DE102010006949B4

DE102010006949B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit

Info

Publication number: DE102010006949B4
Application number: DE102010006949A
Authority: DE
Inventors: Dr. Braband Jens
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-02-04
Also published as: EP2531391A1; WO2011095429A1; EP2531391B1; CN102741108B; RU2012137230A; US9221478B2; RU2556263C2; US20120303188A1; CN102741108A; DE102010006949A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Zugvollständigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teil der Wagen (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) des Zuges (3) angeordnete Train Integrity Moduls – TIM – (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand einer digitalen Karte Shunting-Bereiche (1.1, 1.2, 1.3) erkennen, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) bei Ausfahrt aus einem ersten Shunting-Bereich (1.1, 1.2, 1.3) in einer Kalibrierungsphase Daten austauschen und anhand vorgegebener Daten-Stabilitätskriterien ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug (3) erkennen und dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) bis zur Einfahrt in einen zweiten Shunting-Bereich (1.3, 1.2, 1.1) zyklisch Sensordaten austauschen, wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand vorgegebener Logikkriterien eine Zugtrennung erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit. Klassischerweise wird die Zugvollständigkeit mittels streckenseitiger Achszähler oder Gleiskreise überwacht. Bei modernen Betriebskonzepten, wie z. B. FFB – Funkfahrbetrieb – oder ETCS – European Train Control System – Level 3, wird eine Verlagerung möglichst vieler Funktionen, beispielsweise Ortung, auf das Schienenfahrzeug angestrebt. Auch die Zugvollständigkeit oder Zugintegrität muss fahrzeugseitig überwacht werden. Das betrifft jedoch vorrangig Züge, deren Wagen häufig neu zusammengestellt werden, d. h. insbesondere Güterzüge. Bei Triebzügen, deren Wagenreihung oder Zuglänge sehr selten geändert wird, ist in der Regel die Wahrscheinlichkeit einer Zugtrennung derart gering, dass es keiner zusätzlichen Überwachung bedarf.
Bei einem bekannten Lösungsansatz wird eine Verbindung zwischen der Lokomotive und dem letzten Wagen zur Feststellung der Zugvollständigkeit genutzt. Diese Verbindung kann beispielsweise elektrisch, pneumatisch, funkbasiert oder optisch hergestellt werden. Häufig wird ein spezielles EOTD – End of Train Device – eingesetzt. Reißt die Verbindung zwischen der Lokomotive und dem EOTD ab, wird eine Zugtrennung detektiert. Nachteilig ist vor allem der erhebliche Aufwand, insbesondere zur Projektierung, da eine explizite Identifikation zwischen der Lokomotive und dem EOTD stattfinden muss. Probleme ergeben sich auch hinsichtlich Interoperabilität, Verlust und Management.
Ein anderer Lösungsansatz basiert darauf, dass alle Wagen mit einem TIM – Train Integrity Modul – ausgerüstet sind. Dabei handelt es sich um drahtlos über kurze Distanzen miteinander kommunizierende Module.
Aus der DE 100 54 230 C1 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit bekannt, bei dem mittels eines Ortungssystems die Position des Zuganfangs und des Zugendes ermittelt wird und mit Hilfe einer digitalen Karte die Zuglänge bestimmt wird. Wächst die Zuglänge über eine nicht mehr plausible Toleranzgrenze der Zuglänge hinaus, wird auf eine Zugtrennung geschlossen. Nachteilig ist auch hier der erhebliche Aufwand verbunden mit Interoperabilitätsproblemen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit anzugeben, welche sich durch geringeren Aufwand und verbesserter Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit auszeichnen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest in einem Teil der Wagen des Zuges angeordnete Train Integrity Moduls – TIM – anhand einer digitalen Karte Shunting-Bereiche erkennen, dass die TIM bei Ausfahrt aus einem ersten Shunting-Bereich in einer Kalibrierungsphase Daten austauschen und anhand vorgegebener Daten-Stabilitätskriterien ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug erkennen und dass die TIM bis zur Einfahrt in einen zweiten Shunting-Bereich zyklisch Sensordaten, insbesondere bezüglich Geschwindigkeit, Position und Fahrtrichtung, austauschen, wobei die TIM anhand vorgegebener Logikkriterien eine Zugtrennung erkennen und ggf. die Sensordaten an eine Betriebsleitzentrale übermitteln.
Dazu ist vorrichtungsgemäß vorgesehen, dass in zumindest einem Teil der Wagen des Zuges Train Integrity Moduls – TIM – angeordnet sind, wobei die TIM eine digitale Karte mit Shunting-Bereichen, Nahbereichs-Kommunikationsmittel zum gegenseitigen Datenaustausch sowie Fernbereichs-Kommunikationsmittel zur Datenübertragung an eine Betriebsleitzentrale aufweisen und mit mindestens einem Sensor zur Erfassung TIM-spezifischer Daten, insbesondere Geschwindigkeit, Position und Fahrtrichtung, verbunden sind.
Zunächst werden die TIM mit einer digitalen Karte ausgestattet, welche die Bereiche, in denen Wagen neu zusammengestellt werden dürfen, d. h. die Shunting-Bereiche, beinhaltet. An diese Karte werden keine besonderen Genauigkeitsanforderungen gestellt; es genügt ein quasi grober Überblick. Nur außerhalb der Shunting-Bereiche findet eine Überwachung der Zugvollständigkeit statt.
Bei der Ausfahrt aus dem Shunting-Bereich erfolgt in einer Kalibrierungsphase zunächst eine gegenseitige Identifikation der entsprechend der Wagenreihung auf dem Zug vorhandenen TIM. Dazu versucht jedes TIM, die in seiner Nähe befindlichen weiteren TIM zu finden, wobei Daten ausgetauscht werden. Derartige Daten können z. B. die sensorisch ermittelte und mit einem Zeitstempel versehene Geschwindigkeit und/oder Position und Fahrtrichtung sein. Diese Charakteristika können mittels GNSS – Global Navigation Satalite System – Sensoren gewonnen werden. Anhand der Stabilität der empfangenen Daten während einer projektierten Zeitdauer identifizieren sich die auf denselben Zug befindlichen TIM gegenseitig. Falls auch spezielle Charakteristika des Zuges ausgetauscht werden, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, können zusätzlich oder alternativ Plausibilitätskriterien für die gegenseitige Identifizierung der TIM verwendet werden. Beispielsweise muss die von den einzelnen TIM übermittelte Geschwindigkeit über den projektierten Zeitraum übereinstimmen. Letztlich resultiert durch formales model checking gegen ein formales Modell des Zuges die Hypothese, dass die identifizierten TIM sich in denselben Zug befinden.
Im Anschluss an die kurze Kalibrierungsphase erfolgt die eigentliche Überwachung auf Zugvollständigkeit, indem zyklisch Sensordaten zwischen den TIM ausgetauscht werden. Vorteilhaft ist neben der Verwendung der Geschwindigkeit als Vergleichskriterium auch die aus Position und Fahrtrichtung ermittelbare Entfernung zwischen den einzelnen TIM. Dabei dienen Schwellwerte dazu, festzustellen, ab welcher Abweichung, z. B. in Bezug auf Entfernung und/oder Geschwindigkeit die Hypothese, dass sich die TIM in denselben Zug befinden, verletzt ist. Erforderlich ist lediglich eine formale Verifizierung des Bestehens oder Nicht-Bestehens der Zugvollständigkeitshypothese.
Bei Verletzung der Hypothese meldet jedes TIM, das die Verletzung festgestellt hat, diese erkannte Zugtrennung an die Betriebsleitzentrale. Anhand der Positionsmeldung der TIM bzw. des Zuges wird in der Betriebsleitzentrale der betroffene Zug erkannt, so dass unverzüglich geeignete betriebliche Maßnahmen eingeleitet werden können.
Besondere Robustheit gegenüber Einzel- oder auch Mehrfachausfälle von TIM kann dadurch erreicht werden, dass Redundanzen und Plausibilitäten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Ausfall eines benachbarten TIM ignoriert werden, wenn ein in der gleichen Richtung weiter entferntes TIM noch erkannt wird.
Bei Einfahrt in den nächsten Shunting-Bereich wird die Überwachung der Zugvollständigkeit aufgrund der Karteninformation aufgehoben und nach Verlassen dieses Shunting-Bereiches mit erneuter Kalibrierung wieder initialisiert.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die TIM in der Kalibrierungsphase ihrer Datenreichweite entsprechende Cluster bilden. Besonders vorteilhaft sind sich überlappende Cluster, wodurch sich einfache oder sogar mehrfache Redundanz ergibt.
Das Verfahren kann noch robuster gestaltet werden, wenn gemäß Anspruch 3 die TIM von ersten TIM empfangene Sensordaten an zweite TIM weiterleiten. Auf diese Weise entsteht quasi ein globales Abbild des Zuges, so dass ermittelt werden kann, welches TIM in Fahrtrichtung das erste TIM und welches das letzte TIM darstellt. Die Prüfbedingungen zur Überwachung der Zugvollständigkeit können dadurch vereinfacht werden, wobei jedoch die Komplexität des Verfahrens und der Kommunikations-Overhead steigen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann gemäß Anspruch 5 besonders vorteilhaft ausgebildet sein, indem die TIM als verfahrensgemäß projektierte, an sich für andere Funktionalitäten vorgesehene Drahtlos-Module ausgebildet sind. Geeignet dazu sind beispielsweise die VICOS CT-Module von Siemens, die primär für die Optimierung der Betriebsführung vorgesehen sind. Diese Module werden quasi zweckentfremdet oder zusätzlich für die Überwachung der Zugvollständigkeit genutzt. Die bereits vorhandene GNSS-Ortung sowie die Mobilfunkverbindung zu der Betriebsleitzentrale und die lokale Nahbereichs-Drahtlosverbindung werden für die TIM-Funktion genutzt, wobei die digitale Karte zusätzlich projektiert und die TIM-Funktion initial konfiguriert wird. Die Überwachung der Zugvollständigkeit erfolgt daraufhin autonom. Software- oder Kartenupdates können über die bestehende Mobilfunkverbindung erfolgen.
Betrieblich wäre es zwar wünschenswert, möglichst am Anfang und am Ende des zu überwachenden Zuges einen TIM-ausgerüsteten Wagen beim Shunting-Prozess anzuordnen, aber auch für den Fall, dass das nicht möglich ist, erfolgt zumindest eine Teilüberwachung in Abhängigkeit von dem TIM-Ausrüstungsgrad des Zuges. Dabei kann bei der Doppelbenutzungsvariante gemäß Anspruch 5 davon ausgegangen werden, dass ein großer Prozentsatz, z. B. 20 bis 30%, einer Wagenflotte bereits mit Drahtlos-Modulen ausgerüstet ist wobei die TIM-Funktionalität zu einer weiteren Steigerung des Ausrüstungsgrades führen würde.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Kartendarstellung mit Shunting-Bereichen und
2 eine Zugkonfiguration mit Modulen zur Überwachung der Zugvollständigkeit.
1 zeigt beispielhaft ein Kartenabbild einer Streckenführung mit Shunting-Bereichen 1.1, 1.2, 1.3, welche in ein – möglichst bereits vorhandenes – Drahtlos-Modul gespeichert werden, um dieses zu einem Train Integrity Modul – TIM – 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 aufzurüsten. Das TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 wird außerdem mit Initialisierungs-Software ausgestattet, wodurch eine autonome Überwachung der Zugvollständigkeit ermöglicht wird. Dazu wird eine Kalibrierungsphase projektiert, in der unmittelbar nach Ausfahrt aus einen Shunting-Bereich 1.1, 1.2, 1.3 ein Datenaustausch zwischen den entsprechend der in dem Shunting-Bereich 1.1, 1.2 oder 1.3 erfolgten Wagenreihung zugintern verteilten TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 stattfindet. Durch diesen ersten Datenaustausch erkennen die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug 3. Vorzugsweise werden mit Zeitstempel versehene Daten bezüglich Geschwindigkeit 4, Position und Fahrtrichtung ausgetauscht. Aus den Positions- und Fahrtrichtungsdaten ermitteln die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 ihre gegenseitige Entfernung 5. Die Daten können beispielsweise mittels GNSS – Global Navigation Satelite System – Empfänger ermittelt werden.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind im Shunting-Bereich 1.1, 1.2 oder 1.3 fünf Wagen 6.1 bis 6.5 zu dem Zug 3 konfiguriert worden. Der erste Wagen 6.1 kann dabei die Lokomotive des Zuges 3 sein. Es ist ersichtlich, dass die Wagen 6.1, 6.3, 6.4 und 6.5 jeweils mit einem TIM 2.1, 2.2, 2.3 bzw. 2.4 ausgestattet sind und dass der Wagen 6.2 kein TIM aufweist. Entsprechend der Reichweite ihrer Nahbereichs-Kommunikationsmittel bilden die TIM 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 in der Kalibrierungsphase Cluster 7.1, 7.2 und 7.3. Die Cluster 7.1, 7.2 und 7.3 können sich dabei überlappen, so dass die Kommunikationskette auch bei Ausfall eines oder mehrerer TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 nicht abreißt.
Nachdem die TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 sich gegenseitig aufgrund gleichbleibender Daten-Stabilität in der Kalibrierungsphase als zu dem Zug 3 zugehörig identifiziert haben, beginnt die eigentliche Überwachung der Zugvollständigkeit. Dabei werden Messdaten bezüglich Geschwindigkeit 4 und aus den Messdaten Position und Fahrtrichtung abgeleitete Entfernungsdaten 5 ausgetauscht und anhand von Plausibilitätskriterien ausgewertet. Auf diese Weise wird erkannt, wenn beispielsweise das TIM 2.4 in dem letzten Wagen 6.5 des Zuges 3 aufgrund einer Abtrennung dieses Wagens 6.5 eine geringere Geschwindigkeit 4 bei zunehmender Entfernung 5 von dem benachbarten TIM 2.3 aufweist. In diesem Fall meldet mindestens das TIM 2.3, das diesen gefährlichen Zustand festgestellt hat, zumindest die eigenen Positionsdaten an eine Betriebsleitzentrale. Für diese Fernbereichs-Kommunikation wird eine Mobilfunkverbindung genutzt, während für die Nahbereichs-Kommunikation zwischen den TIM 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 vorzugsweise eine WLAN-Verbindung genutzt wird.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Zugvollständigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teil der Wagen (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) des Zuges (3) angeordnete Train Integrity Moduls – TIM – (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand einer digitalen Karte Shunting-Bereiche (1.1, 1.2, 1.3) erkennen, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) bei Ausfahrt aus einem ersten Shunting-Bereich (1.1, 1.2, 1.3) in einer Kalibrierungsphase Daten austauschen und anhand vorgegebener Daten-Stabilitätskriterien ihre Zugehörigkeit zu dem ausfahrenden Zug (3) erkennen und dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) bis zur Einfahrt in einen zweiten Shunting-Bereich (1.3, 1.2, 1.1) zyklisch Sensordaten austauschen, wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) anhand vorgegebener Logikkriterien eine Zugtrennung erkennen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) in der Kalibrierungsphase ihrer Datenreichweite entsprechende Cluster (7.1, 7.2, 7.3) bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) von ersten TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) empfangene Sensordaten an zweite TIM (2.4, 2.3, 2.2, 2.1) weiterleiten.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einen Teil der Wagen (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) des Zuges (3) Train Integrity Moduls – TIM – (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) angeordnet sind, wobei die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) eine digitale Karte mit Shunting-Bereichen (1.1, 1.2, 1.3), Nahbereichs-Kommunikationsmittel zum gegenseitigen Datenaustausch sowie Fernbereichs-Kommunikationsmittel zur Datenübertragung an eine Betriebsleitzentrale aufweisen und mit mindestens einem Sensor zur Erfassung TIM-spezifischer Daten verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die TIM (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) als verfahrensgemäß projektierte, an sich für andere Funktionalitäten vorgesehene Drahtlos-Module ausgebildet sind.