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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übermittlung und Überprüfung von an eine Onboard-Unit eines sich innerhalb eines vorgebbaren Bereichs befindlichen Schienenfahrzeugs gesendeten Zuglenkungsdaten.
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Im Rahmen der Modernisierung des Schienenverkehrs in Europa werden zunehmend Systeme eingesetzt, bei denen ein Zugführer eine Zugfahrt nicht mehr oder nur noch teilweise durch eine Zuglenkung mit optischer Signalisierung von Fahrbegriffen durchführt. Vielmehr werden zunehmend Systeme eingesetzt, bei denen die Zuglenkungsdaten an einen Fahrzeugrechner (Onboard-Unit oder kurz auch OBU genannt) übertragen werden und ein Teil der Fahrkriterien auf einem Display der Onboard-Unit dem Zugführer angezeigt und ein gewisser Teil auch von der Onboard-Unit selbst überprüft werden, wie z.B. die Einhaltung einer Bremskurve oder eines Haltepunkts.
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In nach dem Standard «European Train Controll System ETCS» arbeitenden Zugsicherungs- und -beeinflussungssystem werden sogenannte ETCS-Telegramme, d.h. Informationen zur Fahrtberechtigung (Movement Authority MA), zur Reichweite dieser MA (End of Authority EoA), zu vorgegebenen Bremskurven etc., über sogenannten ETCS-Balisen drahtlos auf den Fahrzeugrechner (Steuerungseinheit) des Schienenfahrzeugs (vorstehend auch schon Onboard Unit OBU genannt) übertragen. Dabei wird von der Zugspitze ein 27 MHz Telepowering-Signal ausgesendet, das in die Balise eine Energiemenge induziert, die zum Triggern der Aussendung und zur tatsächlichen Aussendung der ETCS-Telegramme ausreichend ist.
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Um aber beispielsweise auch ein ETCS-Telegramm auf ein vor einem Streckenpunkt, z.B. in ETCS Level 1 einem Signal, stehenden Zug übertragen zu können, ist eine Datenübertragung mit einem Leckkabel auf die OBU vorgesehen, was in dem standardisierten ETCS unter dem Namen «EUROLOOP» aufgeführt ist. Hierzu wird das abzustrahlende ETCS-Telegramm an einer elektronischen Steuerungseinheit (line side electronic unit LEU) für den Streckenpunkt, d.h. auch für die diesem Streckenpunkt zugeordneten Balisen, abgegriffen und von einem Loop-Modem in das entsprechende über das Leckkabel abzustrahlende Signal umgewandelt.
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Leider hat sich im Laufe der Zeit gezeigt, dass die Verwendung des Loop-Modems und des Leckkabels teure Installationen und Wartungsarbeiten nach sich ziehen. Zudem besteht ein Konflikt mit der Funkamateur-Welt, die einen Primärschutz für den 13 MHz-Frequenzbereich, auf dem auch das Leckkabel sendet, geniesst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Übermittlung eines Datentelegramms an eine Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs anzugeben, das erheblich einfacher und weniger kostenintensiv ausgestaltet werden kann und zudem den Konflikt mit den Funkamateuren vermeidet. Zudem muss diese Übertragung auch bei einem stehenden oder sich in Schleichfahrt befindlichen Schienenfahrzeug funktionieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Übermittlung und Überprüfung von an eine Onboard-Unit eines sich innerhalb eines vorgebbaren Bereichs befindlichen Schienenfahrzeugs gesendeten Zuglenkungsdaten gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- a) Bereitstellen der Zuglenkungsdaten durch eine Zugsicherungsinstanz, wie z.B. Stellwerk, Leitsystem,
- b) Übertragen der Zuglenkungsdaten an die Onboard-Unit und einen in dem vorgebbaren Bereich installierten Rückkanalempfänger, wobei alle in dem vorgebbaren Bereich befindlichen Onboard-Units und der Rückkanalempfänger dieselben Zuglenkungsdaten erhalten;
- c) Übertragen der von dem Rückkanalempfänger empfangenen Zuglenkungsdaten an eine Prüf-Instanz;
- d) Vergleichen der übertragenen Zuglenkungsdaten mit den zur Prüf-Instanz übertragenen Zuglenkungsdaten; und
- e) im Falle einer Datenübereinstimmung Durchführen eines Zugbetriebs gemäss der übertragenen Zuglenkungsdaten.
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Auf diese Weise wird eine kommunikationstechnische Lösung gefunden, die vergleichsweise einfach realisierbar ist und die Aussendung von Zuglenkungsdaten beispielsweise über das eingangsbeschriebene Leckkabel oder andere gleisseitig installierte Transponder obsolet macht. Zugleich erfüllt dieses Verfahren die hohen Anforderungen an die üblicherweise im Eisenbahnbereich geltenden Sicherheitsanforderungen, weil sich eine lücken- oder anders fehlerhafte Übertragung der Zuglenkungsdaten bei dem durchgeführten Vergleich offenbaren würde.
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In zweckmässiger Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Übertragung der Zuglenkungsdaten über eine Mobilfunkschnittstelle, wie z.B. LTE, 3G, 4G, 5G, ausgeführt werden.
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Zur Abbildung realer Schienensysteme mit der darin vorkommenden Abfolge von Bahnstationen können mehrere sich aneinander anschliessende Bereiche vorgesehen sein, wobei jedem dieser Bereiche ein eigener bereichsabhängiger Satz von Zuglenkungsdaten zugeordnet ist. Folglich kann ein vorgebbarer Bereich einen Stationsbereich mit einer Anzahl von Stationsgleisen oder auch einen von einem Stellwerk gesteuerten Bereich abdecken.
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Weiter kann es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein Bereichsübergang einer Onboard-Unit an die Zugsicherungsinstanz gemeldet bzw. von dieser erfasst wird. Dies kann beispielsweise durch die Meldung der Zugposition mit Hilfe von gleisseitigen Einrichtungen, wie zum Beispiel eine Blocküberwachung mit Achszählern und/oder Gleisstromkreisen, oder aber auch durch Geo-Fencing oder Transpondertechnik (RFID, BLE Beacon, etc.) erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Zugsicherungsinstanz die innerhalb eines Bereichs befindlichen Onboard-Units verwalten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der anhängenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur in schematischer Darstellung eine Struktur zur Erzielung eines Verfahrens zur Übermittlung von Zuglenkungsdaten an eine Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs, das die Aussendung von diesen Zuglenkungsdaten über Leckkabel ersetzt. Dabei wird bei dieser Struktur davon ausgegangen, dass der Linienleiter/Leckkabel nicht mehr benötigt wird und das die ansonsten bereitgestellten Linienleiter-Zuglenkungsinformationen dem Fahrzeug über einen Funkkanal zur Verfügung gestellt werden. Zudem sollen durch einen Rückkanal pro Stellwerksbereich die Zuglenkungsdaten/Zugsicherungsdaten auf Integrität, Vollständigkeit und Verzögerung geprüft werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens werden die Zuglenkungsdaten einer Stellwerkinstanz (physisches Stellwerk oder auch verteilte dezentrale Stellwerkarchitektur, hier mit eStw/Rstw bezeichnet) generiert und über eine für das bisherige Lenkkabel vorgesehene Steuereinheit ZSL an ein mit der elektronischen Steuereinheit gekoppeltes Datengateway GW übertragen und von dort über eine wie auch immer gestaltete aber hinsichtlich Störhaftigkeit und Verschlüsselung genügende Datenverbindung (z.B. verschlüsselte prioritäre IP-Verbindung und/oder Mobilfunk-Verbindung GSM-R, 4G/5G) an einen ersten Server S1 und vorzugsweise einen dazu redundant ausgestalteten zweiten Server S2 übertragen. Von dem jeweils aktiven Server der beiden Server werden die Zuglenkungsdaten an ein fahrzeugseitig angeordnetes Datengateway übermittelt, wobei die Zuglenkungsdaten an dem fahrzeugseitigen Datengateway über eine Mobilfunkverbindung bereitgestellt wird (d.h., dass nicht die gesamte Übertragungsstrecke als Mobilfunkstrecke ausgestaltet sein muss). Auf dem Schienenfahrzeug selbst werden die Zuglenkungsdaten dann von dem fahrzeugseitigen Datengateway an die Onboard-Unit übertragen. Dort erfolgt das Auswerten der Zuglenkungsdaten und das entsprechende Verarbeiten der Zuglenkungsdaten in der Onboard-Unit, vorzugsweise zur Anzeige von für die Fahrt relevanten Informationen (beispielshaft bereits vorstehend erwähnt) auf einem Display der Onboard-Unit.
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Die Zuglenkungsdaten werden somit über ein CL1-T-Hardwaremodul (hier das Datengateway GW) eingelesen und transparent über einen gesicherten Funkkanal an den ersten Server S1 bzw. den dazu redundanten zweiten Server S2 weitergeleitet. Jedes CL1-T-Gateway verfügt über eine Datenverbindungserkennung (SIM-Karte und/oder VPM-Kanal) und wird an der Steuerungseinheit ZSL betrieben. Vorzugsweise kann durch das CL1-T-Gateway auch der Diagnosestatus der Steuerungseinheit ZSL abgefragt und weitergegeben, was ein klarer zusätzlicher Mehrnutzen gegenüber der Leckkabel-Lösung ist. Bei Tunnelanwendungen kann die CL1-Übertragung auch wie üblich um mehrere 100 Meter bis zu 6 km verlängert werden, dass das CL1-T-Gateway im Empfangsbereich der Funkzelle (z.B. 4G/5G) angeordnet werden kann. Die Option das CL1-T-Gateway auch an einem Powerline-Adapter zu betreiben, ist somit auch möglich.
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Die Server S1 und S2 werden entsprechend der Verfügbarkeitsaspekte gebraucht, denn bei dem Ausfall nur eines einzigen vorhandenen Servers könnten die Zuglenkungsdaten nicht an die Schienenfahrzeuge übertragen werden. Der Server S1/2 leitet die Zuglenkungsdaten an die fahrzeugseitigen Onboard-Units, hier auch die fahrzeugseitigen Gateways, in nahezu Echtzeit weiter. Typische Latenzzeiten von kleiner 500 ms kommen so zur Anwendung. Da die Zuglenkungsdaten eineindeutige Streckenpunkt-Zuordnungen umfassen, können die Sicherheitsziele für die eisenbahntechnische Zulassung des Verfahrens vergleichsweise einfach erreicht werden.
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Wie in der Figur dargestellt, schliessen sich meherer Stationsbereiche A, B, C aneinander an. Jeder Stationsbereich weist dabei eine definierte Zone (A, B bzw. C.) auf. In jeder Zone werden alle Schienenfahrzeuge bzw. deren Onboard-Unit, welche sich innerhalb dieser Zone befinden, mit den gleichen Zugsicherungsdaten versorgt. Der Zonenübergang (nur dort, wo dies vom System vorgegeben ist) kann durch Geo Fencing oder Transpondertechnik erfolgen (RFID, BLE Beacon etc.). Die Zugsicherungsinformationen/Zugelenkungsdaten werden also über die Gateway GW mit Firewall nicht mehr in die alten Linienleiter, sondern über LTE bzw. 5G über das Backendsystem (Server 1/2) weiter zu den Schienenfahrzeugen und zu einem Rückkanal R der Sendequelle durchgeschleust. Die Daten des Rückkanals werden beispielsweise einem Zugsicherungsrechner zum Vergleich mit den ursprünglich ausgesendeten Zuglenkungsdaten vorgelegt. Dadurch kann die gesamte Kette zur Übertragung der Zuglenkungsdaten in Realtime überprüft werden und in einem Fehlerfall entsprechende Massnahmen zur Gewährleistung des sicheren Bahnverkehrs ergriffen werden.
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Mit diesem Verfahren wird somit eine Infill-Lösung mit reduzierten Unterhaltskosten bereitgestellt. Dabei wird nun vor allen Dingen der bestehende Fahrzeugrechner (Onboard-Unit) zum Empfang der Zuglenkungsdaten über eine drahtlose Kommunikation, z.B. Mobilfunk, genutzt.
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Die Verwendung eines Rückkanals in Kombination von Geo-Fencing der Fahrzeuge schafft so die Voraussetzung für einen weiterhin sicheren Zugbetrieb ohne dass weiterhin auf Leckkabel/Linienleiter zurückgegriffen werden müsste. Optional kann sogar ganz auf die allfällig vorhandenen Zugstopp-Magnete verzichtet werden.
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Zudem ist Migration auf das neue Verfahren einfach und von jedem Streckenpunkt aus möglich, weil an jedem bisher mit einem Euroloop-Leckkabel ausgestalteten Streckenpunkt der durch den Wegfall des Euroloop-Modems freiwerdende Platz inkl. der Speiseversorgung für das Leckkabel zur Verfügung steht.