EP2250065B1 - Verfahren zur signaltechnischen sicherung schienengebundener fahrzeuge und diesbezügliches sicherungssystem - Google Patents

Verfahren zur signaltechnischen sicherung schienengebundener fahrzeuge und diesbezügliches sicherungssystem Download PDF

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EP2250065B1
EP2250065B1 EP09717001A EP09717001A EP2250065B1 EP 2250065 B1 EP2250065 B1 EP 2250065B1 EP 09717001 A EP09717001 A EP 09717001A EP 09717001 A EP09717001 A EP 09717001A EP 2250065 B1 EP2250065 B1 EP 2250065B1
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Bernhard Evers
Stefan Gerken
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L23/22—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in two directions over the same pair of rails
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]

Definitions

  • the invention relates to a method for signaling backup rail-bound vehicles, which are connected via a radio data transmission system with at least one central monitoring device and a related security system.
  • a security system is for example from the DE 100 42 574 A1 known.
  • train protection systems are based on a train location by means of trackside location devices, such as balises or axle counting. These train protection systems are highly centralized, so that the smallest changes, for example on the track layout, require considerable adaptation effort.
  • Another disadvantage is that a high financial outlay is created by the setup, cabling and maintenance of external elements. Satellite-based methods currently do not provide sufficient precision to be used for localization in the conventional backup method.
  • Driving license or continuation permission is transmitted by a dispatcher in a central office on the basis of a control timetable and the current route allocation by radio to the driver. Faulty driving licenses or their misinterpretation by the driver can lead to dangerous, collision-relevant situations. Therefore, it is often necessary to reserve large sections for little used areas for individual vehicles exclusively, so that only a very low line throughput is feasible.
  • the invention has for its object to provide a method for signaling backup rail-bound vehicles and a related security system, which allow simple means, especially without track elements for locating a technical support for detecting and avoiding a collision hazard.
  • the object is achieved in that the vehicles transmit their current position data via the data radio system to the monitoring device, that around the vehicles each one of a vehicle speed and a measured value of the used position data acquisition method dependent security area and a comprehensive warning range are determined and that the monitoring device Based on the vehicle-specific position data, safety areas and warning areas driving determining data determined such that collision-relevant overlaps of security areas are avoided and collision-relevant overlaps of warning areas is counteracted, the ride-determining data are transmitted at least in the event of collision-relevant overlaps on the data radio system to the affected vehicles.
  • a transceiver in the vehicle side, a transceiver is provided, the transmitting component is connected to a device for position data acquisition, in which a device for determining a security area in response to a vehicle speed and a measurement spread of the device for position data acquisition and a warning area surrounding the security area is provided around the vehicle and in which the monitoring device has a device for determining journey-determining data on the basis of the vehicle-specific position data, safety areas and warning areas such that collision-relevant overlaps be avoided by security areas and collision-relevant overlaps of warning areas is counteracted, wherein the drive-determining data, at least in the event of collision-relevant overlaps over the radio data transmission system to the affected vehicles can be transmitted.
  • the vehicle In the security area, the vehicle is completely, d. H. including entrained waggons, embedded, wherein the extension must correspond at least in the direction of travel at least the speed-dependent braking distance.
  • the size of the security area is also different from the measurement spread, i. H. from the measurement inaccuracy, in the position data acquisition dependent. It is desirable that this safety area never overlap collision-relevant with the safety area of another vehicle.
  • a warning area is placed around the safety area, in the overlap with the warning area of another vehicle already a backlash occurs, if it is actually a collision-relevant overlap.
  • the received position data are evaluated for collision relevance by correlation with route data.
  • Non-safety overlaps are particularly possible when two vehicles meet on parallel lines or overtake without meeting can. Even at scheduled scheduled at the identified position expected vehicles that wait for single-track on a neighboring station siding or a siding on driving license, can be recognized as uncritical. Based on the starting position of each vehicle based on the points position and the instantaneous position data of the vehicles, the monitoring device can assess the danger of overlaps without further information.
  • non-collision-relevant overlaps are detected by a token method.
  • the token method known per se, it is ensured that only one vehicle always moves on the monitored route section under the full responsibility of the driver and all other vehicles are in overlapping warning zones or, if applicable, in overlapping security zones.
  • the sequence must be manually controllable, wherein a token can possibly also be returned to the central monitoring device.
  • the method of token-based restricts the movement of the vehicles, the driver of the moving vehicle is responsible for ensuring that no collision with a stationary vehicle occurs. The safety level achievable in this way corresponds to the previous safety on secondary lines.
  • an emergency braking is provided according to claim 5.
  • the vehicle-internally determined position data are determined according to the preferred embodiment of claim 6 satellite-based.
  • the position data determination can be continued based on the last position and the speed for a configurable time.
  • odometrically determined position data can also be used.
  • the relatively large range of location data, particularly satellite location data is used to determine the safe area and warning area and therefore no longer presents a problem. Since the vehicles are moving objects, the safety and warning areas are individually dependent on the speed for each vehicle determine. If the speed is not transmitted together with the location data to the central monitoring device, the maximum permissible vehicle speed applicable in the respective route section can also be used for the determination of the safety area and the warning area.
  • the single figure shows for two vehicles a security area 1.1 or 1.2 and a warning area 2.1 or 2.2 in interaction with a central monitoring device 3.
  • the vehicles not shown, are completely embedded in the respective security area 1.1 or 1.2, while the warning area 2.1 or 2.2 completely covers the security area 1.1 or 1.2.
  • the vehicles are equipped with receivers for satellite positioning whose measured value spread, which may also include neighboring tracks, significantly determines the extent of the safety area 1.1 or 1.2 and thus also of the warning area 2.1 or 2.2.
  • the vehicles are available via data radio connections 4.1 and 4.2 via wireless communication, z. B. GSM-R, with the monitoring device 3 in communication and transmit the satellite-based measured position data and preferably also the current speed to the monitoring device 3.
  • the monitoring device 3 uses the location data, security areas 1.1 and 1.2 and warning areas 2.1 and 2.2 fixed whether there is an overlap of warning areas 2.1 and 2.2 and, if so, whether this overlap is collision-relevant. The latter is only the case when the vehicles drive on the same soft ground specific driveway.
  • the switch position is known in the monitoring device 3, so that the monitoring device 3 is able to recognize whether there is actually a risk of collision or whether the vehicles pass each other only on neighboring tracks, in which case security areas 1.1 and 1.2 can also be involved in the overlap. Only in the case of a real risk of collision, the monitoring device 3 transmits warning messages to the vehicles involved, which are then decelerated in the responsibility of the driver or automatically forcibly braked via a corresponding vehicle device.
  • the method described allows the use of inaccurate in-vehicle positioning methods, in particular satellite positioning, whereby a very high level of security can be achieved even without the use of the conventional, expensive route safety technology.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge, welche über ein Datenfunksystem mit mindestens einer zentralen Überwachungseinrichtung verbunden sind sowie ein diesbezügliches Sicherungssystem. Ein derartiges Sicherungssystem ist z.B. aus der DE 100 42 574 A1 bekannt. Bekannte Zugsicherungssysteme beruhen auf einer Zugortung mittels gleisseitiger Ortungseinrichtungen, beispielsweise Balisen oder Achszähleinrichtungen. Diese Zugsicherungssysteme sind stark zentralisiert, so dass kleinste Änderungen, beispielsweise am Gleisbild, erheblichen Anpassungsaufwand erfordern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein hoher finanzieller Aufwand durch das Einrichten, Verkabeln und die Wartung externer Elemente entsteht. Satellitenbasierte Verfahren bieten derzeit keine hinreichende Präzision, um im herkömmlichen Sicherungsverfahren zur Ortung eingesetzt zu werden.
  • Insbesondere auf eingleisigen und Nebenstrecken wird aus Kostengründen üblicherweise auf hochkomplexe Streckensicherungstechnik verzichtet. Fahrterlaubnis oder Weiterfahrterlaubnis wird von einem Fahrdienstleiter in einer Zentrale anhand eines Regelfahrplanes und der aktuellen Streckenbelegung per Funk an den Triebfahrzeugführer übertragen. Fehlerhafte Fahrterlaubnisse oder deren Fehlinterpretation durch den Triebfahrzeugführer können zu gefährlichen, kollisionsrelevanten Situationen führen. Deshalb ist es häufig notwendig, große Abschnitte bei wenig benutzten Streckenbereichen für einzelne Fahrzeuge exklusiv zu reservieren, wodurch nur ein sehr geringer Streckendurchsatz realisierbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge und ein diesbezügliches Sicherungssystem bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln, insbesondere ohne Streckenelemente zur Ortung, eine technische Unterstützung zur Erkennung und Vermeidung einer Kollisionsgefahr ermöglichen.
  • Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fahrzeuge ihre momentanen Positionsdaten über das Datenfunksystem an die Überwachungseinrichtung übermitteln, dass um die Fahrzeuge herum jeweils ein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung des verwendeten Positionsdatenerfassungsverfahrens abhängiger Sicherheitsbereich und ein diesen umfassender Warnbereich bestimmt werden und dass die Überwachungseinrichtung anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche und Warnbereiche fahrtbestimmende Daten derart ermittelt, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem an die betroffenen Fahrzeuge übermittelt werden. Gemäß Anspruch 7 dient dazu ein Sicherungssystem, bei dem fahrzeugseitig ein Sende-/Empfangsgerät vorgesehen ist, dessen Sendekomponente mit einer Einrichtung zur Positionsdatenerfassung verbunden ist, bei dem eine Einrichtung zur Bestimmung eines Sicherheitsbereiches in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung der Einrichtung zur Positionsdatenerfassung und eines den Sicherheitsbereich umfassenden Warnbereiches um das Fahrzeug herum vorgesehen ist und bei dem die Überwachungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung fahrtbestimmender Daten anhand der fahzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche und Warnbereiche derart aufweist, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem an die betroffenen Fahrzeuge übermittelbar sind.
  • Auf diese Weise ist eine Erhöhung des Sicherheitsniveaus auch ohne Einsatz der herkömmlichen, kostenintensiven Sicherungstechnik erreichbar. Zusätzliche dezentrale streckenseitige Einrichtungen sind nicht erforderlich, so dass die Investitionskosten gering sind und trotzdem ein höheres Sicherheitsniveau erreicht werden kann.
  • In den Sicherheitsbereich wird das Fahrzeug vollständig, d. h. inklusive mitgeführter Waggons, eingebettet, wobei die Ausdehnung mindestens in Fahrtrichtung mindestens dem geschwindigkeitsabhängigen Bremsweg entsprechen muss. Die Größe des Sicherheitsbereichs ist außerdem von der Messwertstreuung, d. h. von der Messungenauigkeit, bei der Positionsdatenerfassung abhängig. Anzustreben ist, dass dieser Sicherheitsbereich sich niemals kollisionsrelevant mit dem Sicherheitsbereich eines anderen Fahrzeuges überlappen kann. Dazu wird um den Sicherheitsbereich herum ein Warnbereich gelegt, bei dessen Überlappung mit dem Warnbereich eines anderen Fahrzeuges bereits eine Gegenreaktion erfolgt, falls es sich tatsächlich um eine kollisionsrelevante Überlappung handelt.
  • Um kollisionsrelevante Überlappung von nicht kollisionsrelevanter Überlappung unterscheiden zu können, ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass die empfangenen Positionsdaten durch Korrelation mit Streckendaten auf Kollisionsrelevanz ausgewertet werden. Nicht sicherheitsrelevante Überlappungen sind insbesondere möglich, wenn sich zwei Fahrzeuge auf Parallelstrecken begegnen oder überholen ohne sich treffen zu können. Auch fahrplanmäßig an der identifizierten Position zu erwartende Fahrzeuge, die bei eingleisigen Strecken auf einem benachbarten Bahnhofsgleis oder einem Ausweichgleis auf Fahrterlaubnis warten, können dadurch als unkritisch erkannt werden. Die Überwachungseinrichtung kann ausgehend von der Startposition jedes Fahrzeugs anhand der Weichenlage und der momentanen Positionsdaten der Fahrzeuge ohne weitere Informationen die Gefährlichkeit von Überlappungen beurteilen.
  • Für Bahnstrecken mit niedriger Betriebsdichte oder überwiegend eingleisigem Betrieb kann gemäß Anspruch 3 vorgesehen werden, dass nicht kollisionsrelevante Überlappungen durch ein Tokenverfahren erkannt werden. Durch das an sich bekannte Tokenverfahren wird dafür gesorgt, dass sich immer nur ein Fahrzeug unter voller Verantwortung des Triebfahrzeugführers auf dem überwachten Streckenabschnitt bewegt und alle anderen Fahrzeuge in überlappendem Warnbereich oder ggf. auch in überlappendem Sicherheitsbereich stehen. Um in diesen Fall eine sinnvolle Abfolge der Fahrzeugbewegungen zu ermöglichen, muss die Reihenfolge manuell steuerbar sein, wobei ein Token ggf. auch wieder an die zentrale Überwachungseinrichtung zurückgebbar sein kann. Während das Verfahren tokenbasiert die Bewegung der Fahrzeuge einschränkt, ist der Triebfahrzeugführer des sich bewegenden Fahrzeugs dafür verantwortlich, dass keine Kollision mit einem stehenden Fahrzeug auftritt. Das auf diese Weise erreichbare Sicherheitsniveau entspricht der bisherigen Sicherheit auf Nebenstrecken.
  • Nur die als kollisionsrelevant identifizierten Überlappungen deuten auf ein erhöhtes Gefahrenpotential hin und führen gemäß Anspruch 4 bei Überlappung von Warnbereichen zu einer Kollisionswarnung, die dem Triebfahrzeugführer akustisch und/oder optisch signalisiert wird. Die Einhaltung von Maßnahmen, z. B. Verringerung der Geschwindigkeit, obliegt dem Triebfahrzeugführer in Ausführung der von der Überwachungseinrichtung in diesem Fall über das Datenfunksystem übermittelten fahrtbestimmenden Daten.
  • Wenn eine extreme Gefährdungssituation eintritt, bei der nicht nur Warnbereiche überlappen, sondern zusätzlich auch noch mindestens ein Sicherheitsbereich eines Fahrzeuges beteiligt ist, ist gemäß Anspruch 5 eine Zwangsbremsung vorgesehen.
  • Die fahrzeugintern zu ermittelnden Positionsdaten werden gemäß der zu bevorzugenden Ausführungsform nach Anspruch 6 satellitengestützt ermittelt. Bei Ausfall der Positionsdateninformation, beispielsweise bei Tunnelfahrten oder topografiebedingten Abschattungen, kann die Positionsdatenbestimmung anhand der letzten Position und der Geschwindigkeit für eine projektierbare Zeit fortgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf odometrisch ermittelte Positionsdaten zurückgegriffen werden. Die relativ große Streubreite der Ortungsdaten, insbesondere Satellitenortungsdaten, wird für die Bestimmung des Sicherheitsbereiches und des Warnbereiches verwendet und stellt deshalb kein Problem mehr dar. Da es sich bei den Fahrzeugen um bewegte Objekte handelt, sind Sicherheits- und Warnbereich geschwindigkeitsabhängig für jedes Fahrzeug individuell zu bestimmen. Wenn die Geschwindigkeit nicht zusammen mit den Ortungsdaten an die zentrale Überwachungseinrichtung übertragen wird, kann auch die im jeweiligen Streckenabschnitt geltende maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit für die Bestimmung des Sicherheitsbereiches und des Warnbereiches zugrunde gelegt werden. In Abhängigkeit von dem verwendeten Ortungssystem treten unterschiedliche Streubreiten hinsichtlich der Ortungsgenauigkeit auf, die ebenfalls in die Bestimmung der Warn- und Sicherheitsbereiche eingehen. Weiterhin sollte auch die Stabilität der Datenfunkübertragung berücksichtigt werden. Aufgrund der Verwendung von Funktechnik kann es jederzeit zu einem Ausfall der Datenverbindung zwischen Fahrzeug und Überwachungseinrichtung kommen. Die maximale Zeit für einen derartigen Verbindungsausfall kann zusätzlich in die Bestimmung des Warn- und Sicherheitsbereichs einbezogen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer figürlichen Darstellung erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt für zwei Fahrzeuge einen Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 und einen Warnbereich 2.1 bzw. 2.2 in Wechselwirkung mit einer zentralen Überwachungseinrichtung 3. Die nicht dargestellten Fahrzeuge sind vollständig in dem jeweiligen Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 eingebettet, während der Warnbereich 2.1 bzw. 2.2 den Sicherheitsbereich 1.1 bzw. 1.2 vollständig umfasst. Die Fahrzeuge sind mit Empfangsgeräten zur Satellitenortung ausgestattet, deren Messwertstreuung, die auch Nachbargleise umfassen kann, die Ausdehnung des Sicherheitsbereiches 1.1 bzw. 1.2 und damit auch des Warnbereiches 2.1 bzw. 2.2 maßgeblich bestimmt. Die Fahrzeuge stehen über Datenfunkverbindungen 4.1 bzw. 4.2 via drahtloser Kommunikation, z. B. GSM-R, mit der Überwachungseinrichtung 3 in Verbindung und übermitteln laufend die satellitengestützt gemessenen Positionsdaten und vorzugsweise auch die aktuelle Geschwindigkeit an die Überwachungseinrichtung 3. Die Überwachungseinrichtung 3 stellt anhand der Ortungsdaten, Sicherheitsbereiche 1.1 bzw. 1.2 und Warnbereiche 2.1 bzw. 2.2 fest, ob eine Überlappung von Warnbereichen 2.1 und 2.2 vorliegt und, wenn ja, ob diese Überlappung kollisionsrelevant ist. Letzteres ist nur der Fall, wenn die Fahrzeuge die gleiche weichenlagenspezifische Fahrstraße befahren. Die Weichenlage ist in der Überwachungseinrichtung 3 bekannt, so dass die Überwachungseinrichtung 3 in der Lage ist, zu erkennen, ob tatsächlich Kollisionsgefahr besteht oder ob die Fahrzeuge nur auf Nachbargleisen aneinander vorbeifahren, wobei dann auch Sicherheitsbereiche 1.1 und 1.2 an der Überlappung beteiligt sein können. Nur im Falle echter Kollisionsgefahr übermittelt die Überwachungseinrichtung 3 Warnmeldungen an die beteiligten Fahrzeuge, die daraufhin in Eigenverantwortung des Triebfahrzeugführers abgebremst oder über ein entsprechendes Fahrzeuggerät automatisch zwangsgebremst werden. Letztlich ermöglicht das beschriebene Verfahren die Verwendung ungenauer fahrzeuginterner Ortungsverfahren, insbesondere Satellitenortung, wobei auch ohne Einsatz der herkömmlichen, kostenintensiven Streckensicherungstechnik ein sehr hohes Sicherheitsniveau erreichbar ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zur signaltechnischen Sicherung schienengebundener Fahrzeuge, welche über ein Datenfunksystem (4.1/4.2) mit mindestens einer zentralen Überwachungseinrichtung (3) verbunden sind, wobei
    die Fahrzeuge ihre momentanen Positionsdaten über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die Überwachungseinrichtung (3) übermitteln,
    dass um die Fahrzeuge herum jeweils ein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung des verwendeten Positionsdatenerfassungsverfahrens abhängiger Sicherheitsbereich (1.1, 1.2) und ein diesen umfassender Warnbereich (2.1, 2.2) bestimmt werden und
    dass die Überwachungseinrichtung (3) anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche (1.1, 1.2) und Warnbereiche (2.1, 2.2) fahrtbestimmende Daten derart ermittelt, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen (2.1, 2.2) entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die betroffenen Fahrzeuge übermittelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Positionsdaten durch Korrelation mit Streckendaten auf Kollisionsrelevanz ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nicht kollisionsrelevante Überlappungen durch ein Tokenverfahren erkannt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei kollisionsrelevanter Überlappung von Warnbereichen (2.1, 2.2) fahrzeugseitig eine akustische und/oder optische Signalisierung ausgelöst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei kollisionsrelevanter Überlappung von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) fahrzeugseitig eine Zwangsbremsung ausgelöst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Positionsdaten mittels eines satellitengestützten Ortungssystems ermittelt werden.
  7. Sicherungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    fahrzeugseitig ein Sende-/Empfangsgerät vorgesehen ist, dessen Sendekomponente mit einer Einrichtung zur Positionsdatenerfassung verbunden ist,
    dass eine Einrichtung zur Bestimmung eines Sicherheitsbereiches (1.1, 1.2) in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Messwertstreuung der Einrichtung zur Positionsdatenerfassung und eines den Sicherheitsbereich (1.1, 1.2) umfassenden Warnbereiches (2.1, 2.2) um das Fahrzeug herum vorgesehen ist und
    dass die Überwachungseinrichtung (3) eine Einrichtung zur Ermittlung fahrtbestimmender Daten anhand der fahrzeugspezifischen Positionsdaten, Sicherheitsbereiche (1.1, 1.2) und Warnbereiche (2.1, 2.2) derart aufweist, dass kollisionsrelevante Überlappungen von Sicherheitsbereichen (1.1, 1.2) vermieden werden und kollisionsrelevanten Überlappungen von Warnbereichen (2.1, 2.2) entgegengewirkt wird, wobei die fahrtbestimmenden Daten mindestens im Fall kollisionsrelevanter Überlappungen über das Datenfunksystem (4.1/4.2) an die betroffenen Fahrzeuge übermittelbar sind.
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