, wherein the provision device stores and / or provides the computer program product.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005056363A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-23 Westinghouse Brake And Signal Holdings Limited Railway vehicle detection
WO2019086208A1 (en) 2017-11-06 2019-05-09 Siemens Mobility GmbH Locating of rail vehicles

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