WO2018091186A1 - Zugorientierte streckensicherungslogik für bahnsicherungsanlagen - Google Patents

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WO2018091186A1
WO2018091186A1 PCT/EP2017/074487 EP2017074487W WO2018091186A1 WO 2018091186 A1 WO2018091186 A1 WO 2018091186A1 EP 2017074487 W EP2017074487 W EP 2017074487W WO 2018091186 A1 WO2018091186 A1 WO 2018091186A1
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train
rail vehicle
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safety
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PCT/EP2017/074487
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Michael Hofer
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Siemens Schweiz Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L19/00—Arrangements for interlocking between points and signals by means of a single interlocking device, e.g. central control
    • B61L19/06—Interlocking devices having electrical operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L21/00—Station blocking between signal boxes in one yard
    • B61L21/04—Electrical locking and release of the route; Electrical repeat locks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61—RAILWAYS
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    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/18—Railway track circuits

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • the track-side safety systems (interlocking, RBC, partly also control technology) must be both a signal-technically safe and a smooth one for rail traffic
  • Road is thereby the ordered amount of all relevant instances of points, track sections, etc. referred to, which the route from a possible start up to a
  • Braking distance is hardly considered as an added value, and for driving in relative braking distance at high speeds, the risks are still judged to be too high.
  • new criteria for optimal operation both train sequence, timetable and energy consumption
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for securing the travel of a rail vehicle over a section of a rail network, with a high safety level according to SIL4 and at the same time a high
  • This object is achieved by a method for securing a ride of a rail vehicle or
  • Cruise criteria are evaluated and a shelter is determined to the front, and
  • the arranged in the section of the track network infrastructure elements are shown in a track plan principle and starting from the position of the rail vehicle and the driving criteria always or the next infrastructure elements including
  • the reservation for the run over by the rail vehicle track elements or for a certain extension of which is lifted if one Track information associated track element either by way of the receipt of the information of the position and integrity of the train and / or be it by way of determined by an axle counting and / or track circuit free state, the
  • a particularly safety-relevant criterion with regard to the most dense sequence of trains is the current braking distance of a rail vehicle. It therefore makes sense if the current braking distance length flows into the determination of the length of the protective space to the front.
  • Driving criteria can be used for securing the ride of a
  • Process variables such as target speed, timetable stability and distance length, are selectable.
  • a unique train system side addressable train instance is formed from the position of the rail vehicle and the identity of the on-board unit.
  • the rail vehicle linked to this train instance can be secured in a train-oriented manner in accordance with the travel criteria selected for the rail vehicle.
  • the Zuginstanz are therefore assigned the secured infrastructure elements, which thus allows an update existing reservations of infrastructure elements for subsequent rail vehicles. It is special for this
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of existing railroad safety systems and future train-based Switzerlandorient striving backup logic
  • FIG. 2 is a schematic representation of an example topology for a part of a rail network with a section of the
  • Figure 3 is a schematic representation of a flow for
  • FIG. 4 is a schematic representation of a monitoring of the travel path and the associated protective spaces of FIG. 3
  • FIG. 6 is a schematic representation of an operating procedure with a focus on follow-on trips and the "inheritance" of reservations already made for guideway elements in favor of a subsequent train journey.
  • track element instances of track elements such as switches, track sections, and intersections, are managed by a backup logic entity.
  • Track elements are on the track plan principle in the
  • Monitoring logic is still needed, e.g. in connection with FAP or block. However, they are also according to the track plan principle
  • Neighborhood relations are used as a basis for the communication of the route safety logic (see also the neighboring ports in Figure 2). In the process, close dependencies between direct neighboring path elements are consistently evaluated and monitored. Remote dependencies, if necessary, are determined by recursion or propagation along the route safety logic (see also the neighboring ports in Figure 2).
  • Neighborhood relations evaluated and monitored In addition to the neighborhood relationships, the infrastructure elements have references to control technology, trains and GFM information (see the other ports in Figure 2).
  • Objects and people is modeled abstracted, so that the new route safety logic according to the existing track-free signaling technology (locally different, depending on the expansion phase, needs) can act more conservative or progressive.
  • the information on the infrastructure elements is abstracted and normalized, ie independent of the specific type of track vacancy realized in the track: a) Simple clearance information: ⁇ free
  • Geometric free message information ⁇ no information
  • Free field information can be simulated. Is one
  • Free field information is safe, this is especially when Free messages also used directly, as they may be available earlier, depending on the frequency of position reports.
  • the new train-oriented route safety logic is realized without a separation into a "signal box" and "RBC” part.
  • the interfaces required for interoperability with the on-board units (OBUs) and thus with the trains, i. the Euroradio protocol and the telegram contents and procedures according to ETCS specifications will continue to be compatible or the information of the trains will be transmitted via this interface
  • the modeled infrastructure elements receive their
  • a reservation of a route element is considered to be valid primarily if there is no other reservation of the considered route element at the time of this or, in other words, no other reservation of the route element
  • Table 2 shows an FMEA regarding the one to be considered
  • Position message depends (see also point C).
  • the rules and the result of the plausibility check in general form are shown in the decision table in Table 3.
  • the position message of the train is only entered into the geometric clearance information if this position message
  • FIG. 4 based on the sequence from FIG. 3, the basic further sequence until the formation of a valid driving license is shown.
  • the route safety logic can thus make the appropriate reservation after passing the train
  • the position messages of the train instances from the route safety logic and the associated MA thus serve as a new basis for the train number advance, which is currently still based on assignments of Fahrwegelementinstanzen and stops signal instances.
  • the track safety logic links the train instance of the train following the Zuginstanz the preceding
  • the route security logic links the train instance of the return train to the train instance of the opposing train authority (as the opposite link).
  • Train B has a valid track to turnout 7 (driveway and additional shelter at the front) and has just stopped.
  • the security system can also do a lot by the infrastructure manager
  • Start-target elements 193 (signal box) 214 (signal box) 256 (signal box) 8
  • the number of train lines is based on the assumption that there is only one single route instance per elementary start-destination combination. This assumption is fulfilled for the Simis® W CH type of control box. For other types of interlocking, the number is higher because a separate route instance may be needed for each required train-route type. Detour rides are not considered in Table 4 because they are not handled by separate lane authorities.
  • Track vacancy information can be built geographically selectively. In zones of dense traffic, a higher quality can be installed than in areas of low density
  • Position message on the vehicles installed equipment to be selectively installed.
  • S-Bru traffic in busy areas e.g. all trains equipped with train integrity monitoring and equipment for more precise position reporting.
  • Residual risk by means of a busy follow-up drive possible.
  • Control technology is an interoperable migration with diverse
  • Vehicles which are at least L2-capable possible. This is the case, for example, in Switzerland on the SBB rail network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sicherung der Fahrt eines Schienenfahrzeugs über einen Abschnitt eines Gleisnetzes anzugeben, mit dem ein hoher Sicherheitslevel nach SIL4 und gleichzeitig eine hohe Flexibilität in der Streckennutzung erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Sicherung einer Fahrt eines Schienenfahrzeugs bzw. Schienenfahrzeugverbundes –nachfolgend allgemein als Schienenfahrzeug bezeichnet -über einen Abschnitt eines Gleisnetzes, bei dem: a) die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs und die für das Schienenfahrzeug von einem Leitsystem vorgegebenen Fahrtkriterien ausgewertet werden und ein Schutzraum nach vorne bestimmt wird, und b) die im Abschnitt des Gleisnetzes angeordneten Fahrwegelemente in einem Spurplanprinzip abgebildet sind und ausgehend von der Position des Schienenfahrzeugs und den Fahrtkriterien jeweils immer das oder die nächsten Fahrwegelemente inkl. der den Schutzraum seitlich gewährenden Fahrwegelemente, die ausserhalb des bereits für die Fahrt reservierten Fahrwegs zuzüglich des Schutzraums nach vorne liegen, in der für die Fahrt erforderlichen Stellung und Ausdehnung eindeutig für die Identität dieses Schienenfahrzeuges reserviert und ggfs. eingestellt werden. Auf diese Weise können die aus den heute bekannten Sicherungsverfahren bekannten Fahrstrasseninstanzen und Start- Ziel-Elementinstanzen mit ihren Sicherungslogik-Funktionalitäten komplett eliminiert werden, weil die Sicherungslogik nun zugorientiert und nicht mehr streckenorientiert arbeitet und Fahrwegelemente für die Zugfahrt nur in Bezug auf das oder die nächsten ausserhalb des ermittelten Schutzraums nach vorne gelegenen Fahrwegelemente für eine bestimmte Ausdehnung die Befahrung reserviert (sperrt), wodurch die Reservierung auch nach Überfahrt bei vorliegender Gleisfreimeldung einer bestimmten Ausdehnung sofort wieder für andere Zugfahrten zur Verfügung gestellt werden kann. Damit müssen weder stellwerkseitig noch leitsystemseitig die Informationen über die gesamte Reservierung einer Fahrstrasse ausgetauscht und aktuell gehalten werden, was im Fahrbetrieb dazu führt, dass die einzelnen Fahrwegelemente weniger lange für eine bestimmte Zugfahrt reserviert (gesperrt) sein müssen und damit wesentlich früher bzw. länger für eine Reservierung durch andere Züge zur Verfügung stehen. Damit werden zum einen ein höherer Durchsatz auf der Strecke und zum anderen eine Verringerung der Komplexität der heutigen Stellwerk-und Leitsystemlogik herbeigeführt, was ganz besonders auch bei Umbauten der Strecke oder Neubauten von Streckenteilen in die bestehende Infrastruktur erheblich zur Einsparung von Engineering-Aufwendungen und notwendigen Aufwendungen für die Zulassung führt.

Description

Zugorientierte Streckensicherungslogik für Bahnsicherungsanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
zugorientierten Sicherungslogik für Bahnsicherungsanlagen.
Die streckenseitigen Sicherungsanlagen (Stellwerk, RBC, zum Teil auch Leittechnik) müssen für den Bahnverkehr sowohl einen signaltechnisch sicheren als auch einen reibungslosen
Betriebsablauf gewährleisten und die Betriebsprozesse optimal unterstützen. Die Ansprüche bzgl. Kapazität (Durchsatz) sind vor und seit der Einführung elektronischer Sicherungsanlagen gestiegen und werden aufgrund der gesellschaftlichen Entwicklung weiterhin ansteigen. Gleichzeitig steht die Forderung nach günstigeren und weniger komplexen Lösungen (Kostendruck seitens Infrastrukturbetreiber) dazu im Raum.
Zur Orientierung, in welchem Teil einer Bahnsicherungsanlage die hier vorgeschlagene Erfindung wirkt, ist ein Überblick über die heutige Struktur von Sicherungsanlagen und einer möglichen vereinfachten Struktur für die Zukunft in Figur 1 dargestellt. Die im Folgenden vorgeschlagenen Erfindungen zielen darauf ab, den SIL 4 Anteil einer Bahnsicherungsanlage unter Beibehaltung des Sicherheitsniveaus gemäss Stand der Technik signifikant zu verringern und die sich daraus ergebenden Chancen aufzuzeigen.
Bei den elektronischen, streckenseitigen Sicherungsanlagen gibt es mehrere Ausprägungen mehrerer Hersteller. Bezogen auf den Kunden SBB (Infrastrukturbetreiber mit einer der höchsten
Zugdichten im Bahnverkehr Europas) sind das die Folgenden:
1. Siemens: Stellwerk Simis® W CH + RBC Trainguard® 200 RBC + Leittechnik Iltis®
2. Thaies: Stellwerk Elektra II + RBC Thaies + Leittechnik Iltis Diese Stellwerke basieren entweder auf dem ursprünglichen
Spurplanprinzip (Simis® W CH) oder auf dem ursprünglichen Verschlussplanprinzip (Elektra II), wobei aufgrund der Möglichkeiten in den elektronischen Systemen und den Tools zu deren Bereitstellung die Umsetzung dieser Prinzipien nicht mehr in reiner Form erfolgt.
Gemeinsam ist beiden Ansätzen, dass jede mögliche Rangier- und Zugfahrt über Fahrstrasseninstanzen abgewickelt wird. Als
Fahrstrasse wird dabei die geordnete Menge aller relevanten Instanzen von Weichen, Gleisabschnitten, etc. bezeichnet, welche den Fahrweg von einem möglichen Start bis zu einem
nächstmöglichen Ziel bilden.
Dies gilt insbesondere für die Leittechnik und den zentralen Teil des Stellwerks (Komponente IIC/OMC bei Simis® W CH) bzw. für das gesamte Stellwerk (Elektra II) . Die RBC beider
Hersteller folgen eher dem Spurplanprinzip, stützen aber in jedem Fall auf zuverlässigen Informationen des jeweiligen
Stellwerks ab, die wiederum auf der Basis der o.g.
Fahrstrasseninstanzen ermittelt werden.
Die Anzahl der Fahrstrasseninstanzen und deren Kombinationen (mehrere aufeinanderfolgende Fahrstrassen) macht einen
erheblichen Teil der Daten der Sicherungsanlage aus. Die
Fahrweg-Daten von Fahrstrasseninstanzen müssen konsistent mit der zugrundeliegenden Aussenanlage sein, da sie die Stetigkeit und Unterbruchsfreiheit von Fahrwegen deklarieren und damit Sicherheitsverantwortung tragen (SIL 4) . Sie müssen daher bei Umbauten und Erweiterungen - zusätzlich zu den einzelnen
Elementen wie Weichen, etc. - in jedem Fall konsistent
nachgepflegt und auf Vollständigkeit und Korrektheit geprüft werden .
Bei den bisherigen Kapazitätssteigerungen (sowohl mit ETCS L0 bzw. L1LS als auch mit ETCS L2) wurde dabei der Ansatz verfolgt noch mehr Fahrstrassenabschnitte durch die Unterteilung mit weiteren Start- und Ziel-Elementen (optische Signale oder ETCS- Haltsignale/ETCS-Standortsignale, kurz EHS/ESS) einzuführen. Dies bedingt eine ungleich höhere Zahl an Signalen und
Fahrstrasseninstanzen und deren Kombinationen und wirkt sich negativ auf die Beherrschbarkeit dieser Daten aus.
Ideen für ETCS L3 gehen hier noch einen Schritt weiter und versuchen in einigen Ansätzen die optimale Länge dieser und noch mehr zusätzlicher Fahrstrasseninstanzen zu ermitteln (Virtual Subsectioning, Virtual Block) . Allerdings wird in diesen
Ansätzen oft als einziges Kriterium die Verbesserung des
Headways zwischen zwei Zügen insbesondere bei höheren
Geschwindigkeiten herangezogen. Moving Block wird in diesem Bereich vor dem Hintergrund des Fahrens im absoluten
Bremswegabstand dabei kaum als Mehrwert betrachtet und für das Fahren im relativen Bremswegabstand bei hohen Geschwindigkeiten werden die Risiken noch immer als zu hoch beurteilt. Was in diesen Ansätzen jedoch zu kurz kommt, ist die Entwicklung und Bereitstellung von neuen Kriterien für einen optimalen Betrieb (sowohl Zugfolge, Fahrplan als auch Energieverbrauch) bei gemässigten Geschwindigkeiten in komplexen, dicht befahrenen Zonen .
Die Komplexität wurde zudem in den bestehenden elektronischen, streckenseitigen Sicherungsanlagen insofern erhöht, dass neue Fahrstrassentypen (Notzugfahrstrasse, Folgezugfahrstrasse,
Gegenzugfahrstras se , etc.) und weitere Funktionalitäten für ETCS L2 auf Anforderung des Infrastrukturbetreibers SBB hin
eingeführt wurden. Zudem führt die Aufteilung von Stellwerk und RBC zu erhöhter Komplexität, da gerade diese neuen
Funktionalitäten Querabhängigkeiten zwischen diesen beiden Teilsystemen verursachen.
Die SBB selbst als Infrastrukturbetreiber strebt aufgrund des o.g. Kostendrucks eine Eigenentwicklung an, welche unter dem Schlagwort „NextGen" bekannt geworden ist und U.A. einige o.g. Probleme der bestehenden Technik von Sicherungsanlagen adressiert. In diesem Zusammenhang wird dort als neuer Ansatz eine „risikobasierte, geometrische Sicherungslogik"
vorgeschlagen. Dieser Ansatz beschäftigt sich sehr intensiv mit der Risikobewertungsfunktion basierend auf dem Konzept von Gefahrenbereichen, welche entweder aus dem für einen Zug benötigten Anteil der Topologie inkl. Schutzräume bestehen oder aus Bereichen, in denen nicht steuerbare Aktivitäten stattfinden oder Störungen vorliegen. Es wird jedoch kein instantiierbares Modell definiert, an dem man erkennen kann, wie diese
Eigenschaften der Gefahrenbereiche und Risikobewertungsfunktion eingeordnet und zur Laufzeit abgearbeitet bzw. gewährleistet werden. Weiter werden die betrieblichen Sonderfälle
(Notbedienungen, Umgehungen) , die in den heutigen
Betriebsprozessen verankert sind, noch nicht ausreichend berücksichtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sicherung der Fahrt eines Schienenfahrzeugs über einen Abschnitt eines Gleisnetzes anzugeben, mit dem ein hoher Sicherheitslevel nach SIL4 und gleichzeitig eine hohe
Flexibilität in der Streckennutzung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Sicherung einer Fahrt eines Schienenfahrzeugs bzw.
Schienenfahrzeugverbundes - nachfolgend allgemein als
Schienenfahrzeug bezeichnet - über einen Abschnitt eines
Gleisnetzes, bei dem:
a) die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs und die für das Schienenfahrzeug von einem Leitsystem vorgegebenen
Fahrtkriterien ausgewertet werden und ein Schutzraum nach vorne bestimmt wird, und
b) die im Abschnitt des Gleisnetzes angeordneten Fahrwegelemente in einem Spurplanprinzip abgebildet sind und ausgehend von der Position des Schienenfahrzeugs und den Fahrtkriterien jeweils immer das oder die nächsten Fahrwegelemente inkl. der den
Schutzraum seitlich gewährenden Fahrwegelemente, die ausserhalb des bereits für die Fahrt reservierten Fahrwegs zuzüglich des Schutzraums nach vorne liegen, in der für die Fahrt
erforderlichen Stellung und Ausdehnung eindeutig für die
Identität dieses Schienenfahrzeuges reserviert und ggfs.
eingestellt werden.
Auf diese Weise können die aus den heute bekannten
Sicherungsverfahren bekannten Fahrstrasseninstanzen und die dafür erforderlichen Start-Ziel-Elementinstanzen komplett eliminiert werden, weil die Sicherungslogik nun zugorientiert und nicht mehr streckenorientiert arbeitet und Fahrwegelemente für die Zugfahrt nur in Bezug auf das oder die nächsten
ausserhalb des ermittelten Schutzraums nach vorne gelegenen Fahrwegelemente für eine bestimmte Ausdehnung für die Befahrung reserviert (sperrt), wodurch die Reservierung auch nach
Überfahrt bei vorliegender Gleisfreimeldung sofort wieder für andere Zugfahrten zur Verfügung gestellt werden kann. Damit müssen weder stellwerkseitig noch leitsystemseitig die
Informationen über die gesamte Reservierung einer Fahrstrasse ausgetauscht und aktuell gehalten werden, was im Fahrbetrieb dazu führt, dass die einzelnen Fahrwegelemente weniger lange für eine bestimmte Zugfahrt reserviert (gesperrt) sein müssen und damit wesentlich früher bzw. länger für eine Reservierung durch andere Züge zur Verfügung stehen. Damit werden zum einen ein höherer Durchsatz auf der Strecke und zum anderen eine
Verringerung der Komplexität der heutigen Stellwerk- und
Leitsystemlogik herbeigeführt, was ganz besonders auch bei Umbauten der Strecke oder Neubauten von Streckenteilen in die bestehende Infrastruktur erheblich zur Einsparung von
Engineering-Aufwendungen und notwendigen Aufwendungen für die Zulassung führt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Reservierung für die von dem Schienenfahrzeug überfahrenen Fahrwegelemente bzw. für eine bestimmte Ausdehnung derer aufgehoben wird, wenn eine dem Fahrwegelement zugeordnete Gleisfreimeldung, sei es im Wege der Erhalts der Information der Position und Integrität seitens des Zuges und/oder sei es im Wege des von einem Achszählsystem und/oder Gleisstromkreis ermittelten Freizustandes, den
Freizustand für den mit dem Fahrwegelement assoziierten
Freimeldeabschnitt bzw. für eine bestimmte Ausdehnung dessen feststellt. Auf diese Weise können die Fahrwegelemente sehr schnell wieder für andere Reservierungen oder für eine
Verlängerung der Reservierung für ein derselben Streckenverlauf nehmendes Schienenfahrzeug zur Verfügung gestellt werden.
Ein bezüglich einer möglichst dichten Zugfolge besonders sicherheitsrelevantes Kriterium ist die aktuelle Bremsweglänge eines Schienenfahrzeugs. Es ist daher sinnvoll, wenn in die Bestimmung der Länge des Schutzraums nach vorne die aktuelle Bremsweglänge einfliesst.
Fahrkriterien können für die Sicherung der Fahrt eines
Schienenfahrzeugs zum Teil sehr unterschiedliche
Sicherheitsregime hervorrufen. Daher ist es hinsichtlich der Flexibilität der zugorientierten Sicherungslogik sehr
vorteilhaft, wenn als Fahrtkriterien eine oder mehrere
Prozessgrössen, wie Sollgeschwindigkeit, Fahrplanstabilität und Abstandslänge, auswählbar sind.
Hinsichtlich der zugorientieren Sicherungslogik ist es besonders vorteilhaft, wenn aus der Position des Schienenfahrzeugs und der Identität der Onboard-Unit eine eindeutige leitsystemseitig adressierbare Zuginstanz gebildet wird. Auf diese Weise kann das mit dieser Zuginstanz verknüpfte Schienenfahrzeug gemäss den für das Schienenfahrzeug ausgewählten Fahrtkriterien zugorientiert gesichert werden. Der Zuginstanz werden daher die gesicherten Fahrwegelemente zugeordnet, was somit auch eine Fortschreibung bestehenden Reservierungen von Fahrwegelementen für nachfolgende Schienenfahrzeuge ermöglicht. Hierzu ist es besonders
zweckmässig, wenn die Zuginstanzen aufeinanderfolgender Schienenfahrzeuge bei Beanspruchung derselben Fahrwegelemente in korrespondierender Lage und Orientierung verlinkt werden und diese Verlinkung bei beginnend nicht mehr korrespondierender Lage oder Orientierung gelöscht wird. Auf diese Weise lassen sich bestehende Reservierungen verlängern ohne dass Stellwerkoder Leitsystem-seitig eine neue Prüfung der Lage der
Fahrwegelemente erforderlich wäre.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der anhängenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen :
Figur 1 in schematischer Darstellung die Struktur von heute bestehenden Bahnsicherungsanlagen und einer zukünftigen mit Zuginstanzen arbeitenden zugorientierten Sicherungslogik; Figur 2 in schematischer Darstellung eine Beispieltopologie für einen Teil eines Bahnnetzes mit einem Ausschnitt des
Spurplans bezüglich eines auf diesem Teil verkehrenden Zuges;
Figur 3 in schematischer Darstellung einen Ablauf zur
Plausibilisierung und Reservierung für den Start des in Figur 2 dargestellten Zuges bezüglich seiner Startfreigabe und seinen Fahrweg sowie der erforderlichen Reservierung von Schutzräumen;
Figur 4 in schematischer Darstellung eine Überwachung des Fahrwegs und der zugehörigen Schutzräume der in Figur 3
gezeigten Zugfahrt sowie das Verfahren zur Bildung der
Fahrerlaubnis (Movement Authority MA) ;
Figur 5 in schematischer Darstellung Auswirkungen bei einem Überwachungsentfall auf den Fahrweg und den Schutzraum sowie eine zugehörige Kürzung der Fahrerlaubnis (EoA = End of
Authority) ; und
Figur 6 in schematischer Darstellung einen Betriebsablauf mit einem Schwerpunkt auf Folgefahrten und die „Vererbung" von bereits erstellten Reservierungen für Fahrwegelemente zugunsten einer nachfolgenden Zugfahrt.
Bei der zugorientierten Streckensicherungslogik wird eine Reihe von grundlegenden Annahmen getroffen:
A - Grundlegendes Spurplanprinzip
Wie bisher bereits üblich, werden Fahrwegelementinstanzen von Fahrwegelementen, wie Weichen, Gleisabschnitte und Kreuzungen, von einer Sicherungslogikinstanz verwaltet. Diese
Fahrwegelemente werden nach dem Spurplanprinzip in der
Reihenfolge angeordnet und verknüpft, wie sie auch in der Aussenanlage liegen. Bei den Gleisabschnitten werden möglichst nur die minimal erforderlichen Abschnitte verwaltet. Kriterien dafür sind:
a) Eindeutigkeit des Fahrwegs zwischen zwei
Weichen/Kreuzungen;
b) maximale Zuglänge für Streckengleise;
c) maximale Länge für Gleisfreimeldetechnik, sofern
erforderlich; und
d) Aufstellungsort von EHS/ESS in der Aussenanlage.
Damit wird auch die Anzahl der EHS/ESS auf das betrieblich notwendige Mass beschränkt. Start-Ziel-Element-Ins tanzen
(Signale) mit Sicherungslogik-Funktionalität für in der
Aussenanlage aufgestellte EHS/ESS werden in dem neuen Ansatz nicht mehr benötigt. An den Schnittstellen zu Altstellwerken mit ETCS L0 bzw. L1LS werden eventuell Start-Ziel-Element-Ins tanzen (ebenfalls ohne Sicherungslogik-Funktionalität, nur mit Stell- und
Überwachungs logik) noch benötigt, z.B. im Zusammenhang mit FAP oder Block. Sie sind jedoch auch gemäss Spurplanprinzip
integrierbar .
Bahnübergänge bzw. deren Auswirkungen auf jedes Gleis, das im Einflussbereich des jeweiligen Bahnübergangs liegt, sind ebenfalls in einer adäquaten Repräsentation gemäss
Spurplanprinzip integrierbar.
Die durch das Spurplanprinzip entstehenden
Nachbarschaftsbeziehungen werden als Basis für die Kommunikation der Streckensicherungslogik genutzt (siehe auch die Nachbarports in Figur 2) . Dabei werden konsequent nahe Abhängigkeiten zwischen direkten Nachbarfahrwegelementen ausgewertet und überwacht. Ferne Abhängigkeiten, sofern erforderlich, werden durch Rekursion bzw. Fortpflanzung entlang der
Nachbarschaftsbeziehungen ausgewertet und überwacht. Zusätzlich zu den Nachbarschaftsbeziehungen haben die Fahrwegelemente Bezüge zur Leittechnik, zu Zügen und zu GFM-Informationen (siehe die weiteren Ports in Figur 2) .
B - Zug-/Rangierinstanzen statt Fahrstrasseninstanzen
Statt Fahrstrasseninstanzen werden in der neuen
Streckensicherungslogik nun Zug- bzw. Rangierinstanzen
verwaltet. Die Grundlage dieser Instanzen sind die Identität des Fahrzeuggeräts (Onboard Unit ID-Nummer oder auch kurz OBU-ID) und die jeweils zugeordneten Zugnummern. Zuginstanzen können zusätzlich untereinander verlinkt werden, um Folgefahrten bzw. Gegenfahrten, sofern zulässig, zu koordinieren und zu
überwachen. Um die Stetigkeit und Unterbruchsfreiheit von gültigen Fahrwegen dennoch gewährleisten zu können, wird als vollwertiger Ersatz ein Plausibilisierungsprinzip hergeleitet (siehe nachfolgender Punkt F) . C - Abstraktion der Art der Gleisfreimeldung/Positionsmeldung
Die Art der Gleisfreimeldung (herkömmlich mit Achszählern und Gleisstromkreisen oder mit ideal zuverlässigen, sicheren
Positionsmeldungen aller möglichen sich in Gleisnähe
befindlichen Objekte und Menschen) wird abstrahiert modelliert, so dass die neue Streckensicherungslogik entsprechend der vorliegenden Gleisfreimeldetechnik (lokal unterschiedlich, je nach Ausbauphase, Bedarf) konservativer oder progressiver handeln kann. Den Fahrwegelementinstanzen liegt die Information abstrahiert und normiert, also unabhängig von der konkreten Art der im Gleis realisierten Gleisfreimeldung, vor: a) Einfache Freimeldeinformation: {frei | belegt | gestört} b) Gerichtete Freimeldeinformation: {keine Information |
Richtungl | Richtung 2 | beide}
c) Geometrische Freimeldeinformation: {keine Information | Belegte Länge ab Strang x | Belegte Länge bis Strang x} , je nach Fahrwegelement gibt es üblicherweise 2 bis 4 Stränge
Mit den herkömmlichen Mitteln kann z.B. nur die grundlegende Freimeldeinformation frei/belegt/gestört bereitgestellt werden, für die gerichtete und geometrische Freimeldeinformation gilt hier keine Information. Mit jeder vorliegenden höherwertigen Freimeldeinformation können die niederwertigen
Freimeldeinformationen nachgebildet werden. Liegt eine
höherwertige Freimeldeinformation nicht vor, so gilt für diese {keine Information}.
Je detaillierter Positionsmeldungen zuverlässig zur Verfügung stehen, desto feiner granulär (optimaler bzgl. der Kapazität) kann die neue zugorientierte Streckensicherungslogik die
Überwachung bearbeiten. Solange eine einfache
Freimeldeinformation sicher vorliegt, wird diese v.a. beim Freimelden auch direkt genutzt, da sie je nach Häufigkeit der Positionsmeldungen eventuell früher vorliegen kann.
D - Nur eine Streckensicherungslogik
Die neue zugorientierte Streckensicherungslogik wird ohne eine Auftrennung in einen „Stellwerk"- und „RBC"-Teil realisiert. Die für die Interoperabilität erforderlichen Schnittstellen zu den On-Board-Units (OBUs) und damit zu den Zügen, d.h. das Protokoll Euroradio und die Telegramminhalte und Verfahren gemäss ETCS- Spezifikationen, werden kompatibel weiter geführt bzw. die Informationen der Züge über diese Schnittstelle werden
konsequent genutzt.
Die für die Aussenanlagen erforderlichen Schnittstellen zu Weichen, Bahnübergängen, Gleisfreimeldetechniken (entweder Ader- Schnittstellen bei Altsteilwerken ab Kabelabschlussgestell oder RaSTA mit standardisierten Schnittstellen-Protokollen bei elektronischen Stellwerken) werden kompatibel weiter geführt oder abwärts kompatibel ergänzt.
E - Reduktion des SIL 4 Anteils
Die Schnittstelle von und zur Leittechnik wird grundlegend verändert, da Fahrstrasseninstanzen nicht mehr existieren.
Aufgaben, welche nur steuernden Charakter haben, werden an die Leittechnik ausgelagert, da sie alleine noch nicht
sicherheitsrelevant sind.
In der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik werden nur diejenigen Anteile angeordnet, die zwingend SIL 4 sein müssen. Der Anteil SIL 4 wird alleine aus diesem Aspekt heraus bereits stark reduziert.
Die Anteile in der Leittechnik, welche in einem engen
Zusammenhang mit sicherheitsrelevanten Funktionen in der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik stehen, werden weiterhin in etwa SIL 2 bezüglich der Verfahrenssicherheit erfüllen müssen. Auch dieser Anteil kann aber kompakt gestaltet und reduziert werden. Eine Entflechtung von SIL2 und SILO Anteilen kann hierbei erzielt werden. Insgesamt ist dies schematisch in Figur 1 veranschaulicht.
F - Stark vereinfachte Streckensicherungslogik
Die modellierten Fahrwegelemente erhalten ihre
Reservierungsaufträge mit den erforderlichen Parametern
Zugnummer, OBU ID, Orientierung (Richtung 1, 2), Lage (links, rechts) bei Weichen, Kreuzungen, reservierte Länge (ab/bis Position), Sollgeschwindigkeit, ggf. weitere Parameter, direkt von der Leittechnik.
In Figur 3 wird basierend darauf der grundsätzliche Ablauf für Reservierungsaufträge und für die Plausibilisierung des Starts bzw. eines weiteren Fahrwegelements während einer bereits bestehenden Fahrt dargestellt. Weitere Fahrwegverlängerungen gehen aus der Rekursion der anschliessend hergeleiteten
Prinzipien für die Plausibilisierung und die Schutzräume hervor
Voraussetzung für das in Figur 3 dargestellte Szenario sind die folgenden Punkte:
a) Anmeldung des betreffenden Zuges via interoperable ETCS- Schnittstelle von der OBU in der zugorientierten
Streckensicherungslogik und Zuordnung
entsprechenden Zuginstanz
b) Meldungen der Zuginstanz in der zugorientierten
Streckensicherungslogik an die Leittechnik über die
Anmeldung inkl. Movement Authority-Request, kurz MA-Request c) Ermittlung des Sollfahrweges und ggf. der
Sollgeschwindigkeit aus dem fortwährend optimierten
Fahrplan (Produktionsplanung) und weiteren allgemeinen und der momentanen Situation entsprechenden dispositiven
Kriterien und sowie aus der Kenntnis der Topologie der Station/Strecke heraus. Eine Reservierung eines Fahrwegelements wird primär dann als gültig angesehen, wenn zum Zeitpunkt dieser keinerlei andere Reservierung des betrachteten Fahrwegelements besteht oder mit anderen Worten keinerlei andere Reservierung von der
zugorientierten Streckensicherungslogik verwaltet wird.
Ausnahmeregeln zu dieser Grundregel können für Spezialfälle definiert werden. Für die Plausibilisierung des Fahrwegs werden die Zugnummer
(kann bei identischen OBU ID wechseln), OBU ID, Orientierung, Lage und Länge (ab/bis Position) benötigt. Die Regeln und das Ergebnis der Plausibilisierung in allgemeiner Form sind aus der Entscheidungstabelle in Tabelle 1 ersichtlich.
Figure imgf000015_0001
Tabelle 1: Entscheidungstabelle Plausibilisierung Fahrweg; R steht für Regel
Legende zu Tabelle 1:
- FWE : Fahrwegelement
- NFWE : Nachbarfahrwegelement
- <UUID_FWE>, <UUID_NFWE>: universell eindeutige
Identifikationsnummer
- <Ri_FWE>, <Ri_NFWE>: Richtung {Ril = typischerweise nach rechts, Ri2 = typischerweise nach links}
- <La_FWE>, <La_NFWE>: Lage {nicht relevant, links, rechts}
Hinweis zu Bedingung B4 : <Ri_FWE> und <Ri_NFWE> müssen im
Allgemeinen identisch sein. Es ist jedoch aufgrund von einer Gleisschleife oder einem Gleisdreieck (z.B. Zürich Hardbrücke) an bestimmten Stellen in einem Schienennetz mit einem
Richtungssprung zu rechnen. Daher müssen die beiden Richtungen passend zueinander sein, aber nicht in jedem Fall identisch. Richtungssprünge müssen im Spurplan hinterlegt werden. Ähnliches gilt für Sprünge in der Kilometrierung. Erst wenn alle
Bedingungen Bl bis B6 und damit die Regel R7 erfüllt sind, kann es zum Ergebnis A3 kommen, welches die Gültigkeit des Fahrwegs vom aktuellen Fahrwegelement bis zum Nachbarfahrwegelement bej aht .
In Tabelle 2 wird eine FMEA bzgl. der zu betrachtenden
Einzelfehlern in den Reservierungsaufträgen durchgeführt. Die Kombinationen mehrerer Einzelfehler führen ebenfalls zur
Offenbarung von Unstimmigkeiten.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
Tabelle 2: FMEA für Plausibilisierung Fahrweg bzgl. Einzelfehler
Mit dem in Tabelle 1 hergeleiteten Prinzip und den Erkenntnissen aus Tabelle 2 ist grundsätzlich eine „sichere" Plausibilisierung gültiger Fahrwege möglich (SIL 4 Aufgabe) . Dies erhält umso mehr Bedeutung, da die Steueraufgabe, wann und wo ein Zug/eine Rangierbewegung durchfahren soll, aus der
Streckensicherungslogik ausgelagert wird (SIL 0 Aufgabe) .
„Sicher" formulierte Fahrstrasseninstanzen gemäss dem Stand der Technik sind damit nicht mehr erforderlich.
Für den Start wird zusätzlich noch eine weitere
Plausibilisierung ausgewertet, welche jedoch von der Qualität der Gleisfreimeldeinformation und einer gültigen
Positionsmeldung abhängt (siehe auch Punkt C) . Die Regeln und das Ergebnis der Plausibilisierung in allgemeiner Form sind aus der Entscheidungstabelle in Tabelle 3 ersichtlich.
Figure imgf000018_0001
Tabelle 3: Entscheidungstabelle Plausibilisierung Start;
für Regel Die gerichtete Freimeldeinformation ist für die
Plausibilisierung Start nicht relevant, da hier alle Werte möglich sind, insbesondere auch wenn der Richtungs-Wert der Richtung <Ri_FWE> nicht entspricht (Wendefahrt) .
Die Positionsmeldung des Zuges geht nur dann in die geometrische Freimeldeinformation ein, wenn diese Positionsmeldung
hinreichenden Kriterien genügt. Für den optimalen Schutzraum wird primär der Parameter
Sollgeschwindigkeit benötigt. Kann der Schutzraum seitlich nicht den zugrundeliegenden Regeln (Risikofunktion, ggf. Formeln, etc.) entsprechend erzielt werden, wird die Geschwindigkeit reduziert. Kann der Schutzraum vorne nicht den Regeln
(Risikofunktion, ggf. Formeln, etc.) entsprechend erzielt werden, wird die Geschwindigkeit reduziert oder die fehlende Länge von der reservierten Fahrweglänge abgezogen.
Diese Regeln können nach dem Ansatz einer herkömmlichen
Sicherungslogik wie auch durch den Ansatz einer möglichen
„risikobasierten, geometrischen" Sicherungslogik formuliert werden. Gemeinsam soll diesen Ansätzen sein, dass sie wesentlich einfacher und möglichst ohne Sonderfälle gegenüber den heutigen Sicherungslogiken (technisch bedingte Abhängigkeiten, gewachsene und nicht bereinigte Vorschriften und Regelwerke, etc.)
formuliert werden.
In Figur 4 wird basierend auf dem Ablauf aus Figur 3 der grundsätzliche weitere Ablauf bis zur Bildung einer gültigen Fahrerlaubnis dargestellt.
In Figur 5 wird basierend auf dem Ablauf aus Figur 4 die
Auswirkung jeweils eines Überwachungsentfalls im Fahrweg und in einem Schutzraum aufgezeigt. Weitere Eigenschaften und entsprechendes Verhalten in der zugorientieren Streckensicherungslogik
a) Der Zug fährt gemäss der erteilten MA (und ggf. weiterer Optimierungen ATO, etc.), deren Status und Ausdehnung auch der Leittechnik gemeldet wird, und aktualisiert regelmässig und ggf. balisenbezogen seine
Position/Geschwindigkeit/Zugintegrität der zugehörigen Zuginstanz in der Streckens icherungs logik und auch der Leittechnik .
b) Die Zuginstanz liefert damit auch einen wesentlichen
Beitrag zur abstrahierten Gleisfreimeldeinformation, c) Die Streckensicherungslogik kann damit nach Passieren des Zugschlusses die entsprechende Reservierung der
Fahrwegelemente entweder als Ganzes wieder freigeben oder kontinuierlich für nachfolgende Zuginstanzen freigeben (je nach Qualität der Gleisfreimeldung und Zugintegrität der vorausfahrenden Zuginstanz) . Diese Zustandswechsel werden unverzüglich auch der Leittechnik übermittelt, sodass diese laufend neue Entscheidungen treffen kann.
d) Insbesondere dienen die Positionsmeldungen der Zuginstanzen aus der Streckensicherungslogik und die zugehörige MA somit als neue Grundlage für die Zugnummernfortschaltung, welche aktuell noch auf Belegungen von Fahrwegelementinstanzen und Haltstellungen von Signalinstanzen beruht.
e) Steuert die Leittechnik für einen Folgezug Fahrwegelemente an, welche durch den vorausfahrenden Zug belegt sind oder für diesen in derselben Richtung und Lage überwacht werden, so verlinkt die Streckensicherungslogik die Zuginstanz des Folgezuges mit der Zuginstanz der vorausfahrenden
Zuginstanz. Eine kontinuierliche Überwachung des Abstandes wird je nach Qualität der Gleisfreimeldeinformation,
Positions- und Geschwindigkeitsmeldung und der
Zugintegrität realisiert,
f) Steuert die Leittechnik für einen bereits verlinkten
Folgezug Fahrwegelemente in einer anderen Lage an, so wird dieser Folgelink aufgelöst. Eine Überwachung für den Folgezug ist möglich, sobald das stellbare Fahrwegelement die neue Lage einnimmt,
g) Steuert die Leittechnik (aus dispositiven Gründen, z.B.
Vereinigen) für einen Zug Fahrwegelemente an, welche durch einen entgegenkommenden Zug belegt sind oder für diesen in der entgegengesetzten Richtung, aber derselben Lage überwacht werden, so verlinkt die Streckensicherungslogik die Zuginstanz des Gegenzuges mit der Zuginstanz der gegengerichteten Zuginstanz (als Gegenlink) . Eine
kontinuierliche Überwachung des Abstandes wird je nach Qualität der Gleisfreimeldeinformation, Positions- und Geschwindigkeitsmeldung realisiert .
G - Mischbetrieb ETCS L2 / L3
Durch den in den Punkten A, B, C, D, E und F formulierten Ansatz ist ein Mischbetrieb ETCS L2 und L3 realisierbar. Solange ein vorausfahrender Zug seine Zugintegrität sicher übermittelt und die Art der Gleisfreimeldung ausreichende Qualität aufweist, kann der Folgezug im ETCS L3 und ggfs. im relativen
Bremswegabstand folgen.
H - Betriebliche Ausnahmesituationen, Notbedienungen, etc.
Auch in einem in Zukunft weiter automatisierten, digitalisierten und optimierten Betrieb sind betriebliche Ausnahmesituationen und Notbedienungen nicht restlos aus zuschliessen . Folgende Merkmale sind dafür vorgesehen.
a) Langsamfahrstellen (TSRs) und Sperren, diese sollten jedoch möglichst ähnlich (Abstraktion als kategorisierte Belegung von differenzierter Qualität) gehandhabt werden, um unterschiedliche Spezialfunktionen zu vermeiden.
b) Notbedienungen auf einzelne Fahrwegelemente (Umgehung einer Weiche bzw. deren Flankenschutzes, eines Gleisabschnittes, etc.) . Diese gelten nach heutigen Risikoakzeptanzkriterien jeweils nur für eine Zug-/Rangierfahrt . Durch derartige Notbedienungen können Besetzte Einfahrten oder Not zugfahrten gehandhabt werden, wobei auch hier eine
Abstraktion im o.g. Sinne anzustreben ist.
c) Vereinigen/Trennen/Wenden ist ohne weitere Bedienungen
mittels punktgenauer Bestimmung von Movement Authorities im Mode FS (ETCS Füll Supervision) möglich.
I - Beispiel für das neuartige Zusammenwirken von
Fahrwegelement- und Zuginstanzen in einem Betriebsablauf
In der folgenden Figur 6 ist ein Ausschnitt eines
Betriebsablaufes mit Schwerpunkt Folgefahrten ersichtlich. Es wird aufgezeigt, wie die unter A bis F aufgezeigten Merkmale in der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik wirken. Zug A hat einen gültigen Fahrweg Richtung Gleis 400 und
Schutzräume und fährt weiter.
Zug B hat einen gültigen Fahrweg bis Weiche 7 (Fahrweg und zusätzlicher Schutzraum vorne) und hat gerade angehalten.
Zug C folgte ursprünglich Zug B (mit Folgelink) , bis die
Leittechnik die Weiche 3 in der anderen Lage (links) ansteuern wollte. In diesem Moment wurde der Folgelink Zug C auf Zug B gelöscht. Nachdem Zug B die Weiche 3 freigegeben hatte, konnte diese in den Fahrweg für Zug C aufgenommen und der Fahrweg inkl. der notwendigen Schutzräume weiter verlängert werden. Bei der Verlängerung auf Gleis 3 wird dieses nun für dieselbe Richtung angesteuert. Dadurch wird der Folgelink Zug C auf Zug A gesetzt. Die kontinuierliche Abstandskontrolle kommt zum Tragen, da Zug A volle Zugintegrität meldet. Zug C kann Zug A im relativen
Bremswegabstand folgen. Die Leittechnik wird für Zug C auch in Folge Weiche 9 und Weiche 10 ansteuern und aufgrund derselben Lage und Richtung wird der Folgelink zu Zug A erhalten bleiben. Wenn Zug A das Gleis 3 endgültig frei gibt, wird der Link der Zuginstanz A zum Gleis 3 unterbruchsfrei von der Zuginstanz C übernommen . Zug D hat nur einen gültigen Fahrweg inkl. zusätzlichen Schutzraums vorne bis und mit Weiche 4. Trotz angeforderter Weiche 5 (auch wenn die Linkslage schon vorhanden wäre) wird die Überwachung dort verweigert, da Zug D ansonsten in den für Zug C überwachten seitlichen Schutzraum in der Flanke eindringen würde. Auch Weiche 6 ist angefordert, kann aber zusätzlich aufgrund der aktuellen Lage, welche nicht der angeforderten Lage entspricht, noch gar nicht für Zug D überwacht werden. Der zusätzliche Schutzraum hinten wird durch das Min Safe Front End, die Zuglänge, die Zugintegrität und allenfalls einen
Sicherheitszuschlag (damit ergibt sich ein Min Safe Rear End) definiert, dargestellt für Zug A, C und D. Bei fehlender bzw. entfallener Zugintegrität wird der zusätzliche Schutzraum hinten bis zur nächsten Gleisfreimeldegrenze als Rückfallebene
ausgedehnt, dargestellt für Zug B.
Vorteile Umsetzbarkeit , Migration
Durch den Wegfall von Signalinstanzen und Fahrstrasseninstanzen im Stellwerk und in der Leittechnik werden unnötige
Datenhaltungen, welche konsistent sein müssen, vermieden und müssen daher auch nicht geprüft werden und bei
Umbauten/Erweiterungen nicht nachgepflegt und gewartet werden. Der Vergleich der Mengengerüste an einem Beispiel einer
Sicherungsanlage (Sion - Sierre, mit Levelgrenzen zu L0 bzw. LI/LS an beiden Stellwerkgrenzen) in Tabelle 4 zeigt dies eindrücklich auf.
Neben diesen Vorteilen in der Sicherungsanlage selbst kann die Sicherungsanlage zudem vom Infrastrukturbetreiber viel
effizienter und einfacher geplant werden (z.B. Planungsaufwände bei Sicherungsanlagen der SBB bis zum Prozessschritt SIOP-A) . Die damit einhergehende Komplexität entfällt also. Erfahrungsgemäss gibt es nämlich oft viele Abklärungen und Korrekturrunden, bis Signalpläne stabil sind.
Beide Effekte führen unmittelbar zu direkten Kosteneinsparungen im Engineering der Sicherungsanlagen und damit auch zu
Einsparungen von Folgekosten, die sich durch Verzögerungen, welche durch diese Arbeiten verursacht werden, ergeben.
Die in Tabelle 4 in der letzten Spalte aufgeführten EHS und ESS in der Aussenanlage erfüllen nur noch die Funktion, dass der
Lokführer einen definierten Haltepunkt bzw. Standpunkt erkennt (v.a. im Modus SR bzw. im Störungsfall) . In der zugorientierten Streckensicherungslogik spielt dieser keine essentielle Rolle bezüglich der Sicherungslogik-Funktionalität mehr bzw. es wird lediglich die Position verwaltet.
Figure imgf000024_0001
in der Aussenanlage
Start-Ziel-Elemente 193 (Stellwerk) 214 (Stellwerk) 256 (Stellwerk) 8
(Signal, Block) in der 214 (RBC) 256 (RBC)
Sicherungsanlage
Rangierfahrstrassen 1339 1339 1339 0
(inkl. Kombinationen,
ohne Umwege)
Zugfahrstrassen (inkl. 1397 2047 ca. 3500 0
Kombinationen, ohne
Umwege)
Tabelle 4: Vergleich Mengengerüst am Beispiel der
Sicherungsanlage Sion - Sierre; SA steht für Sicherungsanlage Hinweis :
Bei der Anzahl der Zugfahrstrassen liegt die Annahme zugrunde, dass es pro elementare Start-Ziel-Kombination nur eine einzige Fahrstrasseninstanz gibt. Diese Annahme ist beim Stellwerktyp Simis® W CH erfüllt. Bei anderen Stellwerktypen ist die Anzahl höher, da ggf. für jeden erforderlichen Zugfahrstrassentyp eine separate Fahrstrasseninstanz benötigt wird. Umwegfahrten sind in Tabelle 4 nicht berücksichtigt, da diese nicht über separate Fahrstrasseninstanzen gehandhabt werden.
In der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik wird die Komplexität durch den Wegfall der Fahrstrasseninstanzen, der damit verbundenen fernen Abhängigkeiten und durch die
Auslagerung des steuernden Anteils und Minimierung des Anteils SIL 4 stark verringert. Dies hat unmittelbar positive
Auswirkungen auf die Entwicklung einer derartigen
Streckensicherungslogik inkl. aller dazu notwendigen
Arbeitsbereiche .
Dadurch, dass Funktionalitäten von Stellwerk und RBC nur mehr in einer einzigen Streckensicherungslogik betrieben werden, entfällt die doppelte Haltung von Daten bzgl. der Gleistopologie (Fahrwegelemente, Signale) und der Abgleich von Elementinstanzen für den Datenaustausch über die Schnittstelle. Gleichfalls wird dadurch die Komplexität von Funktionen, welche eine enge
Zusammenarbeit beider Systeme bedingt haben, stark reduziert.
Vorteile Effektivität, Leistung, Kapazität
Die Streckenausrüstung bzgl. der Qualität der
Gleisfreimeldeinformation kann geografisch selektiv gebaut werden. In Zonen von verdichtetem Verkehr kann eine höhere Qualität verbaut werden, als in Zonen mit geringem
Verkehrsaufkommen. Genauso kann die für eine präzisere
Positionsmeldung auf den Fahrzeugen verbaute Ausrüstung selektiv verbaut werden. Bei S-Bahn-Verkehr in dicht befahrenen Zonen werden z.B. alle Züge mit Überwachung der Zugintegrität und Ausrüstung für präzisere Positionsmeldung ausgerüstet.
Durch die abstrahierte Gleisfreimeldeinformation mit hoher Qualität und durch den Wegfall der fixen Fahrstrassenabschnitte aufgrund der Signale kann ein Betrieb im ETCS L3 bis hin zum Fahren im relativen Bremswegabstand realisiert werden. Dadurch kann der Durchsatz an neuralgischen Punkten entscheidend erhöht werden. Fahren unter Füll Supervision (FS) in ein noch besetztes Gleis durch einen bereits ausfahrenden Zug wird damit
ermöglicht. Im Vergleich dazu kann mit einem Betrieb im L2 in der heutigen Ausprägung eine derartige Fahrt ausschliesslich unter On-Sight (OS) durchgeführt werden, was unweigerlich zu unerwünschten Verzögerungen führt. Selbst mit optischer
Signalisierung war das bereits effizient, jedoch mit mehr
Restrisiko, mittels einer Besetzten Folgefahrt möglich.
Darüber hinaus wird die Effektivität für jeden Betriebsfall erreicht. Im Gegensatz zu einem Streckenlayout mit „geplant optimierten" Fahrstrassenabschnitten, bei dem unweigerlich in der Realität Abweichungen gegenüber dem Plan entstehen
(unerwartetes Beschleunigungs- oder Bremsverhalten, betrieblich wechselnde Verhältnisse) , welche nicht mehr oder nur schlecht ausgeglichen werden können, kann in jeder Situation dynamisch reagiert werden und das dafür mögliche Optimum herausgeholt werden . Es kann nämlich bereits bei jeder Positionsmeldung reagiert werden und nicht erst dann, wenn eine Positionsmeldung derart gemeldet wird, dass damit ein örtlich festgelegter
Fahrstrassenabschnitt (real oder virtuell) als wieder frei bewertet wird. Die zeitliche Diskretisierung der
Positionsmeldung und eine damit nicht korrespondierende örtliche Diskretisierung führen nämlich bisher zu zusätzlichen
Verzögerungen im gesamten Steuerungsablauf. Durch die
Eliminierung der örtlichen Diskretisierung in
Fahrstrassenabschnitte entfallen derartige Verzögerungen ersatzlos.
Vorteile Umsetzbarkeit , Migration
Die Einführung der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik wird von der Einführung von neuen ( streckenseitigen)
Lokalisierungstechniken und von der Aufrüstung der Fahrzeuge für die L3-Fähigkeit (Zugintegrität, fahr zeugseitige
Lokalisierungstechniken) entkoppelt. Durch die Beschränkung des Lösungsansatzes auf die Streckensicherungslogik und die
Leittechnik ist eine interoperable Migration mit diversen
Fahrzeugen, welche zumindest L2-fähig sind, möglich. Dies ist zum Beispiel in der Schweiz auf dem Schienennetz der SBB gegeben .
Eine spätere Aufrüstung präziserer Lokalisierungstechniken sowie Fahrzeugausrüstungen bedingt keine Anpassungen an der neuen zugorientierten Streckensicherungslogik. Sie wirkt dann ggfs. einfach effektiver.
Durch die Abstraktion der Gleisfreimeldeinformationen ist der Zeitpunkt der Umsetzung einer Lösung der zugorientierten
Streckensicherungslogik unabhängig von der Entwicklung von intelligenteren Gleisfreimeldetechniken bzw. präziserer Positionsmeldungen. Wenn diese dann zur Verfügung stehen, können sie durch die optimalere Ausnutzung zu weiteren
Kapazitätssteigerungen genutzt werden.
Abgrenzung zu Alternativen
Alternativ könnten die Züge selbst noch autarker mit
Steuerungsgeräten auf der Strecke kommunizieren, damit der streckenseitige Anteil der Sicherungsanlage weiter verringert wird. Die Leittechnik müsste dazu aber streckenseitige
Informationen auf die Züge übermitteln. Dies bedingt aber neue Schnittstellen zu den OBUs, wodurch die Interoperabilität, insbesondere mit ETCS, gefährdet ist. Ausserdem ist es dann problematisch eine Plausibilisierung des Fahrwegs sicher durchzuführen, womit ein erfolgreicher Sicherheitsnachweis fraglich ist.
Im Nahverkehr wäre das eine gangbare Alternative, in dem z.B. die Streckenkenntnis statisch auf den Fahrzeugen hinterlegt ist, da es sich jeweils um eine bekannte Topologie und eine
begrenzte, einheitliche und beherrschbare Anzahl von Fahrzeugen in einem geschlossenen System handelt. Im Fernverkehr treffen jedoch diese Randbedingungen nicht zu.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Sicherung einer Fahrt eines Schienenfahrzeugs bzw. Schienenfahrzeugverbundes - nachfolgend als
Schienenfahrzeug bezeichnet - über einen Abschnitt eines
Gleisnetzes, bei dem:
a) die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs und die für das Schienenfahrzeug von einem Leitsystem vorgegebenen
Fahrtkriterien ausgewertet werden und ein Schutzraum nach vorne bestimmt wird, und
b) die im Abschnitt des Gleisnetzes angeordneten Fahrwegelemente in einem Spurplanprinzip abgebildet sind und ausgehend von der Position des Schienenfahrzeugs und den Fahrtkriterien jeweils immer das oder die nächsten Fahrwegelemente inkl. der den
Schutzraum seitlich gewährenden Fahrwegelemente, die ausserhalb des bereits für die Fahrt reservierten Fahrwegs zuzüglich des Schutzraums nach vorne liegen, in der für die Fahrt
erforderlichen Stellung und Ausdehnung eindeutig für die
Identität dieses Schienenfahrzeuges reserviert und ggfs.
eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reservierung für die von dem Schienenfahrzeug überfahrenen Fahrwegelemente bzw. für eine bestimmte Ausdehnung derer aufgehoben wird, wenn eine dem Fahrwegelement zugeordnete
Gleisfreimeldung, sei es im Wege der Erhalts der Information der Position und Integrität seitens des Zuges und/oder sei es im Wege des von einem Achszählsystem und/oder Gleisstromkreis ermittelten Freizustandes, den Freizustand für den mit dem Fahrwegelement assoziierten Freimeldeabschnitt bzw. für eine bestimmte Ausdehnung dessen feststellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
in die Bestimmung der Länge des Schutzraums nach vorne die aktuelle Bremsweglänge einfliesst.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
als Fahrtkriterien eine oder mehrere Prozessgrössen, wie Sollgeschwindigkeit, Fahrplanstabilität und Abstandslänge, auswählbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus der Position des Schienenfahrzeugs und der Identität der Onboard-Unit eine eindeutige leitsystemseitig adressierbare Zuginstanz gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zuginstanzen aufeinanderfolgender Schienenfahrzeuge bei Beanspruchung derselben Fahrwegelemente in korrespondierender Lage und Orientierung verlinkt werden und diese Verlinkung bei beginnend nicht mehr korrespondierender Lage oder Orientierung gelöscht wird.
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