WO2013127659A1 - Verfahren und system zum steuern eines prozesses - Google Patents

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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a process, in particular a web operating process, by means of at least one control command and a system for controlling a web operating device.
  • the following description essentially relates to the control of railway operating processes, without the invention being restricted to this particular application. Much ⁇ more is an application in processes of various kinds, for example in the industrial sector or for traffic control with any means of transport conceivable.
  • Control commands are mainly entered manually into a HMI device via keyboard, mouse click or touch screen.
  • Rail vehicles which are controlled by an operator who is in a cab of the rail vehicle, control elements provided for control, in ⁇ example, in the form of buttons, levers and switches are operated.
  • control elements provided for control, in ⁇ example, in the form of buttons, levers and switches are operated.
  • rail vehicles such as the shunting locomotive of Deutsche Bahn V6, which are remotely controlled by radio from a not located in the cab, but on or near the track near the vehicle operator using a control panel.
  • a disadvantage of these known input methods is in particular the sometimes considerable effort to ensure the correctness of the control commands and the authentication of the operator ⁇ .
  • the invention has for its object to provide a method and a system for controlling a process that allow a highly reliable and at the same time ergonomic input of control commands.
  • the object is achieved by the control command being generated when an image recognition device recognizes a gestural movement of an operator assigned to the control command and the operator is authenticated by a process-side RFID receiver by means of a user-side RFID transmitter.
  • the following components are provided for controlling a railway operating device, in particular safety-relevant, to solve the problem:
  • An evaluation device connected to the image recognition device and the RFID receiver, which generates the control command when the image recognition device detects a control command associated gestural movement of the operator and the RFID receiver detects an authentication of the operator.
  • a significant advantage of the control system according to the invention is that no operating elements, such as levers, switches or keyboards, which must be consuming verka ⁇ belt, are required.
  • a control center, a rail vehicle or another railway operating device can be ergonomically advantageous and easily controlled by means of an arm and / or hand movement. Additionally or alterna- tively also aids can, as are signs with control command ⁇ specific symbols or bar codes corresponding to positio ned ⁇ .
  • the image recognition device is directed to the operator performing the movement and generates each after the type of movement, a specific output signal, which directly intervenes in the process to be controlled. This makes it possible, for example, control commands for controlling a
  • the image recognition device can comprise, for example, a video camera which operates in the optically visible and / or in the infrared and / or ultrasound range.
  • an RFID radio system with an operator-side RFID transmitter and process-side RFID receiver ensures that abusive control is prevented by an unauthenticated operator.
  • the RFID transmitter which is carried by the operator, sends an identifier, which is evaluated by the railway operating device to be controlled and leads to the implementation or refusal of the control command triggered by the gestural movement of the operator.
  • the RFID transmitter of the operator for example in the form of an off ⁇ sage on a collar or in a safety vest ⁇ worked or worn in combination with a mobile device, for example, play PDA.
  • the RFID receiver position data of the RFID transmitter to determine which are transmitted via the off ⁇ values means to the image recognition device for tracking the operator.
  • This position ⁇ data can be determined, for example in the form of distance and spatial angle. This makes it possible to detect the authenti ⁇ ficated operator with the image recognition device and track its changes in location, even if, for example, several operators in or near the cab or in the control room.
  • the evaluation device can derive triggering signals for the tracking of the image recognition device, for example a video camera, for example in the manner of the game console "XBox Kinect” from Microsoft It is particularly advantageous that weaknesses in video technology are due to the RFID technology , in particular with respect to distance determination or tracking in multi-person situations, be compensated.
  • the RFID transmitter according to claim 4 can transmit sensor-determined data of the operator, in particular health data, to the RFID receiver and thus to the evaluation device.
  • a so-called deadman function can be realized by pulse rate, heart rhythm or the like sporadically, regularly or continuously sensory measured and forwarded via the RFID radio system to the process to be controlled.
  • it can be detected, for example by means of an acceleration sensor, optionally in conjunction with the video evaluation, for example, if the operator has walked and is lying on the ground. Then zess drink carried pro- as in the case of technical problems, such as disconnection, an emergency stop or the transfer of the railway operating process in a si ⁇ safe condition.
  • the RFID transmitter has an emergency stop function for transferring the railway operating device in a signal-safe state. This also allows the operator on his own, for example in one
  • the RFID transmitter may, for example, to the signal of a Be ⁇ admirungssensors forward when a strong accelera- n Inc performs a stroke of the operator on the acceleration sensor to an abnormal output signal, whereby an emergency switch-off can be effected.
  • the figure shows the control of the invention of a drive device Path- ⁇ the example of a SchienenINDsteue ⁇ tion.
  • This device comprises an image recognition device 2 and an RFID radio frequency identification receiver 3 whose output signals are fed to an evaluation device 4.
  • the RFID receiver 3 interacts with an RFID transmitter 5, which is carried by an operator 6.
  • the operator 6 is in the embodiment of the slide outside ⁇ nengenes 1.
  • the rail vehicle 1 is controlled by the operator passes on 6 control commands in the form of gestural movement across the image recognition device 2 to the evaluation device. 4
  • the evaluation 4 engages directly in the control process of the rail vehicle 1, for example, by acting on speed control devices or braking devices.
  • the operator 6 has spread his arms, whereby the Image recognition device 2 controls the evaluation device 4 such that the rail vehicle 1 is braked.
  • the operator-side RFID transmitter 5 transmits a specific signal via the rail vehicle-side RFID receiver 3 to the evaluation device 4.
  • the RFID radio connection 3/5 serves for distance and direction recognition between the rail vehicle 1 and operator 6, so that the image recognition device 2 can be aligned with the operator 6 and tracked when the operator 6 changes position. In this case, danger areas and / or areas that can not be illuminated by the image recognition device 2 can also be detected and communicated to the operator 6, for example by means of a warning sound.
  • the RFID radio link can be designed to be bilateral, ie the RFID receiver 3 and the RFID transmitter 5 can also be designed as an RFID transmitter / receiver.
  • the RFID wireless connection can be, for example, Ge ⁇ sundheits stylist, and for realizing a emergency stop function used for transmission of user data to be sensorially determined.
  • the emergency stop function can be triggered, for example, by a blow on an acceleration sensor connected to the RFID transmitter 5 in dangerous situations, as a result of which the evaluation device forces a signal-technically secure state.
  • the gestures and movements of the operator 6 provided as control commands are recorded by the image recognition device 2 and compared with stored images, so that an output signal results, which corresponds to the desired control command and is forwarded to the evaluation device 2.
  • image recognition device 2 and RFID radio system 3/5 a signal-technically safe construction of the timing chain is possible in a simple manner.
  • the disadvantages of the image recognition device, in particular with regard to distance and direction measurement are compensated by the RFID radio system 3/5.
  • the to be controlled railway facility which must be a rail vehicle 1 is not necessarily, but for example also can be a stationary control center, generated by the see through gesti- an operator's movements 6 control commands oh ⁇ ne keyboards and the like control elements is controllable.
  • the rail vehicle 1 according to the embodiment, the operator 6 can act through gestures, for example, also within the rails ⁇ vehicle 1, in which case the drying apparatus Bilderken- is directed inwardly. 2

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbefehls, sowie ein diesbezügliches System. Um hohe Bediensicherheit ohne manuell zu betätigende Bedienelemente, wie Tastaturen und Schalter, zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn eine Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung eines Bedieners (6) erkennt und der Bediener (6) mittels eines bedienerseitigen RFID-Senders (5) von einem prozessseitigen RFID-Empfänger (3) authentifiziert ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und System zum Steuern eines Prozesses Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbefehls sowie ein System zum Steuern einer Bahnbetriebseinrichtung. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Steuerung von Bahnbetriebsprozessen, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt ist. Viel¬ mehr ist eine Anwendung bei Prozessen verschiedenster Art, beispielsweise im industriellen Bereich oder zur Verkehrs- Steuerung mit jeglichen Verkehrsmitteln, denkbar.
Unter den zu steuernden Bahnbetriebseinrichtungen sind dabei unterschiedliche Einrichtungen - von Fahrzeugen bis zu Leitstellen - subsumiert.
Steuerbefehle werden überwiegend mittels Tastatur, Mausklick oder Touchscreen manuell in ein Bediengerät eingegeben.
Schienenfahrzeugen, die durch einen Bediener gesteuert werden, der sich in einen Führerstand des Schienenfahrzeugs be- findet, müssen zur Steuerung vorgesehene Bedienelemente, bei¬ spielsweise in Form von Knöpfen, Hebeln und Schaltern, betätigt werden. Außerdem ist, insbesondere aus dem Bereich des Personennahverkehrs, bekannt, Schienenfahrzeuge automatisiert zu steuern. Darüber hinaus gibt es Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise die Rangierlok der Deutschen Bahn V6, die über Funk von einem nicht im Führerstand befindlichen, sondern auf oder neben der Strecke in Fahrzeugnähe stehenden Bediener mit Hilfe eines Bedienpultes ferngesteuert werden. Nachteilig bei diesen bekannten Eingabemethoden ist insbesondere der teilweise erhebliche Aufwand, um die Korrektheit der Steuerbefehle und die Authentifikation des Bedieners sicher¬ zustellen . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Prozesses anzugeben, die eine hochgradig zuverlässige und gleichzeitig ergonomische Eingabe von Steuerbefehlen ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn eine Bilderkennungseinrichtung eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung ei- nes Bedieners erkennt und der Bediener mittels eines bedie- nerseitigen RFID-Senders von einem prozessseitigen RFID- Empfänger authentifiziert ist.
Zum Steuern einer, insbesondere sicherheitsrelevanten, Bahn- betriebseinrichtung sind zur Lösung der Aufgabe folgende Komponenten vorgesehen:
- eine einen Bediener erfassende Bilderkennungseinrichtung,
- ein bedienerseitiger RFID-Sender und ein bahnbe- triebseinrichtungsseitiger RFID-Empfänger sowie
- eine mit der Bilderkennungseinrichtung und dem RFID- Empfänger verbundene Auswerteeinrichtung, die den Steuerbefehl erzeugt, wenn die Bilderkennungseinrichtung eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung des Bedieners erkennt und der RFID-Empfänger eine Authenti- fikation des Bedieners feststellt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Steuersystems besteht darin, dass keinerlei Bedienelemente, wie beispiels- weise Hebel, Schalter oder Tastaturen, die aufwendig verka¬ belt werden müssen, erforderlich sind. Eine Leitzentrale, ein Schienenfahrzeug oder eine andere Bahnbetriebseinrichtung lassen sich ergonomisch vorteilhaft und einfach mittels einer Arm- und/oder Handbewegung steuern. Zusätzlich oder alterna- tiv können auch Hilfsmittel, wie Schilder mit steuerbefehls¬ spezifischen Symbolen oder Strichcodes, entsprechend positio¬ niert werden. Die Bilderkennungseinrichtung ist auf den Bediener, der die Bewegung ausführt, gerichtet und erzeugt je nach Art der Bewegung ein spezifisches Ausgangssignal, das direkt in den zu steuernden Prozess eingreift. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Steuerbefehle zum Steuern eines
Schienenfahrzeuges zu erzeugen, ohne dass sich ein Fahrzeug- führer im Führerstand befinden muss. Eine Steuerung von außerhalb ist insbesondere bei liegengebliebenen beziehungswei¬ se defekten Schienenfahrzeugen von Vorteil. Ein Zusteigen des Fahrzeugführers, das in der Regel vorherige Sicherheitsma߬ nahmen, zum Beispiel Sichern des Schienenfahrzeuges gegen Wegrollen und Abstellen des Stromes, erfordert, die unter Um¬ ständen sehr aufwendig sind, ist nicht erforderlich. Besonders vorteilhaft ist der mit diesem gestischen Steuerverfahren verbundene Zeitgewinn. Um die Sicherheit der Steuerinformationen zu erhöhen, können Bilder aus unterschiedlichen Quellen gegeneinander plausibi- lisiert werden. Die Bilderkennungseinrichtung kann beispielsweise eine Videokamera umfassen, die im optisch sichtbaren und/oder im Infrarot- und/oder im Ultraschallbereich arbei- tet.
Gleichzeitig sorgt ein RFID-Funksystem mit bedienerseitigem RFID-Sender und prozessseitigen RFID-Empfänger dafür, dass eine missbräuchliche Steuerung von einem nicht authentifi- zierten Bediener verhindert wird. Dazu sendet der RFID- Sender, den der Bediener mitführt, eine Kennung, die von der zu steuernden Bahnbetriebseinrichtung ausgewertet wird und zu der Umsetzung oder Verweigerung des durch die gestische Bewegung des Bedieners ausgelösten Steuerbefehls führt. Der RFID- Sender des Bedieners kann beispielsweise in Form eines Aus¬ weises an einem Halsband oder in einer Sicherheitsweste ein¬ gearbeitet oder in Kombination mit einem Mobilgerät, zum Bei¬ spiel PDA, getragen werden. Auf diese Weise ergibt sich ein einfaches Bedienverfahren für sicherheitsrelevante Bahnbetriebseinrichtungen, das signal¬ technisch sicher realisierbar ist, wobei lediglich die
Schnittstelle zwischen dem prozessseitigen RFID-Empfänger und der zu steuernden Bahnbetriebseinrichtung signaltechnisch sicher aufgebaut sein muss, während alle anderen Komponenten durch redundante Ausführung abgesichert sind. Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der RFID-Empfänger Positionsdaten des RFID-Senders ermittelt, welche über die Aus¬ werteeinrichtung an die Bilderkennungseinrichtung zur Nachverfolgung des Bedieners übertragen werden. Diese Positions¬ daten können beispielsweise in Form von Entfernung und Raum- winkel ermittelt werden. Damit ist es möglich, den authenti¬ fizierten Bediener mit der Bilderkennungseinrichtung zu erfassen und dessen Ortsveränderungen zu verfolgen, auch wenn sich zum Beispiel mehrere Bediener im oder nahe am Führerstand oder im Leitstand aufhalten. Die Auswerteeinrichtung kann dazu beispielsweise nach Art der Spielekonsole „XBox Ki- nect" der Firma Microsoft aus Bewegungen des Bedieners An- steuersignale für die Nachführung der Bilderkennungseinrichtung, beispielsweise einer Videokamera, ableiten. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die RFID-Technik Schwächen der Videotechnik, insbesondere bezüglich Entfernungsbestimmung oder Tracking in Mehrpersonensituationen, kompensiert werden.
Darüber hinaus kann der RFID-Sender gemäß Anspruch 4 sensorisch ermittelte Daten des Bedieners, insbesondere Gesund- heitsdaten, an den RFID-Empfänger und damit an die Auswerteeinrichtung übertragen. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine sogenannte Totmann-Funktion realisiert werden, indem Pulsfrequenz, Herzrhythmus oder ähnliches sporadisch, regelmäßig oder kontinuierlich sensorisch gemessen und über das RFID- Funksystem an den zu steuernden Prozess weitergeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann, zum Beispiel mittels eines Beschleunigungsensors, gegebenenfalls in Verbindung mit der Videoauswertung erkannt werden, ob der Bediener zum Beispiel gestolpert ist und am Boden liegt. Dann erfolgt pro- zessseitig ebenso wie im Falle technischer Störungen, wie zum Beispiel Verbindungsabbruch, eine Notabschaltung beziehungsweise die Überführung des Bahnbetriebsprozesses in einen si¬ cheren Zustand. Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der RFID-Sender eine Notaus-Funktion zur Überführung der Bahnbetriebseinrichtung in einen signaltechnisch sicheren Zustand aufweist. Dadurch kann auch der Bediener von sich aus, zum Beispiel in einer
Notsituation, die Beendigung der Steuerprozesse durch Erzwingung eines genau definierten sicheren Zustandes einleiten. Der RFID-Sender kann dazu beispielsweise das Signal eines Be¬ schleunigungssensors weiterleiten, wenn eine starke Beschleu- nigung durch einen Schlag des Bedieners auf den Beschleunigungssensor zu einem ungewöhnlichen Ausgangssignal führt, wodurch eine Notabschaltung bewirkt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich darge- stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Steuerung einer Bahnbe¬ triebseinrichtung am Beispiel einer Schienenfahrzeugsteue¬ rung .
Dargestellt ist ein Schienenfahrzeug 1, das mit einer techni¬ schen Einrichtung zum Steuern ausgestattet ist. Diese Einrichtung umfasst eine Bilderkennungseinrichtung 2 und einen RFID - Radio Frequency Identification - Empfänger 3, deren Ausgangssignale einer Auswerteeinrichtung 4 zugeführt sind. Der RFID-Empfänger 3 wirkt mit einem RFID-Sender 5 zusammen, der von einem Bediener 6 mitgeführt wird. Der Bediener 6 befindet sich in dem Ausführungsbeispiel außerhalb des Schie¬ nenfahrzeuges 1. Das Schienenfahrzeug 1 wird gesteuert, indem der Bediener 6 Steuerbefehle in Form von gestischer Bewegung über die Bilderkennungseinrichtung 2 an die Auswerteeinrichtung 4 weitergibt. Anstelle von Bedienelementen, wie Tastatu¬ ren, Hebeln oder Schaltern, greift die Auswerteeinrichtung 4 direkt in den Steuerprozess des Schienenfahrzeugs 1 ein, bei- spielsweise durch Einwirkung auf Geschwindigkeitssteuereinrichtungen oder Bremseinrichtungen. In dem Ausführungsbeispiel hat der Bediener 6 seine Arme ausgebreitet, wodurch die Bilderkennungseinrichtung 2 die Auswerteeinrichtung 4 derart ansteuert, dass das Schienenfahrzeug 1 abgebremst wird.
Damit nur berechtigte Personen als Bediener 6 fungieren kön- nen, überträgt der bedienerseitige RFID-Sender 5 ein spezifisches Signal über den schienenfahrzeugseitigen RFID-Empfänger 3 an die Auswerteeinrichtung 4. Außerdem dient die RFID- Funkverbindung 3/5 der Entfernungs- und Richtungserkennung zwischen Schienenfahrzeug 1 und Bediener 6, so dass die Bil- derkennungseinrichtung 2 auf den Bediener 6 ausgerichtet und bei Ortsveränderung des Bedieners 6 nachgeführt werden kann. Dabei können auch Gefahrenbereiche und/oder von der Bilderkennungseinrichtung 2 nicht ausleuchtbare Bereiche erkannt werden und an den Bediener 6, zum Beispiel mittels Warnton, kommuniziert werden. Die RFID-Funkverbindung kann dazu bilateral ausgebildet sein, das heißt der RFID-Empfänger 3 und der RFID-Sender 5 können auch als RFID-Sender/Empfänger ausgebildet sein. Neben der Authentifikationsüberwachung des Bedieners 6 und der Nachführung der Bilderkennungseinrichtung 2 kann die RFID-Funkverbindung auch zur Übermittlung bedienerbezogener Daten, die sensorisch ermittelt werden, beispielsweise Ge¬ sundheitsdaten, sowie zur Realisierung einer Notaus-Funktion verwendet werden. Die Notaus-Funktion kann dabei beispiels¬ weise durch einen Schlag auf einen mit dem RFID-Sender 5 verbundenen Beschleunigungssensor in Gefahrensituationen ausgelöst werden, wodurch die Auswerteeinrichtung einen signaltechnisch sicheren Zustand erzwingt.
Die als Steuerbefehle vorgesehenen Gesten und Bewegungen des Bedieners 6 werden von der Bilderkennungseinrichtung 2 aufgenommen und mit gespeicherten Bildern verglichen, so dass ein Ausgangssignal resultiert, welches dem gewollten Steuerbefehl entspricht und an die Auswerteeinrichtung 2 weitergeleitet wird . Durch das Zusammenwirken von Bilderkennungseinrichtung 2 und RFID-Funksystem 3/5 ist auf einfache Weise ein signaltechnisch sicherer Aufbau der Steuerkette möglich. Außerdem werden die Nachteile der Bilderkennungseinrichtung, insbesondere bezüglich Entfernungs- und Richtungsmessung, durch das RFID- Funksystem 3/5 kompensiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass die zu steuernde Bahnbetriebseinrichtung, die nicht unbedingt ein Schienenfahrzeug 1 sein muss, sondern beispielsweise auch eine ortsfeste Leitstelle sein kann, mittels der durch gesti- sehe Bewegungen eines Bedieners 6 erzeugten Steuerbefehle oh¬ ne Tastaturen und dergleichen Bedienelemente steuerbar ist. Bei dem Schienenfahrzeug 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der Bediener 6 beispielsweise auch innerhalb des Schienen¬ fahrzeuges 1 durch Gesten agieren, wobei dann die Bilderken- nungseinrichtung 2 nach innen gerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbe- fehls,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn
- eine Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung eines Bedieners (6) er- kennt und
- der Bediener (6) mittels eines bedienerseitigen RFID- Senders (5) von einem prozessseitigen RFID-Empfänger (3) authentifiziert ist.
2. System zum Steuern einer, insbesondere sicherheitsrelevanten, Bahnbetriebseinrichtung mittels mindestens eines Steuerbefehls,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- eine einen Bediener (6) erfassende Bilderkennungseinrichtung (2 ) ,
- einen bedienerseitigen RFID-Sender (5) und einen bahnbe- triebseinrichtungsseitigen RFID-Empfänger (3) und
- eine mit der Bilderkennungseinrichtung (2) und dem RFID- Empfänger (3) verbundene Auswerteeinrichtung (4), die den Steuerbefehl erzeugt, wenn die Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung des Bedieners (6) erkennt und der RFID- Empfänger (3) eine Authentifikation des Bedieners (6) feststellt .
3. System nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der RFID-Empfänger (3) Positionsdaten des RFID-Senders (5) ermittelt, welche über die Auswerteeinrichtung (4) an die Bilderkennungseinrichtung (2) zur Nachverfolgung des Bedieners (6) übertragen werden.
4. System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der RFID-Sender (5) sensorisch ermittelte Daten des Bedieners (6), insbesondere Gesundheitsdaten, an den RFID-Empfänger (3) überträgt .
5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der RFID-Sender (5) eine Notaus-Funktion zur Überführung der Bahnbetriebseinrichtung in einen signaltechnisch sicheren Zu- stand aufweist.
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