EP3312073A1 - Verfahren zur prüfung eines eisenbahnsystems und eisenbahnsystem - Google Patents

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EP3312073A1
EP3312073A1 EP16195110.8A EP16195110A EP3312073A1 EP 3312073 A1 EP3312073 A1 EP 3312073A1 EP 16195110 A EP16195110 A EP 16195110A EP 3312073 A1 EP3312073 A1 EP 3312073A1
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EP
European Patent Office
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data
operating
identified
processes
test
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EP16195110.8A
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EP3312073B1 (de
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Stefan Baiker
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Schweizerische Bundesbahnen SBB
Original Assignee
Schweizerische Bundesbahnen SBB
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/60—Testing or simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for testing a railway system or parts thereof and to a railway system operating according to this method.
  • Control-technical or safety-related units that fulfill defined tasks are normally electronically controllable, with process variables occurring when the corresponding tasks are performed or when the corresponding processes expire, such as the attributes mentioned when constructing or dismantling a route.
  • the process variables are accessible via interfaces, possibly air interfaces.
  • WO2010148528A1 Is known to replace existing interlockings with electronic interlockings, wherein the switching logic of the existing interlocking is mapped by means of a transformation to a functionally equivalent circuit of semiconductor electronic components, and the outputs of this circuit are connected to at least some of the installed components to be controlled.
  • Processes for operating, securing and testing existing railway systems are therefore also mostly adapted to the installed process control units, such as interlockings, which have a different level of technology and can be supplied by different manufacturers. Control and testing of the facility functions are therefore at a low level with relatively high effort. Statements on superordinate operational processes, and in particular on changes in superordinate processes that could be used for preventive measures or for planning the necessary expansion of the rail system, are therefore missing.
  • a train control system based on ERTMS (European Rail Traffic Management System) and ETCS (European Train Control System) Level 2 with a RBC (Radio Block Center) is eg in [4], EP1897781A2 , described.
  • the RBC which is connected to an interlocking, is used to guide vehicles on a certain stretch of section by means of wireless connections via the GSM-R (Global System for Mobile Communication Railways) mobile radio network.
  • GSM-R Global System for Mobile Communication Railways
  • the ETCS realizes the safe functions of train control.
  • GSM-R enables data transmission between vehicles and the RBC. For example, Position messages of the vehicle are sent to the RBC and driving permissions to the vehicle.
  • the mission data can be updated whenever contacts are made to the selectively installed Eurobalises.
  • EP2631152B1 discloses scheduling functions, ie a method for the management of mobile terminals provided with resources, in particular of locomotives, which operate in a rail network and are each registerable by a mobile terminal to a cellular mobile network, which provided for the operation of the railway network functions, such as functional registration of participants, provides.
  • the train run data of trains are monitored and change messages are generated for status changes of the trains.
  • the radio cells are sent by means of requests to the mobile network or inquiries to the appropriate ones Mobile terminals are determined where the resources listed in the candidate list are located. Based on the detected radio cells, it is determined whether the resources are at the operating point of arrival and resources that do not belong to any radio cell of this operating point are removed from the candidate list.
  • EP2868547A1 discloses, for example, an interlocking for controlling decentralized functional units, which are connected via communication channels with the process control system, comprising a number of computer-aided control units, the control units are connected in series or in parallel according to a control plan and receive and / or output control data according to this control plan , As a computerized control units mobile devices can be used.
  • Documents [1] to [8] describe railway systems and subsystems of planning, scheduling and control technology that fulfill different functions and generate a large number of signals and messages.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying an improved method for testing a railway system and a railway system operating according to this method.
  • the method according to the invention should make it possible to efficiently use the information present in the railway system in order to gain insights that are particularly valuable for the maintenance and expansion of the railway system are. Furthermore, already existing control systems should be monitored and secured.
  • the check should be automatically feasible and scalable.
  • the operator of the railway system should also be able to adapt the subject matter of the test optionally.
  • the examination of the rail system should be possible at different levels of the rail system.
  • the width and depth of the test should therefore be selectively adjustable.
  • the method should provide test results that allow the performance and changes in the railway system to be identified in order to be able to initiate necessary corrective measures in the long term.
  • Necessary corrective measures should be able to be derived directly from the information determined according to the invention, preferably taking into account further data sources, in particular master data of the railway system.
  • the method according to the invention should be able to be carried out in parallel with existing test methods and supplement, verify or replace them on a case-by-case basis.
  • the inventive method should be implemented with little effort in parts of the railway network and possibly extended to the entire railway system.
  • the method is intended to include any operating processes, e.g. serve the performance, security or disposition, can optionally check
  • the method is used to test a railway system or parts thereof.
  • the railway system comprises resources of a structural infrastructure, in particular a rail network, vehicle resources, resources of a control technology and resources of a safety technology, which are used by at least a control system based on operating rules and operating methods are used by means of which defined operating processes are implemented on a case by case, the process data, such as input variables, output variables and operating variables, are assigned.
  • operating processes implemented during the operation of the railway system are identified and process results of the identified operating processes from the railway system are recorded and compared with reference data in a test computer in order to check the course of the identified operating processes.
  • individual operating processes are thus identified, which usually consist of several sub-processes.
  • at least one sub-process or the entire operating process is tested. For example, a train journey from an operating point A to an operating point B is checked. If necessary, measures to safeguard the driving distance with following protection, driving safety, flank protection, securing movable infrastructure elements, protection at level crossings, protection against external objects (clearance monitoring), speed monitoring (train control) monitored. For example, the clear messages and the positions of the holding signals are checked for the block sections of the route. This check can be performed redundantly to existing backup procedures to verify them. On the basis of the method, however, it is also possible to carry out extensive tests involving larger track sections or higher-level system parts. If the operating points A and B are far from each other and e.g. By separate operating points are separated higher-level information can be determined, which relate in particular to the performance of the railway system and the disposition of vehicles.
  • the method according to the invention can also take place with the involvement of a plurality of test computers which test processes independently of one another or which fulfill different tasks when testing a process.
  • a first test computer can check registered feed data.
  • a second test computer can check the vehicles and their condition.
  • a third test computer can check safety aspects.
  • a fourth test computer can consolidate the data obtained and initiate necessary measures.
  • process data are provided in particular by the planning technology, control technology or security technology.
  • identification data are formed by means of which operating processes can be identified, selected and checked.
  • the test computer or the test process came here selectively, selectively or randomly to access and verify business processes.
  • the operator of the rail system may also specify which types of operating processes should be prioritized. It can also be determined which process parameters or process results of a particular process should be tested.
  • test is possible depending on the time.
  • it is possible to check events and conditions for certain time windows for which certain regulations or regulations have been made or in which different loads of the railway system occur.
  • the completeness and plausibility of the determined data and / or the registered events are preferably also checked.
  • event messages have a correct time sequence or exist in a specific sequence. For example, a barrier should be closed before the passage of a train and not in hindsight. If the closure of the barrier is reported after the passage of the train, an error message is again issued.
  • the examination of the railway system is not limited to the isolated monitoring of individual trains and their associated processes, but can also monitor several parallel operating processes, in particular different train movements, which should run independently or separately from each other safety.
  • the train data train network are monitored to detect hazards or compaction potential.
  • test computer planned Operating processes and changes thereof as well as internal influencing variables, such as fault messages, and external influencing variables reported. It is thus possible, for example, to monitor train journeys in the area of temporary construction sites, eg compliance with reduced maximum speeds.
  • the test procedure has a high degree of flexibility and can be adapted to any task with little effort. If all construction sites in the railway system are registered in a higher-level computer, eg a maintenance computer, the relevant data can be loaded from this maintenance computer and operating processes or train journeys in the area of selected construction sites can be checked and evaluated.
  • test computer or the test process carries out the testing of the railway system while it is in normal operation. There are therefore no special measures to be taken to carry out the tests. Operating processes that are integrated in the daily operation of the railway system and that normally run on schedule are optionally identified, selected and checked.
  • the testing processes are completely separate from the operating processes. That is, there are no repercussions from the test computer on the railway system. In further preferred embodiments, repercussions are allowed for parts of the railway system and e.g. Excluded only for safety technology. In particularly preferred embodiments, however, the examination process can additionally intervene in the safety technology.
  • Safety conditions can be defined which must be met by the safety technology and monitored by the test process or test computer.
  • the master data are also checked. If a mismatch between the master data of the railway system and the process results is determined, the corresponding master data is preferably checked.
  • the test system can work in the background and detect system failures in any area of the railroad system.
  • control system of the railroad system that controls the selectable operating process sends an identification and all associated process parameters to the test computer prior to implementation so that it can derive the reference data therefrom and monitor and test the selected operating process.
  • appropriate data for all operating processes can be stored as test cases or reference cases at the test computer.
  • test computer identifies operational processes of interest and provides the reference data required for the test.
  • Status data are stored in the checked resources, in particular the process control units, which can be queried directly by the test computer, or which are buffered by a control device and can be queried by the latter. Status data can also be queried multiple times to track changes that are triggered by the operating process.
  • reference data are formed. This can be done in different ways. For example, the changes or process results that an implemented operating process causes are registered. The registered process results will subsequently serve as a reference case for others used similar operating processes. Assuming that the part of the railway system in question functions properly, the test computer can thus register operating processes and / or corresponding process data and store them in a database as a reference case. The corresponding reference data, eg the determined process data or process variables, which are preferably associated with time specifications, can subsequently be used for checking this or the same operating processes. If, for example, the railway system has a certain number of identically designed, star-shaped, diverging routes, a reference case can be registered and used for all identical routes.
  • the railway system is analytically divided into parts, which are subsequently classified into groups in which the same or similar parts are provided. Parts of a group may also be assigned, e.g. in one parameter, whereby the different parameter is registered. For example, two distances differ only by the distance between two points or signals. If the test process knows these different parameters, it can take into account the resulting time delays in the test. For different groups of operating processes, it is therefore possible to provide the corresponding reference data with reduced effort. These measures are particularly effective in railway systems made up of largely similar modules. For the similar modules also the generic descriptions can be provided with reduced effort. In the application, after identification of an operating process, it is thus preferably determined whether it belongs to a group for which reference data have already been provided.
  • the test computer uses the infrastructure data to determine, for example, which control-technical units are available and how they are used by definition and preferably uses their generic description. For example, is checked for the construction and dismantling of a secured road, which control units, e.g. Switches or signals in which order of time must be served. It also checks which input signals and output signals are assigned to these process control units.
  • the corresponding generic descriptions of the process control units are therefore linked to a reference process.
  • process data i. Set process variables, and preferably set the timing within which these target process variables occur.
  • the reference data can therefore define desired processes or reference processes and / or desired process variables or reference variables, which are compared with the processes being tested or with the process results.
  • the reference data can therefore consist of individual or linked rules of a generic reference system.
  • Corresponding desired process variables may e.g. from tables, flowcharts or state event charts.
  • process data of this operating process and preferably associated vehicle data and / or infrastructure data are provided which can be optionally retrieved by the test computer.
  • the test computer identifies individual operating processes. For identified operating processes, reference data that are already required for the check can be available, which are retrieved from a database after the identification of the operating process. Alternatively, reference data for the selected operating process are determined based on process data and operational rules.
  • the process data used to provide reference data in this way is usually larger than the process data used to identify an operational process.
  • Process data used for the identification on the one hand and the provision of reference data on the other hand can also form an intersection.
  • the exam may take into account the nature of the Train traffic, such as the presence of passenger transport, freight, shunting, etc., to be performed.
  • the vehicle data On the basis of the train run data, the vehicle data, in particular the train configurations and the traveled infrastructure, operating processes can be predicted and corresponding reference data can be created taking into account the operating rules.
  • Process results essentially consist of process data or are formed from data that can be retrieved from control technology, safety technology, train control or vehicle technology. Process results therefore describe the states or state changes of elements, in particular process control units, which are the subject of the tested operating process.
  • the compatibility of the reference data with the tested operating process is not given, the cause of the error is analyzed and a correction made. For example, an adjustment or supplement to the company rules is made. In this way, the examination system can be steadily improved.
  • Expected values are preferably determined from the respectively acquired test results so that deviations of a currently tested operating process from the expected values can be determined.
  • data in particular event data
  • group new events are to be assigned.
  • For a first group e.g. no follow-up measures planned.
  • For a second group data is forwarded for review.
  • For a third group an alarm is triggered.
  • For a fourth group e.g. Correctly intervened in the railway system.
  • continuous changes of test results for repeatedly implemented and tested operating processes can be determined.
  • the operator of the railway system thus has a "sensor" by means of which changes, bottlenecks and overloads can be detected early on and any necessary corrective measures can be evaluated and initiated.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a railway system 100 according to the invention in a preferred embodiment, with at least one suitable for performing the inventive method test computer 1, which is connected to one or more distributed databases 11, 12, ..., 14, in which on the one hand for the test stored reference cases and operational rules and on the other hand test results are stored.
  • Fig. 1 covers the basic components of a railway system, namely 'rolling stock', 'structural infrastructure' and 'control and safety technology', which are shown in [6], page 5, as abutting triangles enclosing another triangle representing the operating procedures and the Interaction of vehicles, building infrastructure as well as control and safety technology symbolizes.
  • Fig. 1 shows a module 3 for the control technology, a module 5 for the security technology and an intermediate module 4 for the processing of data that occur in the control system 3 or in the security technology 5 or supplied from the outside. Further modules 2 and 6 represent the planning technology and scheduling as well as the vehicles 9 and the infrastructure 8.
  • a system computer 1000 is provided, which can preferably communicate with all modules 1-9 directly or indirectly, without bidirectional or bidirectional, in order to collect data or act on the railroad system 100.
  • this system computer 1000 can be integrated into the module control system 3 and / or comprise the module data transfer / data processing 4.
  • the system computer 1000 can access further computer systems 1001, 1002,..., In order to obtain required data, in particular data of external influencing variables, such as weather data and Climatic data, retrieve or store determined data that are used for example for the billing of services or the maintenance of the railway system 100.
  • the symbolically shown system computer 1000 may preferably also exchange data directly or indirectly with the test computer 1, so that the test computer 1 preferably has all the data of the railway system 100 available and preferably data determined by the test computer 1 and possibly control commands and / or alarms to the railway system 100 can be supplied centrally or selectively.
  • the system computer 1000 can exchange data with a test vehicle 1003, which operates on the rail network of the railroad system 100. These data can also be queried by the system computer 1000 to the test computer 1 or by the test computer 1 directly from the test vehicle 1003.
  • the communication between the modules 1-9 and 1000, 1001, 1002, 1003 can be wireless or wired, circuit-switched or packet-switched.
  • the modules "Planning” and “Disposition” are e.g. in [7].
  • train run data are relevant for checking operating processes which relate to local shifts of vehicles.
  • the train run data of trains is preferably provided by a management unit which monitors train movements and receives from a scheduler plan data of the train run and of the control system feedback of the actual train run, such as data of the entrance and exit of trains in a route block of an operating point.
  • the test computer 1 can query from the modules 2-9, 1000, ... static and dynamic information and data. Data of the control system 3 and the security technology 5 can be queried via the module data processing 4. Planning data, in particular timetable data, and possibly scheduling data are supplied by module 2. External process variables are supplied, for example, by the system computer 1000.
  • the test computer 1 preferably automatically determines two types of information and data from the railway system 100.
  • process data i. Data and information about operating processes are retrieved from modules 2-9, 1000 that are being implemented or have already been implemented.
  • the test computer can identify and select operating processes. From the timetable data, the test computer 1 may e.g. determine that a train leaves operating point A at 10:00 and transfers it to operating point B. The overall process for this shift or sub-processes thereof, the test computer 1 of a monitoring and testing. It is also possible to use the train departure message from operating point A as an incentive to monitor and test the appropriate operating process.
  • the text computer 1 can also retrieve process results from the modules 2-9, 1000 in order to compare them with reference data.
  • process results are typically status information or status change information for process elements or functional elements of the railroad system 100, such as control engineering or safety units involved in the local train movement process from A to B.
  • Messages about status changes of the process elements concerned can be transmitted directly or indirectly to the test computer 1 via the various wired or wireless communication channels of the railway system.
  • [8] discloses an interlocking for controlling decentralized functional units connected to the process control equipment via communication channels, comprising a number of computerized control units, the control units being connected in series or in parallel according to a control plan and receiving and / or controlling data according to this control scheme output.
  • As a computer-based control units mobile devices are used.
  • the method according to the invention can be used particularly easily in a railroad system according to [8] since process data, referred to as control data in [8], can be transmitted directly to the test computer 1 via a communication channel.
  • the communication can be over GSM communication network, such as GSM-R or LTE, or via a packet-switched network, such as the Internet are transmitted to the test computer 1, which is equipped with the appropriate communication devices and communication addresses.
  • the test computer 1 can thus identify and select individual operating processes on the basis of static and dynamic process data. For selected operating processes, the test computer 1 can retrieve corresponding process results, typically dynamic process data, from the railway system and use any communication channels for this purpose.
  • reference data is provided, which is compared with the process results.
  • Reference data can be determined in different ways.
  • the sequence of operating processes can be monitored and the process results can be stored as reference data.
  • the control device of the railway system which controls the selectable operating process, can send identification data and associated process parameters to the test computer 1 before implementation so that the latter can derive and store the reference data therefrom.
  • the test computer 1 can also identify operational processes and generate reference data based on operational rules and the use of process data, as described above.
  • FIG. 2 shows a flow diagram for a test process TP according to the invention, on the basis of which the at least one test computer 1 in the railway system 100 of FIG Fig. 1 identifies implementable operational processes, identifies corresponding reference data and process results and compares them with each other.
  • the test process TP or the test method comprises a plurality of process steps S1,..., S7, some of which can be reversed or executed in parallel in the sequence.
  • the test process TP is preferably run through repetitively in order to gain as much information about the railway system as possible.
  • process data for the operating processes of the railroad system 100 are provided.
  • the required process data can be collected and provided by the system computer 1000.
  • process data can be queried directly from other modules 2-9 of the railroad system 100.
  • Such process data such as timetable data, are present in known railway networks and are generated routinely and typically form input variables of the carried out operating processes.
  • data specific to each process or data valid for all processes can be provided.
  • Process data may relate to static or dynamic states of functional units in the railway network 100. Furthermore, process data may relate to planned and actual process events, which ideally coincide in time. Process data can also relate to information about already implemented operating processes. In contrast to process results, process data typically relates to process variables that occur during the initialization of the operating processes.
  • process results mentioned in process step S52 are basically also process data which, however, relate to relevant results of the operating processes and typically occur toward the end of the process phases. Process results therefore form a special class of process data.
  • identification data are determined for operating processes that are planned or already implemented.
  • an operating process is identified and selected, which is to be subjected to a test.
  • the selection can be done randomly.
  • Operating processes of a timetable are sequentially recorded and checked.
  • the identification process can be controlled so that e.g. various types of functions are subjected to a test.
  • the control technology, the safety technology, the vehicle technology, the turnout technology, the signaling technology and / or the communication technology can be checked for a local shift of a train from A to B. That is, the input signals and output signals of functional units of these technical areas can be checked.
  • the operator of the railway network 100 can also have business processes that are relevant to scheduling checked.
  • process results are determined for the latter in process step S4 and process results in process step S5, which are compared with one another in process step S6.
  • the determination of reference data in process step S4 can take place in various ways. Preferably, it is checked (process step S43) whether for this operating process in the database 12 reference data or a Reference case exists. In another preferred embodiment, it is checked (process step S42) whether the operating process belongs to a group of operating processes for which reference data or a reference case already exists. If there is no reference case yet, reference data are determined on the basis of operational rules from database 11, possibly with the inclusion of process data (process step S41). For example, data of the part of the infrastructure which is used by the operating process is consulted. From the infrastructure data, the involved process elements and their locations are determined. Based on the operational rules, it is subsequently determined which status changes are to be expected for the process elements involved in the course of the operating process.
  • the reference data determined for this operating process are stored in the database 12 and are available as a reference case if the same operating process is selected once more.
  • the example mentioned process steps S41, S42, S43 and S44 can be used as alternatives or, as described, in combination with each other.
  • process elements which are used in the implementation of the identified operating process are preferably determined on the basis of the identified operating process, taking into account process data.
  • process elements such as control units, switches, signals, junctions, barriers, are used in the implementation of the operating process.
  • Status changes during the course of the identified operating process are registered for these process elements and corresponding process results are formed. The query of status changes can only occur at certain times.
  • address data are formed or loaded for the identified process elements, by means of which process results for e.g. can be queried by the control technology, the safety technology, the train control, the vehicle technology or directly from the process elements.
  • the comparison results formed in the process step S6 are evaluated in the process step S7 to audit results for the audited Form operating process, which are preferably used as a basis for necessary actions.
  • Examination results are stored in the database 14 and can be analyzed and statistically evaluated by means of the test computer 1 or further arithmetic units in order to identify errors, weaknesses and changes, in particular load changes of the railway network 100.
  • previously determined examination results can also be read out of the database 14 and used.
  • Comparison results and examination results are preferably stored in the database 14 in the context of primary actions. In the context of secondary actions, repercussions on the railroad system 100 are preferably triggered. In this case, errors can be signaled and alarms triggered. Furthermore, control signals can be issued with the appropriate priority. If, for example, a collision situation is detected on a route that has not been intercepted by the safety technology, then signals can be switched and the vehicles in question can possibly be activated in order to avoid a collision.
  • Fig. 3 symbolically shows a part of the railway system 100 of Fig. 1 with process results that occur during the course of an operating process in which a train 9 passes through a track section 8 in the area of the railway safety technology 5 and the train control 7 and can be retrieved by the test computer 1.
  • the shown part of the railway system 100 relates to a control circuit of the operational safety in rail traffic, as shown and described in [9], chapter 10.1.3, page 492, fig. 10.4.
  • the track vacancy stands for the freedom of the track 8 from other rail vehicles.
  • the clearance clear message stands for the freedom of the track 8 of non-system objects.
  • the track section 8 When the track section 8 has been left by the previous train 9 ', the track section 8 is cleared. After processing the information, it may be necessary to issue a setting command in order to bring the movable track elements into the correct position, resulting in a read in of the position again. If the requirements are met, a move command can be issued. This leads to the acceleration of the vehicle 9, which can enter the track section 8. Compliance with the permissible speed is monitored by the train control 7.
  • mobile devices can be used as computer-aided control units that transmit corresponding status changes to the test computer 1 via a mobile radio network.
  • Fig. 4 shows the railway system 100 of Fig. 1 with a section 8, within which a route FS is created, with a schematically shown functional system, which exchanges input variables and output variables with neighboring systems and fulfills corresponding functions.
  • pages 64-56 see Figure 29
  • input and output play a special role in the demarcation of a functional system to be considered. It defines what the functional system has to perform (output) and what it does not do, but should take over from other systems (input). Who or what delivers these inputs is, in principle, irrelevant in a generic way. Therefore theoretically the indication of the neighboring systems could be omitted and the demarcation can be made solely by the information on the in- and outputs.
  • functions s1, s2 are shown, which are not transmitted as output to a neighboring system but, for example, relate to a configuration change of the functional system.
  • the signals Input x, y, z and Output o can in turn be transmitted to the test computer 1.
  • operational rules can be defined that describe the behavior of the functional system, which represents a process element, at the end of the operating process. After the process element in question has been identified for an operating process, the expected behavior of this process element and corresponding reference data can thus be determined. Likewise, the actual behavior of this process element can be detected in the sequence with corresponding process results. Processes in the functional system shown basically form an operating process.
  • test computer 1 can also be regarded as a neighboring system to which an output, namely status messages are transmitted.
  • the functional systems such as the mobile terminals described in [8], preferably have an interface over which they can transmit data to the test computer 1.
  • the functional system is part of a route section 8, in which, based on the identified operating process, a route FS is created and control-technical units, such as points W1, W2, are correspondingly activated.
  • the route section 8 corresponds, for example, to the route section 8 of FIG Fig. 3 and is monitored and controlled accordingly. It is also possible to test shorter track sections, for example, the track section between the points W1 and W2, or selectively elements of the railway system 100th
  • Fig. 5 shows the railway system 100 of Fig. 4 with the schematic representation of operating processes, of which a subprocess p, eg the functional system of Fig. 4 corresponds, was identified by the test computer 1, selected and checked. It is schematically shown that a plurality of operating processes can run parallel to one another or that an operating process can have a plurality of partial processes running parallel or serially to one another.
  • the subprocess p is checked and process variables x, y, s and o are recorded as process results, by means of which the subprocess P is checked taking into account generic descriptions of the subprocess P or corresponding reference data.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Das Verfahren dient der Prüfung eines Eisenbahnsystems oder Teilen davon, welches Ressourcen einer baulichen Infrastruktur, insbesondere ein Gleisnetz, Fahrzeug-Ressourcen, Ressourcen einer Leittechnik und Ressourcen einer Sicherungstechnik umfasst, die von wenigstens einem Steuersystem anhand von Betriebsregeln und Betriebsverfahren genutzt werden, mittels denen definierte Betriebsprozesse fallweise implementiert werden, denen Prozessdaten, wie Eingangsgrössen (x, y, z), Ausgangsgrössen (o) und Betriebsgrössen (s), zugeordnet sind. Erfindungsgemäss werden während des Betriebs des Eisenbahnsystems implementierte Betriebsprozesse identifiziert und Prozessergebnisse der identifizierten Betriebsprozesse aus dem Eisenbahnsystem erfasst und in einem Testrechner mit Referenzdaten verglichen, um den Ablauf der identifizierten Betriebsprozesse zu prüfen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Prüfung eines Eisenbahnsystems oder Teilen davon sowie ein nach diesem Verfahren arbeitendes Eisenbahnsystem.
  • Eisenbahnsysteme weisen üblicherweise eine hohe Komplexität auf, und stellen hohe Anforderungen an die Verwaltung und Prüfung, um den einwandfreien Betrieb sicherstellen zu können.
  • Die einzelnen Module moderner Eisenbahnsysteme werden üblicherweise elektronisch mittels Prozessoren und entsprechender Software gesteuert.
    • [1], EP1750988B1 , offenbart z.B. ein Interlocking System für eine Eisenbahnanlage, welches über eine Schnittstelle mit einem zentralen Steuerungs- und Überwachungssystem verbunden ist. Ferner sind lokale Prozessoreinheiten vorgesehen, die logische Operationen, die einem oder mehreren spezifischen streckenseitigen Ausrüstungselementen, einem Signal, einem Satz von Weichen oder einer festen Kreuzung zugeordnet sind, durchführen, und die dazu über eine Schnittstelle mit den streckenseitigen Ausrüstungselementen verbunden sind.
    • [2], WO2006136216A1 , offenbart ein Verfahren zur Konfiguration einer leittechnischen Einheit, insbesondere eines Stellwerks, das zur Überwachung und/oder Einstellung/Auflösung von Fahrstrassen für schienengebundene Fahrzeuge verwendet wird, indem eine Fahrstrasse auf Anforderung mit der jeweiligen Fahrstrasse zugeordneten Elementen gestellt oder aufgelöst wird, falls diese Anforderung für die mit der Anforderung verbundenen Elemente nicht negativ quittiert wurde. Für die Fahrstrasse werden flankierende Attribute, insbesondere Gleisbelegung, Fahrtrichtung, Blockverschluss, Streckensperre, mit Erwartungswerten definiert und eine angeforderte Fahrstrasse wird erst nach Vorliegen der Erwartungswerte für die definierten Attribute eingestellt oder aufgelöst.
  • Leittechnische oder sicherheitstechnische Einheiten, die definierte Aufgaben erfüllen, sind normalerweise elektronisch steuerbar, wobei bei der Erfüllung der entsprechenden Aufgaben bzw. beim Ablauf der entsprechenden Prozesse Prozessgrössen auftreten, wie die genannten Attribute beim Aufbau oder Abbau einer Fahrstrasse. Die Prozessgrössen sind über Schnittstellen, gegebenenfalls Luftschnittstellen, zugänglich.
  • Aus [3], WO2010148528A1 , ist bekannt, bestehende Stellwerke durch elektronische Stellwerke zu ersetzen, wobei die Schaltlogik des bestehenden Stellwerks mittels einer Transformation auf eine funktionell äquivalente Schaltung elektronischer Halbleiterbauteile abgebildet wird, und die Ausgänge dieser Schaltung mit mindestens einigen der installierten Komponenten verbunden werden, die anzusteuern sind.
  • Prozesse zum Betrieb, zur Sicherung und Prüfung bestehender Eisenbahnsysteme sind daher ebenfalls zumeist spezifisch an die installierten leittechnischen Einheiten, wie Stellwerke, angepasst, die einen unterschiedlichen technischen Stand aufweisen und von unterschiedlichen Herstellern geliefert sein können. Steuerung und Prüfung der Anlagefunktionen erfolgen daher auf tiefer Ebene mit relativ hohem Aufwand. Aussagen zu übergeordneten betrieblichen Abläufen und insbesondere zu Änderungen übergeordneter Abläufe, die zu präventiven Massnahmen oder zur Planung des notwendigen Ausbaus des Eisenbahnsystems hinzugezogen werden könnten, fehlen daher.
  • Ein Zugbeeinflussungssystem auf der Basis von ERTMS (European Rail Traffic Management System) und ETCS (European Train Control System) Level2 mit einem RBC (Radio Block Center) ist z.B. in [4], EP1897781A2 , beschrieben.
  • Das RBC, das mit einem Stellwerk verbunden ist, dient der Führung von Fahrzeugen auf einem bestimmten Streckenabschnitt mittels Funkverbindungen über das Mobilfunknetz GSM-R (Global System for Mobile Communication-Railways). Das ETCS realisiert die sicheren Funktionen der Zugbeeinflussung. GSM-R ermöglicht unter anderem die Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und dem RBC. Z.B. werden Positionsmeldungen des Fahrzeugs an das RBC und Fahrtberechtigungen an das Fahrzeug gesendet.
  • Anhand der Systeme GSM-R und ETCS kann daher der Einsatz der entsprechend ausgerüsteten Lokomotiven ermittelt werden, um zu prüfen, ob die Einsatzdaten mit den Planungsdaten übereinstimmen. Anhand der ETCS-Daten können die Einsatzdaten jeweils dann aktualisiert werden, wenn Kontakte zu den punktuell installierten Eurobalisen erstellt werden.
  • Im Schweizer Eisenbahnnetz war das System AFI (Automatische Fahrzeug Identifikation) implementiert, ein proprietäres RFID-System mit RFID-Lesegeräten, welche meist an Knotenpunkten installiert wurden.
  • Zu beachten ist ferner, dass mittels bekannter Zugsicherungssysteme, wie sie z.B. in [5], EP2090491A1 , beschrieben sind, die Position eines Zuges, welcher sich von Streckenblock zu Streckenblock fortbewegt, innerhalb eines Streckennetzes bestimmt werden kann. Von einer entsprechenden Verwaltungseinheit, der von den Stellwerken die Einfahrt eines Zuges in einen Streckenblock gemeldet wird, können daher die Zuglaufdaten bzw. die Ankunft und die Abfahrt des Zuges an den Betriebspunkten registriert werden. Von dieser Verwaltungseinheit wird die Position der Ressourcen des Zuges jedoch nicht erfasst. Stellwerksysteme sind üblicherweise mit Achszählern ausgerüstet, mittels denen die Achsen eines Zuges beim Einfahren und beim Ausfahren in einen Streckenabschnitt detektiert und gezählt werden. Sofern die Anzahl der erfassten Achsen bei Gleiseintritt und -austritt gleich sind und keine Achse die beiden Gleise ohmisch verbindet, erfolgt eine Gleisfreimeldung für diesen Streckenabschnitt.
  • [6], Gunnar Bosse, Grundlagen für ein generisches Referenzsystem für die Betriebsverfahren spurgeführter Verkehrssysteme, 23. November 2010, beschreibt, dass im Rahmen der zunehmenden Internationalisierung des Eisenbahnwesens eine vermehrte generische Beschreibung betrieblicher Funktionen des Eisenbahnsystems angestrebt wird. Ein Betriebsverfahren ist definitionsgemäss ein "System betrieblicher Regeln und technischer Mittel zur Durchführung von Fahrten mit Eisenbahnfahrzeugen auf einer Eisenbahninfrastruktur". Diese Definition umfasst die drei wesentlichen Elemente von Eisenbahnsystemen, mit denen jeweils spezifische Aufgabenstellungen realisiert werden. Erstens die Fahrzeuge, die der Aufnahme von Personen und Gütern dienen und die für die Ortsveränderung erforderlichen Antriebs- und Bremskräfte bereitstellen. Zweitens die Fahrweginfrastruktur, die die Fahrzeuge trägt und führt. Drittens die Betriebsverfahren, mit deren Hilfe die Fahrten schliesslich so koordiniert und gesteuert werden, dass für jede zugelassene Fahrt zwischen Start- und Zielort ein geeigneter Fahrweg, i.d.R. abschnittsweise, zur Verfügung steht und die Fahrzeuge nicht miteinander kollidieren. Die Betriebsverfahren sind sowohl aus operativen als auch die Sicherheit betreffenden Gründen von besonderer Bedeutung für die Eisenbahnsysteme. Der operativen Sichtweise folgend sind die Betriebsverfahren nicht allein auf das Bereitstellen zwingend erforderlicher operativer und sichernder Funktionen beschränkt, sondern können weitere Funktionen, wie z.B. zur Disposition umfassen. Dabei können sicherheitsrelevante als auch disponierende Funktionen in einem Funktionsträger verschmelzen.
  • Gemäss [6], Seite 39, ist zu beachten, dass fahrzeugseitig, d.h. in bzw. auf dem Fahrzeug nicht nur Fahrzeugfunktionen, sondern auch Betriebsverfahrensfunktionen wie z.B. die Geschwindigkeitsregelung realisiert werden.
  • Fahrzeugfunktionen gemäß prEN 15380-4 sind in [6], Seiten 35-44 genannt. Abschliessend wird ausgeführt, dass für den Bereich der Betriebsverfahren die Ausarbeitung einer generischen Referenz, die Betrachtung der Fahrzeugfunktionsliste wesentlich, aber nicht ausreichend ist. Für den Bereich Betriebsverfahren sind die drei Teilsysteme Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung und Verkehrsbetrieb und Verkehrssicherung sowie in einem übergeordneten Sinne das Teilsystem Telematikanwendungen relevant (siehe [6], Tabelle 5). Die Sicherung, Steuerung und Kontrolle der sich in einem Verkehrsnetz bewegenden Fahrzeuge ist als eine originäre Aufgabe von Betriebsverfahren anzusehen.
  • Gemäss [6], Seite 47, wurde mit dem FunkFahrBetrieb (FFB) ein Betriebsverfahren entwickelt worden, bei dem Funktionalitäten, die heute überwiegend von streckenseitigen Einrichtungen, wie z.B. von Signalen, Stellwerken und Gleisfreimeldeeinrichtungen, wahrgenommen werden, auf das Fahrzeug und in eine Streckenzentrale verlagert worden sind. Die betrieblichen und sicherungstechnischen Vorgänge, wie z.B. Fahrwegzuweisungen, das Ansteuern von Weichen und Bahnübergängen und die Fahrzeugortung (Gleisfreimeldung) wurden funkunterstützt durchgeführt.
  • In [6], Seite 131, wird zusammenfassend festgestellt, dass es möglich ist, für die Betriebsverfahren spurgeführter Verkehrssysteme ausschließlich auf Basis einer funktionalen Systemdefinition, d.h. ohne eine konkrete Systemarchitektur, eine generische Referenz zu definieren.
  • [7], EP2631152B1 , offenbart disponierende Funktionen, d.h. ein Verfahren für die Verwaltung von mit Mobilendgeräten versehenen Ressourcen, insbesondere von Lokomotiven, die in einem Schienennetz verkehren und je mittels eines Mobilendgeräts funktional bei einem zellularen Mobilfunknetz registrierbar sind, welches für den Betrieb des Schienennetzes vorgesehene Funktionen, wie die funktionale Anmeldung der Teilnehmer, zur Verfügung stellt. Dabei werden die Zuglaufdaten von Zügen überwacht und für Statusänderungen der Züge Änderungsmeldungen erzeugt. Für Änderungsmeldungen, welche die Abfahrt eines Zuges von einem Betriebspunkt signalisieren, wird für diesen Zug eine Kandidatenliste mit verwalteten Ressourcen erstellt, die möglicherweise mit diesem Zug mitgeführt werden. Für Änderungsmeldungen, welche die Ankunft und/oder die Durchfahrt des Zuges an einem Betriebspunkt betreffen, werden die Funkzellen mittels Anfragen an das Mobilfunknetz oder Anfragen an die entsprechenden Mobilendgeräte ermittelt, an denen sich die in der Kandidatenliste eingetragenen Ressourcen befinden. Anhand der ermittelten Funkzellen wird festgestellt wird, ob sich die Ressourcen am Betriebspunkt der Ankunft befinden und Ressourcen, die keiner Funkzelle dieses Betriebspunkts zugehören, werden aus der Kandidatenliste entfernt.
  • [8], EP2868547A1 , offenbart z.B. ein Stellwerk zur Steuerung von dezentral angeordneten Funktionseinheiten, die über Kommunikationskanäle mit der Prozesssteuerungsanlage verbunden sind, umfassend eine Anzahl von rechnergestützten Steuerungseinheiten, wobei die Steuerungseinheiten gemäss einem Steuerungsplan in Serie oder parallel geschaltet sind und gemäss diesem Steuerungsplan Steuerungsdaten empfangen und/oder ausgeben. Als rechnergestützte Steuerungseinheiten können Mobilgeräte verwendet werden.
  • Aus [6] ergibt sich, dass Prozesse zum Betrieb, zur Sicherung und Prüfung bestehender Eisenbahnsysteme durch betriebliche Regeln definiert sind. Aus [6], [7] und [8] ergibt sich, dass Grössen dieser Prozesse durch moderne Kommunikationsmittel erfasst werden können.
  • In den Dokumenten [1] bis [8] sind Eisenbahnsysteme und Teilsysteme der Planung, Disposition Leittechnik und Sicherungstechnik beschrieben, die unterschiedliche Funktionen erfüllen und eine Vielzahl von Signalen und Meldungen erzeugen.
  • Mit Bezug zu [3] wurde festgestellt, dass die Steuerung und Prüfung der Anlagefunktionen auf tiefer Ebene mit hohem Aufwand erfolgen und Aussagen zu übergeordneten betrieblichen Abläufen und insbesondere zu Änderungen übergeordneter Abläufe, die zu präventiven Massnahmen oder zur Planung des notwendigen Ausbaus des Eisenbahnsystems hinzugezogen werden könnten, daraus nicht oder nur mit grossem Aufwand abgeleitet werden können. Die Dokumente [1] bis [8] belegen es somit, dass in Eisenbahnsystemen Informationen für eine verbesserte Prüfung vorhanden sind, aber nicht genutzt werden oder genutzt werden können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Prüfung eines Eisenbahnsystems sowie eine nach diesem Verfahren arbeitendes Eisenbahnsystem anzugeben.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren soll es erlauben, die im Eisenbahnsystem vorhandenen Informationen effizient zu nutzen, um Erkenntnisse zu gewinnen, die für die Wartung und den Ausbau des Eisenbahnsystems besonders wertvoll sind. Ferner sollen bereits bestehende Kontrollsysteme überwacht und gesichert werden können.
  • Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, welches erlaubt, das Eisenbahnsystem oder Teile davon mit geringem Aufwand, d.h. praktisch selbsttätig zu prüfen.
  • Die Prüfung soll automatisch durchführbar und beliebig skalierbar sein. Der Betreiber des Eisenbahnsystems soll den Gegenstand der Prüfung zudem wahlweise anpassen können. Die Prüfung des Eisenbahnsystems soll auf verschiedenen Ebenen des Eisenbahnsystems möglich sein. Die Breite und Tiefe der Prüfung soll daher wahlweise einstellbar sein.
  • Das Verfahren soll Prüfungsergebnisse liefern, welche es erlauben, die Performance sowie Veränderungen im Eisenbahnsystem festzustellen, um insbesondere langfristig notwendige Korrekturmassnahmen einleiten zu können.
  • Erforderliche Korrekturmassnahmen sollen aus den erfindungsgemäss ermittelten Informationen vorzugsweise unter Berücksichtigung weiterer Datenquellen, insbesondere von Stammdaten des Eisenbahnsystems, direkt abgeleitet werden können.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren soll parallel zu bestehenden Prüfungsverfahren durchgeführt werden können und diese fallweise ergänzen, verifizieren oder ersetzen.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren soll mit geringem Aufwand in Teilen des Eisenbahnnetzes implementiert und gegebenenfalls auf das gesamte Eisenbahnsystem erweitert werden können.
  • Das Verfahren soll beliebige Betriebsprozesse, die z.B. der Performance, Sicherung oder Disposition dienen, wahlweise prüfen können
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einem Eisenbahnsystem gelöst, welche die in Anspruch 1 bzw. 15 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Das Verfahren dient der Prüfung eines Eisenbahnsystems oder Teilen davon. Das Eisenbahnsystem umfasst Ressourcen einer baulichen Infrastruktur, insbesondere ein Gleisnetz, Fahrzeug-Ressourcen, Ressourcen einer Leittechnik und Ressourcen einer Sicherungstechnik, die von wenigstens einem Steuersystem anhand von Betriebsregeln und Betriebsverfahren genutzt werden, mittels denen definierte Betriebsprozesse fallweise implementiert werden, denen Prozessdaten, wie Eingangsgrössen, Ausgangsgrössen und Betriebsgrössen, zugeordnet sind.
  • Erfindungsgemäss werden während des Betriebs des Eisenbahnsystems implementierte Betriebsprozesse identifiziert und Prozessergebnisse der identifizierten Betriebsprozesse aus dem Eisenbahnsystem erfasst und in einem Testrechner mit Referenzdaten verglichen, um den Ablauf der identifizierten Betriebsprozesse zu prüfen.
  • Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden somit einzelne Betriebsprozesse identifiziert, die üblicherweise aus mehreren Teilprozessen bestehen. Erfindungsgemäss wird wenigstens ein Teilprozess oder der gesamte Betriebsprozess geprüft. Z.B. wird eine Zugfahrt von einem Betriebspunkt A zu einem Betriebspunkt B geprüft. Gegebenenfalls werden Massnahmen zur Fahrwegsicherung mit Folgefahrschutz, Gegenfahrschutz, Flankenfahrschutz, der Sicherung beweglicher Fahrwegelemente, Schutz an niveaugleichen Kreuzungen, Schutz vor externen Objekten (Lichtraumüberwachung), Geschwindigkeitsüberwachung (Zugbeeinflussung) überwacht. Z.B. werden für die Blockabschnitte der Fahrtstrecke die Freimeldungen und die Stellungen der Haltesignale geprüft. Diese Prüfung kann redundant zu bestehenden Sicherungsverfahren durchgeführt werden, um diese zu verifizieren. Anhand des Verfahrens lassen sich jedoch auch umfangreiche Prüfungen durchführen, die grössere Streckenteile oder übergeordnete Systemteile mit einbeziehen. Sofern die Betriebspunkte A und B weit voneinander entfernt liegen und z.B. durch weitere Betriebspunkte voneinander getrennt sind können übergeordnete Informationen ermittelt werden, die insbesondere die Performance des Eisenbahnsystems und die Disposition der Fahrzeuge betreffen.
  • Bei komplexen Eisenbahnsystemen kann das erfindungsgemässe Verfahren auch unter Einbindung mehrerer Testrechner erfolgen, die Prozesse unabhängig voneinander prüfen oder die bei der Prüfung eines Prozesses unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Ein erster Testrechner kann registrierte Zulaufdaten prüfen. Ein zweiter Testrechner kann die Fahrzeuge und deren Zustand prüfen. Ein dritter Testrechner kann sicherheitstechnische Aspekte prüfen. Ein vierter Testrechner kann die ermittelten Daten konsolidieren und erforderliche Massnahmen einleiten.
  • Damit Betriebsprozesse, deren Implementierung geplant ist und die der Prüfung zugänglich sein sollen, vom Testprozess bzw. vom Testrechner identifiziert werden können, werden Prozessdaten insbesondere von der Planungstechnik, der Leittechnik oder der Sicherungstechnik bereitgestellt. Mittels der Prozessdaten werden Identifikationsdaten gebildet, anhand derer Betriebsprozesse identifiziert, selektiert und geprüft werden. Der Testrechner bzw. der Testprozess kam dabei wahlweise, gezielt oder auch zufällig auf Betriebsprozesse zugreifen und diese prüfen. Der Betreiber des Eisenbahnsystems kann zudem spezifizieren, welche Arten von Betriebsprozessen prioritäre geprüft werden sollen. Ferner kann festgelegt werden, welche Prozessparameter oder Prozessergebnisse eines bestimmten Prozesses geprüft werden sollen.
  • Weiterhin ist eine Prüfung in Abhängigkeit der Zeit möglich. Insbesondere ist es möglich, Ereignisse und Zustände für bestimmte Zeitfenster zu prüfen, für die bestimmte Regelungen oder Vorschriften getroffen wurden oder in denen unterschiedliche Belastungen des Bahnsystems auftreten. Vorzugsweise werden auch die Vollständigkeit und Plausibilität der ermittelten Daten und/oder der registrierten Ereignisse geprüft.
  • Sofern z.B. eine negative Fahrzeit ermittelt wird, liegt kein plausibles Ergebnis vor, weshalb eine Fehlermeldung abzugeben ist.
  • Ferner ist normalerweise relevant, dass Ereignismeldungen einen korrekten Zeitablauf aufweisen bzw. in einer bestimmten Sequenz vorliegen. Z.B. soll eine Barriere vor der Durchfahrt eines Zuges geschlossen werden und nicht im Nachhinein. Sofern die Schliessung der Barriere nach der Durchfahrt des Zuges gemeldet wird, wird wiederum eine Fehlermeldung abgegeben.
  • Die Prüfung des Eisenbahnsystems ist dabei nicht auf die isolierte Überwachung einzelner Züge und diesen zugeordneten Prozessen beschränkt, sondern kann auch mehrere parallel ablaufende Betriebsprozesse, insbesondere verschiedene Zugfahrten überwachen, die unabhängig voneinander oder sicherheitstechnisch voneinander getrennt ablaufen sollten. Beispielsweise werden die Zugfolgedaten Eisenbahnnetz überwacht, um Gefährdungen oder Verdichtungspotential zu erkennen.
  • Sofern z.B. eine Meldung von einer Barriere für eine Zugdurchfahrt nicht vorliegt, ist die Vollständigkeit der Daten nicht gegeben, weshalb wiederum ein Fehler gemeldet und eine Überprüfung veranlasst wird.
  • Es können automatisierte oder z.B. durch manuelle Eingriffe oder durch Störungen oder Werkarbeiten beeinflusste Abläufe und Prozesse individuell geprüft werden. Vorzugsweise werden dem Testrechner geplante Betriebsprozesse und Änderungen davon sowie interne Einflussgrössen, wie Störungsmeldungen, und externe Einflussgrössen gemeldet. So ist es z.B. möglich, Zugfahrten im Bereich temporär errichteter Baustellen, z.B. die Einhaltung von reduzierten Maximalgeschwindigkeiten zu überwachen. Das Prüfungsverfahren weist dabei eine hohe Flexibilität auf und kann mit geringem Aufwand an beliebige Aufgaben adaptiert werden. Falls in einem übergeordneten Rechner, z.B. einem Wartungsrechner, alle Baustellen im Eisenbahnsystem registriert sind, so können von diesem Wartungsrechner die entsprechenden Daten geladen und Betriebsprozesse bzw. Zugfahrten im Bereich ausgewählter Baustellen geprüft und ausgewertet werden.
  • Grundsätzlich können alle Einflüsse auf das Eisenbahnsystem berücksichtigt werden. Insbesondere können Witterungseinflüsse berücksichtigt werden. Sofern z.B. die Temperaturen sinken, kann der Energieverbrauch ansteigen. Ebenso kann der Energieverbrauch auch bei Vorliegen hoher Temperaturen ansteigen, da Kühlaggregate zugeschaltet werden. Toleranzwerte für den Energieverbrauch, die bei der Prüfung verwendet werden, können entsprechend angepasst werden.
  • Wesentlich ist, dass der Testrechner oder der Testprozess die Prüfung des Eisenbahnsystems vornimmt, während dieses im Normalbetrieb ist. Es sind somit keine besonderen Massnahmen zu treffen, um die Tests durchzuführen. Betriebsprozesse, die in den täglichen Betrieb des Eisenbahnsystems eingebunden sind und normalerweise terminiert ablaufen, werden wahlweise identifiziert, selektiert und geprüft.
  • In vorzugsweisen Ausgestaltungen sind die Prüfprozesse vollständig von den Betriebsprozessen getrennt. D.h., es erfolgen keine Rückwirkungen vom Testrechner auf das Eisenbahnsystem. In weiter bevorzugten Ausgestaltungen sind Rückwirkungen für Teile des Eisenbahnsystems zugelassen und z.B. nur für die Sicherheitstechnik ausgeschlossen. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen kann der Prüfungsprozess hingegen ergänzend auch in die Sicherheitstechnik eingreifen. Z.B. können Sicherheitsbedingungen definiert werden, welche von der Sicherheitstechnik erfüllt werden müssen und vom Prüfprozess bzw. Testrechner überwacht werden.
  • In vorzugsweisen Ausgestaltungen werden ergänzend zu den ablaufenden Prozessen auch die Stammdaten geprüft. Sofern eine fehlende Übereinstimmung zwischen den Stammdaten des Eisenbahnsystems und den Prozessergebnissen festgestellt wird, werden die entsprechenden Stammdaten vorzugsweise kontrolliert. Das Testsystem kann im Hintergrund arbeiten und Systemmängel in jedem Bereich des Eisenbahnsystems erkennen.
  • In bevorzugten Ausgestaltungen sendet die Steuervorrichtung des Eisenbahnsystems, die den selektierbaren Betriebsprozess kontrolliert, vor dessen Implementierung eine Identifikation und alle zugehörigen Prozessparameter an den Testrechner, sodass dieser die Referenzdaten daraus ableiten und den selektierten Betriebsprozess überwachen und prüfen kann. Vorsorglich können für alle Betriebsprozesse entsprechende Daten als Testfälle bzw. Referenzfälle beim Testrechner abgelegt werden.
  • Alternativ identifiziert der Testrechner Betriebsprozesse, die von Interesse sind und erstellt die für die Prüfung erforderlichen Referenzdaten bereit.
  • Vorzugsweise werden Identifikationsdaten unter Berücksichtigung
    1. a) Netz-Daten, Streckendaten, Betriebspunktdaten; und/oder
    2. b) von Grundfahrplandaten und Sollfahrplandaten; und/oder
    3. c) Prognosemeldungen zu aktuellen Zugläufen; und/oder
    4. d) Formationsdaten für Personenzüge und Güterzüge
    ermittelt. Bei der Identifikation des Betriebsprozesses können auch Infrastrukturdaten und/oder Fahrzeugdaten vorteilhaft berücksichtigt werden. Auf diese Weise gelingt es Prozesselemente, die vom Betriebsprozess genutzt werden zu identifizieren und zu lokalisieren. Für Fahrzeuge wird z.B. die Übereinstimmung der gemeldeten Fahrzeugdaten mit den aus dem Betriebsprozess ermittelten Fahrzeugdaten geprüft.
  • Anhand der Identifikationsdaten und gegebenenfalls von Prozessdaten werden z.B. Adressdaten gebildet, mittels denen die Ressourcen des selektierten Betriebsprozesses adressiert und diesbezügliche Prozessergebnisse abgefragt werden. Z.B. sind in den geprüften Ressourcen, insbesondere den leittechnischen Einheiten, Statusdaten abgelegt, die vom Testrechner direkt abgefragt werden können, oder die von einer Steuervorrichtung zwischengespeichert werden und von dieser abgefragt werden können. Dabei können Statusdaten auch mehrfach abgefragt werden, um Änderungen zu verfolgen, die vom Betriebsprozess ausgelöst werden.
  • Damit die ermittelten Prozessergebnisse bzw. die diesbezüglichen Veränderungen der Elemente des Eisenbahnsystems geprüft werden können, werden Referenzdaten gebildet. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Z.B. werden die Veränderungen bzw. die Prozessergebnisse registriert, die ein implementierter Betriebsprozess verursacht. Die registrierten Prozessergebnisse werden in der Folge als Referenzfall für weitere gleichartige Betriebsprozesse verwendet. In der Annahme, dass der betreffende Teil des Eisenbahnsystems einwandfrei funktioniert, kann der Testrechner somit Betriebsprozesse und/oder entsprechende Prozessdaten registrieren und als Referenzfall in einer Datenbank ablegen. Die entsprechenden Referenzdaten, z.B. die ermittelten Prozessdaten bzw. Prozessgrössen, die vorzugsweise mit Zeitangaben verknüpft sind, können in der Folge für die Prüfung dieses oder gleicher Betriebsprozesse verwendet werden. Sofern das Eisenbahnsystem z.B. eine bestimmte Anzahl identisch ausgebildeter sternförmig auseinander laufender Fahrstrassen aufweist, so kann ein Referenzfall registriert und für alle identischen Fahrstrassen verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird das Eisenbahnsystem analytisch in Teile gegliedert, die in der Folge in Gruppen eingeordnet werden, in denen gleiche oder gleichartige Teile vorgesehen sind. Es können auch Teile einer Gruppe zugeteilt werden, die sich z.B. in einem Parameter unterscheiden, wobei der unterschiedliche Parameter registriert wird. Z.B. unterscheiden sich zwei Strecken lediglich durch den Abstand zwischen zwei Weichen oder Signalen. Sofern dem Testprozess dieser unterschiedliche Parameter bekannt ist, kann er resultierende zeitliche Verzögerungen bei der Prüfung berücksichtigen. Für unterschiedliche Gruppen von Betriebsprozessen können daher jeweils die entsprechenden Referenzdaten mit reduziertem Aufwand bereitgestellt werden. Diese Massnahmen sind in Eisenbahnsystemen, die aus weitgehend gleichartigen Modulen aufgebaut sind, besonders wirksam. Für die gleichartigen Module können zudem die generischen Beschreibungen mit reduziertem Aufwand bereitgestellt werden. Bei der Anwendung wird nach der Identifikation eines Betriebsprozesses somit vorzugsweise festgestellt, ob dieser einer Gruppe zugehört, für die bereits Referenzdaten bereitgestellt wurden.
  • In [6], Seite 3, ist ausgeführt, dass sich die überall gleichen technischen Grundzüge des Funktionierens der Eisenbahn, dem Zweck eines Verkehrssystems entsprechend und naturgesetzlichen Grundlagen Rechnung tragend zunächst, in Funktionen ausdrücken, die operativer Natur sind, weshalb die für die Ortsveränderung erforderlichen Funktionen in einem besonderen Masse geeignet sind, die Ausgangsbasis für die Definition einer generischen Referenz zu bilden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden daher einheitliche betriebliche Funktionen und Regeln, vorzugsweise generische betriebliche Funktionen und Regeln, für das Eisenbahnsystem erstellt und in der Folge für die Definition der Betriebsprozesse verwendet. Generische Beschreibungen können daher besonders effizient zur Bildung von Referenzdaten verwendet werden.
  • Für einen zu implementierenden Betriebsprozess, der eine Ortsveränderung betrifft, werden z.B. anhand von Infrastrukturdaten und Betriebsregeln Referenzdaten ermittelt. Der Testrechner ermittelt anhand der Infrastrukturdaten z.B., welche leittechnischen Einheiten zur Verfügung stehen und wie sie definitionsgemäss genutzt werden und verwendet vorzugsweise deren generische Beschreibung. Z.B. wird für den Aufbau und Abbau einer gesicherten Fahrstrasse geprüft, welche leittechnischen Einheiten, z.B. Weichen oder Signale, in welcher zeitlichen Abfolge bedient werden müssen. Ferner wird geprüft welche Eingangssignale und Ausgangssignale diesen leittechnischen Einheiten zugeordnet sind. Die entsprechenden generischen Beschreibungen der leittechnischen Einheiten werden daher zu einem Referenzprozess verknüpft. Für den Referenzprozess und die verketteten leittechnischen Einheiten werden Prozessdaten, d.h. Soll-Prozessgrössen, und vorzugsweise der zeitliche Ablauf festgelegt, innerhalb dem diese Soll-Prozessgrössen auftreten. Die Referenzdaten können daher Soll-Prozesse bzw. Referenzprozesse und/oder Soll-Prozessgrössen bzw. Referenzgrössen definieren, die mit den geprüften Prozessen bzw. mit den Prozessergebnissen verglichen werden. Die Referenzdaten können daher aus einzelnen oder verketteten Regeln eines generischen Referenzsystems bestehen. Entsprechenden Soll-Prozessgrössen können z.B. aus Tabellen, Flussdiagrammen oder State Event Charts entnommen werden.
  • Vor der Implementierung eines Betriebsprozesses werden vorzugsweise Prozessdaten dieses Betriebsprozesses und vorzugsweise zugehörige Fahrzeugdaten und/oder Infrastrukturdaten bereitgestellt, die vom Testrechner wahlweise abgerufen werden können. Anhand der zur Verfügung stehenden Prozessdaten identifiziert der Testrechner einzelne Betriebsprozesse. Für identifizierte Betriebsprozesse können dabei bereits für die Prüfung benötigte Referenzdaten vorliegen, die nach der Identifikation des Betriebsprozesses aus einer Datenbank abgerufen werden. Alternativ werden anhand von Prozessdaten und betrieblichen Regeln Referenzdaten für den ausgewählten Betriebsprozess ermittelt. Die Prozessdaten, die für die Bereitstellung von Referenzdaten auf diese Weise verwendet werden, sind normalerweise umfangreicher, als die Prozessdaten, die für die Identifikation eines Betriebsprozesses verwendet wurden. Prozessdaten, die für die Identifikation einerseits und die Bereitstellung von Referenzdaten andererseits verwendet werden, können auch eine Schnittmenge bilden. Die Prüfung kann unter Berücksichtigung der Art des Zugverkehrs, z.B. des Vorliegens von Personenverkehr, Güterverkehr, Rangierfahrten, etc., durchgeführt werden.
  • Die Prozessdaten umfassen vorzugsweise
    1. a) Daten der Planung, insbesondere Zuglaufdaten, und/oder
    2. b) Daten der Disposition, wie Fahrzeugdaten, und/oder
    3. c) Infrastrukturdaten des Gleisnetzes, und/oder
    4. d) Daten eines aktuellen Zuglaufs; und/oder
    5. e) externe und interne Einflussgrössen,
    wie Störungen, manuelle Eingriffe, Witterungseinflüsse
  • Anhand der Zuglaufdaten, der Fahrzeugdaten, insbesondere der Zugskonfigurationen und der befahrenen Infrastruktur können unter Berücksichtigung der Betriebsregeln Betriebsprozesse prognostiziert und entsprechende Referenzdaten erstellt werden.
  • Prozessergebnisse bestehen im Wesentlichen aus Prozessdaten oder werden aus Daten gebildet, die aus der Leittechnik, der Sicherungstechnik, der Zugbeeinflussung oder der Fahrzeugtechnik abgerufen werden können. Prozessergebnisse beschreiben daher die Zustände oder Zustandsänderungen von Elementen, insbesondere leittechnischen Einheiten, die Gegenstand des geprüften Betriebsprozesses sind.
  • Gestützt auf die Prüfung der Prozessergebnisse anhand der Referenzdaten, werden Meldungen abgegeben, die vorzugsweise
    1. a) die Kompatibilität der Referenzdaten mit dem geprüften Betriebsprozesses bestätigt;
    2. b) den erfolgreichen Abschluss der Prüfung bestätigt; und/oder
    3. c) die Abweichung der Prozessergebnisse von den Referenzdaten meldet.
  • Sofern die Kompatibilität der Referenzdaten mit dem geprüften Betriebsprozesses nicht gegeben ist, wird die Fehlerursache analysiert und eine Korrektur vorgenommen. Z.B. wird eine Anpassung oder Ergänzung der betrieblichen Regeln vorgenommen. Auf diese Weise kann das Prüfungssystem stetig verbessert werden.
  • Sofern Abweichungen von den Referenzdaten erkannt werden, können Fehlfunktionen im Eisenbahnsystem geprüft und Korrekturmassnahmen eingeleitet werden.
  • Besonders aufschlussreich ist die mehrfache Prüfung desselben Betriebsprozesses. Aus den jeweils erfassten Prüfungsergebnissen werden vorzugsweise Erwartungswerte ermittelt, sodass Abweichungen eines aktuell geprüften Betriebsprozesses von den Erwartungswerten festgestellt werden können. Vorzugsweise werden Daten, insbesondere Ereignisdaten gruppiert, wonach festgestellt wird, welcher Gruppe neue Ereignisse zuzuordnen sind. Für eine erste Gruppe sind z.B. keine Folgemassnahmen vorgesehen. Für eine zweite Gruppe werden Daten zur Überprüfung weitergeleitet. Für eine dritte Gruppe wird ein Alarm ausgelöst. Für eine vierte Gruppe wird z.B. korrigierend in das Eisenbahnsystem eingegriffen. Ferner können kontinuierliche Veränderungen von Prüfungsergebnissen für mehrfach implementierte und geprüfte Betriebsprozesse ermittelt werden. Der Betreiber des Eisenbahnsystems verfügt somit über einen "Sensor", mittels dessen Veränderungen, Engpässe und Überlastungen frühzeitig erkannt und notwendige Korrekturmassnahmen evaluiert und eingeleitet werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    den schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Eisenbahnsystems 100 in einer vorzugsweisen Ausgestaltung, mit einem zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Testrechner 1, der anhand von Referenzfällen und betrieblichen Regeln, die in Datenbanken 11, 12 gespeichert sind, Referenzdaten bildet und mit Prozessergebnissen identifizierter Betriebsprozesse vergleicht;
    Fig. 2
    ein Flussdiagramm für einen erfindungsgemässen Testprozess TP, anhand dessen der Testrechner 1 im Eisenbahnsystem 100 von Fig. 1 implementierbare Betriebsprozesse identifiziert, zugehörige Referenzdaten und Prozessergebnisse ermittelt und miteinander vergleicht;
    Fig. 3
    einen Teil des Eisenbahnsystems 100 von Fig. 1 mit Prozessergebnissen, die während des Ablaufs eines Betriebsprozesses, in dem ein Zug 9 einen Gleisabschnitt 8 durchfährt, im Bereich der Bahnsicherungstechnik 5 und der Zugbeeinflussung 7 auftreten und vom Testrechner 1 abgerufen werden können;
    Fig. 4
    das Eisenbahnsystem 100 von Fig. 1 mit einem Streckenabschnitt 8, innerhalb dem eine Fahrstrasse FS erstellt wird, mit einem schematisch gezeigten funktionalen System, welches Eingangsgrössen und Ausgangsgrössen mit Nachbarsystemen austauscht und entsprechende Funktionen erfüllt; und
    Fig. 5
    das Eisenbahnsystem 100 von Fig. 4 mit der schematischen Darstellung von Betriebsprozessen, von denen ein Teilprozess p vom Testrechner 1 identifiziert, selektiert und geprüft wird.
  • Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Eisenbahnsystems 100 in einer vorzugsweisen Ausgestaltung, mit wenigstens einem zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Testrechner 1, der mit einer oder mehreren verteilten Datenbanken 11, 12, ..., 14 verbunden ist, in denen einerseits für die Prüfung verwendete Referenzfälle und betriebliche Regeln und andererseits Prüfungsergebnisse gespeichert sind bzw. werden.
  • Die Darstellung in Fig. 1 umfasst die Grundkomponenten eines Eisenbahnsystems, nämlich "Fahrzeuge", "bauliche Infrastruktur" sowie "Leit- und Sicherungstechnik", die in [6], Seite 5, als aneinander anliegende Dreiecke dargestellt sind, die ein weiteres Dreieck einschliessen, welches die Betriebsverfahren und das Zusammenwirken von Fahrzeuge, baulicher Infrastruktur sowie Leit- und Sicherungstechnik symbolisiert.
  • Fig. 1 zeigt ein Modul 3 für die Leittechnik, ein Modul 5 für die Sicherungstechnik und ein dazwischenliegendes Modul 4 für die Verarbeitung von Daten, die in der Leittechnik 3 oder in der Sicherungstechnik 5 auftreten oder von aussen zugeführt werden. Weitere Module 2 und 6 repräsentieren die Planungstechnik und Disposition sowie die Fahrzeuge 9 und die Infrastruktur 8.
  • Übergeordnet ist ein Systemrechner 1000 vorgesehen, der vorzugsweise mit allen Modulen 1-9 direkt oder indirekt, ohne bidirektionale oder bidirektionale kommunizieren kann, um Daten zu sammeln oder auf das Eisenbahnsystem 100 einzuwirken. Grundsätzlich kann dieser Systemrechner 1000 in das Modul Leittechnik 3 integriert sein und/oder das Modul Datentransfer/Datenverarbeitung 4 umfassen. Ferner kann der Systemrechner 1000 auf weitere Rechnersysteme 1001, 1002, ... zugreifen, um benötigte Daten, insbesondere Daten externer Einflussgrössen, wie Witterungsdaten und Klimadaten, abzurufen oder ermittelte Daten abzuspeichern, die z.B. für die Verrechnung von Dienstleistungen oder die Wartung des Eisenbahnsystems 100 verwendet werden. Der symbolisch gezeigte Systemrechner 1000 kann vorzugsweise auch mit dem Testrechner 1 Daten wahlweise direkt oder indirekt austauschen, so dass dem Testrechner 1 vorzugsweise alle Daten des Eisenbahnsystems 100 zur Verfügung stehen und vorzugsweise vom Testrechner 1 ermittelte Daten und gegebenenfalls Steuerbefehle und/oder Alarme dem Eisenbahnsystem 100 zentral oder punktuell zugeführt werden können. Exemplarisch ist gezeigt, dass der Systemrechner 1000 mit einem Testfahrzeug 1003, welches auf dem Schienennetz des Eisenbahnsystems 100 verkehrt, Daten austauschen kann. Diese Daten können vom Systemrechner 1000 zum Testrechner 1 oder vom Testrechner 1 auch direkt vom Testfahrzeug 1003 abgefragt werden.
  • Die genannten Module 1-9 sowie 1000, 1001, 1002, 1003, die in bekannter Weise Nachrichten und Signale untereinander austauschen können, sind in Fig. 1 exemplarisch gezeigt. Sie können aber unterschiedliche Konfigurationen und Wechselwirkungen aufweisen. Die Kommunikation zwischen den Modulen 1-9 sowie 1000, 1001, 1002, 1003 kann drahtlos oder drahtgebunden, leitungsvermittelt oder paketvermittelt erfolgen.
  • Die dem Fachmann bekannten Grundfunktionen des Eisenbahnsystems sind in [9], L. Fendrich / W. Fengler, Handbuch Eisenbahninfrastruktur, 2. Auflage, Springer Verlag, 2007, beschrieben. Besonders relevant sind Kapitel 10, Leit- und Sicherungstechnik, Kapitel 17, Bahnbetriebliche Telekommunikationstechnik, und Kapitel 22, Anlagenmonitoring des Fahrwegs.
  • Die Module "Planung" und "Disposition" sind z.B. in [7] beschrieben. Zur Prüfung von Betriebsprozessen, welche Ortsverschiebungen von Fahrzeugen betreffen, sind insbesondere Zuglaufdaten relevant. Die Zuglaufdaten von Zügen werden vorzugsweise von einer Verwaltungseinheit geliefert, die Zugbewegungen überwacht und dazu von einem Planungs-Rechner Plandaten des Zuglaufs und von der Leittechnik Rückmeldungen des tatsächlichen Zuglaufs erhält, wie Daten der Einfahrt und Ausfahrt von Zügen in einen Streckenblock eines Betriebspunkts.
  • Der Testrechner 1 kann von den Modulen 2-9, 1000, ... statische und dynamische Informationen und Daten abfragen. Daten der Leittechnik 3 und der Sicherungstechnik 5 können über das Modul Datenverarbeitung 4 abgefragt werden. Plandaten, insbesondere Fahrplandaten, und gegebenenfalls Dispositionsdaten werden vom Modul 2 geliefert. Externe Prozessgrössen werden z.B. vom Systemrechner 1000 geliefert.
  • Der Testrechner 1 ermittelt dabei vorzugsweise selbsttätig zwei Arten von Informationen und Daten aus dem Eisenbahnsystem 100. Einerseits werden Prozessdaten, d.h. Daten und Informationen zu Betriebsprozessen aus den Modulen 2-9, 1000 abgerufen, die implementiert werden oder bereits implementiert wurden. Gestützt auf die Prozessdaten kann der Testrechner Betriebsprozesse identifizieren und selektieren. Aus den Fahrplandaten kann der Testrechner 1 z.B. ermitteln, dass ein Zug um 10:00 den Betriebspunkt A verlassen und zum Betriebspunkt B überführt wird. Den Gesamtprozess für diese Verschiebung oder Teilprozesse davon kann der Testrechner 1 einer Überwachung und Prüfung unterziehen. Es ist auch möglich, die Meldung der Abfahrt des Zuges vom Betriebspunkt A als Anreiz zu verwenden, den treffenden Betriebsprozess zu überwachen und zu prüfen.
  • Vorzugsweise werden auch Daten zu internen oder externen Prozessgrössen geladen, welche die Betriebsprozesse nicht direkt, sondern indirekt beeinflussen. Besonders relevant sind Daten der Witterung und Temperatur, welche die Betriebsprozesse erheblich beeinflussen können und bei der Prüfung vorzugsweise berücksichtigt werden.
  • Nebst Prozessdaten kann der Textrechner 1 andererseits auch Prozessergebnisse aus den Modulen 2-9, 1000 abgerufen, um diese mit Referenzdaten zu vergleichen. Diese Prozessergebnisse sind typischerweise Statusinformationen oder Informationen zu Statusänderungen für Prozesselemente bzw. funktionale Elemente des Eisenbahnsystems 100, wie leittechnische oder sicherheitstechnische Einheiten, die in den Betriebsprozess für die Ortsverschiebung des Zuges von A nach B involviert sind.
  • Meldungen über Statusänderungen der betreffenden Prozesselemente können über die verschiedene drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationskanäle des Eisenbahnsystems direkt oder indirekt zum Testrechner 1 übertragen werden. [8] offenbart ein Stellwerk zur Steuerung von dezentral angeordneten Funktionseinheiten, die über Kommunikationskanäle mit der Prozesssteuerungsanlage verbunden sind, umfassend eine Anzahl von rechnergestützten Steuerungseinheiten, wobei die Steuerungseinheiten gemäss einem Steuerungsplan in Serie oder parallel geschaltet sind und gemäss diesem Steuerungsplan Steuerungsdaten empfangen und/oder ausgeben. Als rechnergestützte Steuerungseinheiten werden Mobilgeräte verwendet. Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei einem Eisenbahnsystem gemäss [8] besonders einfach angewendet werden, da Prozessdaten, in [8] als Steuerungsdaten bezeichnet, über einen Kommunikationskanal direkt zum Testrechner 1 übertragen werden können. Die Kommunikation kann über ein GSM-Kommunikationsnetz, z.B. GSM-R oder LTE, oder über ein paketvermittelndes Netzwerk, wie das Internet zum Testrechner 1 übertragen werden, der mit den entsprechenden Kommunikationsvorrichtungen und Kommunikationsadressen ausgerüstet ist.
  • Der Testrechner 1 kann anhand von statischen und dynamischen Prozessdaten somit einzelne Betriebsprozesse identifizieren und selektieren. Für selektierte Betriebsprozesse kann der Testrechner 1 korrespondierende Prozessergebnisse, typischerweise dynamische Prozessdaten, aus dem Eisenbahnsystem abrufen und dazu beliebige Kommunikationskanäle nutzen.
  • Zur Prüfung des selektierten Betriebsprozesses werden Referenzdaten bereitgestellt, die mit den Prozessergebnissen verglichen werden.
  • Referenzdaten können auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Der Ablauf von Betriebsprozessen kann überwacht und die Prozessergebnisse können als Referenzdaten gespeichert werden. Die Steuervorrichtung des Eisenbahnsystems, die den selektierbaren Betriebsprozess kontrolliert, kann vor dessen Implementierung Identifikationsdaten und zugehörige Prozessparameter an den Testrechner 1 senden, sodass dieser die Referenzdaten daraus ableiten und speichern kann. Der Testrechner 1 kann auch Betriebsprozesse identifizieren und Referenzdaten anhand betrieblicher Regeln und der Verwendung von Prozessdaten erstellen, wie dies oben beschrieben wurde.
  • Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm für einen erfindungsgemässen Testprozess TP, anhand dessen der wenigstens eine Testrechner 1 im Eisenbahnsystem 100 von Fig. 1 implementierbare Betriebsprozesse identifiziert, zugehörige Referenzdaten und Prozessergebnisse ermittelt und miteinander vergleicht. Der Testprozess TP bzw. das Testverfahren umfasst mehrere Prozessschritte S1, ..., S7, von denen einige in der Reihenfolge vertauscht oder parallel ausgeführt werden können. Der Testprozess TP wird vorzugsweise repetitiv durchlaufen, um möglichst viele Informationen über das Eisenbahnsystem zu gewinnen.
  • Gemäss Prozessschritt S1 werden Prozessdaten für die Betriebsprozesse des Eisenbahnsystems 100 bereitgestellt. Exemplarisch ist gezeigt, dass die benötigten Prozessdaten vom Systemrechner 1000 gesammelt und bereitgestellt werden können. Ferner können Prozessdaten direkt aus weiteren Modulen 2-9 des Eisenbahnsystems 100 abgefragt werden. Solche Prozessdaten, wie z.B. Fahrplandaten, sind in bekannten Eisenbahnnetzen vorhanden und werden routinemässig generiert und bilden typischerweise Eingangsgrössen der durchgeführten Betriebsprozesse. Dabei können für jeden Prozess spezifische Daten oder auch für alle Prozesse gültige Daten bereitgestellt werden.
  • Teile und Module des Eisenbahnsystems, die Signale und Meldungen bzw. Prozessdaten erzeugen, wurden einleitend mit Verweis auf die Dokumente [1] bis [8] beschrieben. Prozessdaten können dabei statische oder dynamische Zustände von Funktionseinheiten im Eisenbahnnetz 100 betreffen. Ferner können Prozessdaten geplante und tatsächliche Prozessereignisse betreffen, die idealerweise zeitlich zusammenfallen. Prozessdaten können auch Informationen zu bereits implementierten Betriebsprozessen betreffen. Im Gegensatz zu Prozessergebnissen betreffen Prozessdaten typischerweise Prozessgrössen, die bei der Initialisierung der Betriebsprozesse auftreten.
  • Die im Prozessschritt S52 genannten Prozessergebnisse sind grundsätzlich ebenfalls Prozessdaten, die jedoch relevante Ergebnisse der Betriebsprozesse betreffen und typischerweise gegen Ende der Prozessphasen auftreten. Prozessergebnisse bilden daher eine besondere Klasse der Prozessdaten.
  • Gemäss Prozessschritt S2 werden Identifikationsdaten für Betriebsprozesse ermittelt, die geplant oder bereits implementiert sind.
  • Gemäss Prozessschritt S3 wird ein Betriebsprozess identifiziert und selektiert, der einer Prüfung unterworfen werden soll. Die Selektion kann zufällig erfolgen. Z.B. werden Betriebsprozesse eines Fahrplans sequenziell erfasst und geprüft. Gemäss Modul S30 kann der Identifikationsprozess jedoch gesteuert werden, sodass z.B. verschiedene Funktionsarten einer Prüfung unterzogen werden. Z.B. kann für eine Ortsverschiebung eines Zuges von A nach B die Leittechnik, die Sicherungstechnik, die Fahrzeugtechnik, die Weichentechnik, die Signaltechnik und/oder die Kommunikationstechnik geprüft werden. D.h., es können die Eingangssignale und Ausgangssignale von Funktionseinheiten dieser technischen Bereiche geprüft werden. Der Betreiber des Eisenbahnnetzes 100 kann jedoch auch Betriebsprozesse prüfen lassen, die für die Disposition relevant sind.
  • Nach Identifikation eines Betriebsprozesses werden für diesen im Prozessschritt S4 Referenzdaten und im Prozessschritt S5 Prozessergebnisse ermittelt, die im Prozessschritt S6 miteinander verglichen werden.
  • Die Ermittlung von Referenzdaten im Prozessschritt S4 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Vorzugsweise wird geprüft (Prozessschritt S43), ob für diesen Betriebsprozess in der Datenbank 12 bereits Referenzdaten bzw. ein Referenzfall vorliegt. In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung wird geprüft (Prozessschritt S42), ob der Betriebsprozess einer Gruppe von Betriebsprozessen zugehört, für die bereits Referenzdaten bzw. ein Referenzfall vorliegt. Sofern noch kein Referenzfall vorliegt, werden Referenzdaten anhand von betrieblichen Regeln aus Datenbank 11, gegebenenfalls unter Einbezug von Prozessdaten ermittelt (Prozessschritt S41). Z.B. werden Daten des Teils der Infrastruktur hinzugezogen, welcher vom Betriebsprozess genutzt wird. Aus den Infrastrukturdaten werden die involvierten Prozesselemente sowie deren Standorte ermittelt. Anhand der betrieblichen Regeln wird in der Folge festgestellt, welche Statusänderungen für die involvierten Prozesselemente bei Ablauf des Betriebsprozesses zu erwarten sind. Die für diesen Betriebsprozess ermittelten Referenzdaten werden in der Datenbank 12 abgelegt und stehen als Referenzfall zur Verfügung, falls derselbe Betriebsprozess ein weiteres Mal selektiert wird. Die beispielsweise genannten Prozessschritte S41, S42, S43 und S44 können als Alternativen oder, wie beschrieben, in Kombination miteinander verwendet werden.
  • Für die Ermittlung der Prozessergebnisse im Prozessschritt S5 werden anhand des identifizierten Betriebsprozesses vorzugsweise unter Berücksichtigung von Prozessdaten Prozesselemente ermittelt, die bei der Implementierung des identifizierten Betriebsprozesses genutzt werden. Für eine Ortsverschiebung eines Zuges zwischen den Betriebspunkten A und B wird anhand von Infrastrukturdaten vorzugsweise festgestellt, welche Prozesselemente, wie leittechnische Einheiten, Weichen, Signale, Übergänge , Barrieren, bei der Implementierung des Betriebsprozesses genutzt werden. Für diese Prozesselemente werden Statusänderungen während des Ablaufs des identifizierten Betriebsprozesses registriert und entsprechende Prozessergebnisse gebildet. Die Abfrage von Statusänderungen kann auch nur zu bestimmten Zeitpunkten erfolgen.
  • Vorzugsweise werden für die identifizierten Prozesselemente Adressdaten gebildet oder geladen, mittels denen für die betreffenden Prozesselemente Prozessergebnisse z.B. von der Leittechnik, der Sicherungstechnik, der Zugbeeinflussung, der Fahrzeugtechnik oder direkt von den Prozesselementen abgefragt werden können.
  • Im Prozessschritt S6 erfolgt abschliessend der Vergleich der ermittelten Prozessergebnisse mit den ermittelten Referenzdaten.
  • Die im Prozessschritt S6 gebildeten Vergleichsergebnisse werden im Prozessschritt S7 ausgewertet, um Prüfungsresultate für den geprüften Betriebsprozess zu bilden, die vorzugsweise als Grundlage für notwendige Aktionen verwendet werden. Prüfungsergebnisse werden in der Datenbank 14 abgelegt und können mittels des Testrechners 1 oder weiterer Recheneinheiten beliebig analysiert und statistisch ausgewertet werden, um Fehler, Schwächen und Veränderungen, insbesondere Belastungsänderungen des Eisenbahnnetzes 100 zu identifizieren. Zur Evaluation der Vergleichsergebnisse können auch zuvor ermittelte Prüfungsergebnisse aus der Datenbank 14 ausgelesen und verwendet werden. Vergleichsergebnisse und Prüfungsresultate werden im Rahmen primärer Aktionen vorzugsweise in der Datenbank 14 abgelegt. Im Rahmen sekundärer Aktionen werden vorzugsweise Rückwirkungen auf das Eisenbahnsystem 100 ausgelöst. Dabei können Fehler signalisiert und Alarme ausgelöst werden. Ferner können Steuersignale mit entsprechender Priorität abgegeben werden. Sollte z.B. auf einer Fahrstrecke eine Kollisionssituation detektiert werden, die durch die Sicherheitstechnik nicht aufgefangen wurde, so können Signale geschaltet und die betreffenden Fahrzeuge ggf. angesteuert werden, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Fig. 3 zeigt symbolisch einen Teil des Eisenbahnsystems 100 von Fig. 1 mit Prozessergebnissen, die während des Ablaufs eines Betriebsprozesses, in dem ein Zug 9 einen Gleisabschnitt 8 durchfährt, im Bereich der Bahnsicherungstechnik 5 und der Zugbeeinflussung 7 auftreten und vom Testrechner 1 abgerufen werden können. Der gezeigte Teil des Eisenbahnsystems 100 betrifft einen Regelkreis der Betriebssicherheit im Schienenverkehr, wie er in [9], Kapitel 10.1.3, Seite 492, Abb. 10.4, gezeigt und beschrieben ist. Dort ist ausgeführt, dass zur Fahrt eines Zuges 9 in einem Gleisabschnitt 8 der zugehörige Lichtraum von allen Gegenständen frei sein soll und die dabei befahrenen beweglichen Fahrwegelemente die richtige Lage eingenommen haben sollen. Diese Zustände oder Zustandsänderungen werden durch eine Sensorik erfasst. Die Gleisfreimeldung steht dabei für die Freiheit des Gleises 8 von anderen Schienenfahrzeugen. Die Lichtraumfreimeldung steht für die Freiheit des Gleises 8 von systemfremden Objekten. Wenn der Gleisabschnitt 8 durch den vorangegangenen Zug 9' verlassen wurde, wird der Gleisabschnitt 8 freigemeldet. Nach der Informationsverarbeitung muss eventuell noch ein Stellbefehl ausgegeben werden, um die beweglichen Fahrwegelemente in die richtige Stellung zu bringen, was ein erneutes Einlesen der Lage zur Folge hat. Sind die Voraussetzungen erfüllt, kann ein Fahrbefehl ausgegeben werden. Dieser führt zur Beschleunigung des Fahrzeugs 9, das in den Gleisabschnitt 8 einfahren kann. Die Einhaltung der dabei zulässigen Geschwindigkeit wird durch die Zugbeeinflussung 7 überwacht. Die Eingangssignale a, b, c der Messwerterfassung (Sensorik), die Ausgangssignale d, d1, d2, d3 der Steuerwertausgabe, Steuersignale e von der Zugbeeinflussung 7 sowie Signale f, g von den Fahrzeugen 9, 9' können dabei vom Testrechner 1 als Prozessergebnisse erfasst werden. Wie dies in [8] beschrieben ist, können Mobilgeräte als rechnergestützte Steuerungseinheiten verwendet werden, die entsprechende Statusänderungen über ein Mobilfunknetz zum Testrechner 1 übertragen.
  • Fig. 4 zeigt das Eisenbahnsystem 100 von Fig. 1 mit einem Streckenabschnitt 8, innerhalb dem eine Fahrstrasse FS erstellt wird, mit einem schematisch gezeigten funktionalen System, welches Eingangsgrössen und Ausgangsgrössen mit Nachbarsystemen austauscht und entsprechende Funktionen erfüllt. Gemäss [6], Seiten 64-56 (siehe Bild 29) nehmen Input und Output bei der Abgrenzung eines zu betrachtenden funktionalen Systems einen besonderen Stellenwert ein. Durch sie wird definiert, was das funktionale System zu leisten hat (Output) und was es nicht leisten, sondern von anderen Systemen übernehmen soll (Input). Wer oder was diese Inputs liefert, ist bei generischer Betrachtungsweise im Prinzip unerheblich. Deshalb könnte theoretisch die Angabe der Nachbarsysteme entfallen und die Abgrenzung allein durch die Angaben zu den In- und Outputs vorgenommen werden. Ergänzend sind Funktionen s1, s2 gezeigt, welche nicht als Output zu einem Nachbarsystem übertragen werden, sondern z.B. eine Konfigurationsänderung des funktionalen Systems betreffen. Die Signale Input x, y, z und Output o können wiederum zum Testrechner 1 übertragen werden. Für jedes funktionale System können betriebliche Regeln festgelegt werden, die das Verhalten des funktionalen Systems, welches ein Prozesselement darstellt, bei Ablauf des Betriebsprozesses beschreiben. Nachdem das betreffende Prozesselement für einen Betriebsprozess identifiziert wurde, können somit das erwartete Verhalten dieses Prozesselements und entsprechende Referenzdaten festgelegt werden. Ebenso kann in der Folge das tatsächliche Verhalten dieses Prozesselements mit entsprechenden Prozessergebnissen erfasst werden. Abläufe im gezeigten funktionalen System bilden prinzipiell einen Betriebsprozess. Durch Verkettung der generischen Beschreibungen mehrerer funktionaler Systeme werden grössere Betriebsprozesse beschrieben bzw. entsprechende Referenzdaten bereitgestellt. Der Testrechner 1 kann zudem als Nachbarsystem betrachtet werden, dem ein Output, nämlich Statusmeldungen übermittelt werden. Die funktionalen Systeme, wie die in [8] beschriebenen Mobilendgeräte, weissen vorzugsweise eine Schnittstelle auf, über die sie Daten zum Testrechner 1 übertragen können.
  • Das funktionale System ist Teil einen Streckenabschnitts 8, in dem anhand des identifizierten Betriebsprozesses eine Fahrstrasse FS erstellt und leittechnische Einheiten, wie Weichen W1, W2 entsprechend angesteuert werden. Der Streckenabschnitt 8 korrespondiert z.B. zum Streckenabschnitt 8 von Fig. 3 und wird entsprechend überwacht und gesteuert. Möglich ist ferner die Prüfung von kürzeren Gleisabschnitten, z.B. des Gleisabschnitts zwischen den Weichen W1 und W2, oder punktuell von Elementen des Eisenbahnsystems 100.
  • Fig. 5 zeigt das Eisenbahnsystem 100 von Fig. 4 mit der schematischen Darstellung von Betriebsprozessen, von denen ein Teilprozess p, der z.B. zum funktionalen System von Fig. 4 korrespondiert, vom Testrechner 1 identifiziert, selektiert und geprüft wurde. Es ist schematisch gezeigt, dass mehrere Betriebsprozesse parallel zueinander ablaufen können oder dass ein Betriebsprozess mehrere parallel oder seriell zueinander verlaufende Teilprozesse aufweisen kann. In der gezeigten Darstellung wird der Teilprozess p geprüft und es werden Prozessgrössen x, y, s und o als Prozessergebnisse erfasst, anhand derer der Teilprozess P unter Berücksichtigung generischer Beschreibungen des Teilprozesses P bzw. entsprechender Referenzdaten geprüft wird.
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Claims (15)

  1. Verfahren zur Prüfung eines Eisenbahnsystems (10) oder Teilen davon, welches
    - Ressourcen einer baulichen Infrastruktur (8), insbesondere ein Gleisnetz,
    - Fahrzeug-Ressourcen (9),
    - Ressourcen einer Leittechnik (3) und
    - Ressourcen einer Sicherungstechnik (5)
    umfasst, die von wenigstens einem Steuersystem (2, 3, 4, 5) anhand von Betriebsregeln und Betriebsverfahren (p1, ..., pn) genutzt werden, mittels denen definierte Betriebsprozesse (p) fallweise implementiert werden, denen Prozessdaten, wie Eingangsgrössen (x, y, z), Ausgangsgrössen (o) und Betriebsgrössen (s), zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Eisenbahnsystems (100) implementierte Betriebsprozesse (p) identifiziert und Prozessergebnisse der identifizierten Betriebsprozesse (p) aus dem Eisenbahnsystem (100) erfasst und in einem Testrechner (1) mit Referenzdaten verglichen werden, um den Ablauf der identifizierten Betriebsprozesse (p) zu prüfen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Betriebsprozess vor der Implementierung Prozessdaten bereitgestellt werden, die vom Testrechner (1) zur Identifikation eines Betriebsprozesses (p) und/oder zur Bereitstellung dazu korrespondierender Referenzdaten und/oder zur Ermittlung dazu korrespondierender Prozessergebnisse genutzt werden können.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten wahlweise
    a) Daten der Planungstechnik (2) und Disposition, insbesondere Zuglaufdaten,
    b) Prognosedaten,
    c) Daten der Leittechnik (3),
    d) Daten der Sicherungstechnik (5),
    e) Daten der Fahrzeuge (9),
    f) Daten der Infrastruktur (8), insbesondere des Gleisnetzes,
    sowie Daten zur temporären Gültigkeit dieser Prozessdaten umfassen können.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Testrechner (1) anhand von Prozessdaten Identifikationsdaten ermittelt, mittels denen zu prüfende Betriebsprozesse identifiziert werden, wobei Identifikationsdaten vorzugsweise unter Berücksichtigung von Fahrplandaten ermittelt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Identifikationsdaten unter Berücksichtigung von statischen oder dynamischen Prozessdaten ermittelt werden, wobei innerhalb der Infrastruktur (8) vorzugsweise Statusänderungen festgestellt und zugehörige Betriebsprozesse identifiziert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Testrechner (1) für einen identifizierten Betriebsprozess gespeicherte Referenzdaten aus einer Datenbank (12, 13) lädt oder dass der Testrechner (1) Referenzdaten anhand von Prozessdaten und gespeicherten betrieblichen Regeln ermittelt, wobei die Referenzdaten dem erwarteten Verhalten des identifizierten Betriebsprozesses entsprechen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzdaten für einen identifizierten Betriebsprozesse unter Berücksichtigung von Daten der Infrastruktur des Eisenbahnsystems (100) gebildet werden, wobei anhand der Infrastrukturdaten vom identifizierten Betriebsprozess genutzte Prozesselemente, wie leittechnische Einheiten identifiziert und für diese die betrieblichen Regeln angewendet werden, um den identifizierten Prozess ganz oder teilweise abzubilden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Identifikationsdaten und gegebenenfalls Prozessdaten, insbesondere Infrastrukturdaten, vom identifizierten Betriebsprozess genutzte Prozesselemente, wie leittechnische Einheiten, identifiziert werden, für die während des Ablaufs des identifizierten Betriebsprozesses Statusänderungen registriert und entsprechende Prozessergebnisse gebildet werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die identifizierten Prozesselemente Adressdaten gebildet oder geladen werden, mittels denen für diese Prozesselemente Prozessergebnisse von der Leittechnik (3), der Sicherungstechnik (5), der Zugbeeinflussung (7), der Fahrzeugtechnik (9) oder direkt von den Prozesselementen abgefragt werden können.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass gestützt auf die Prüfung der Prozessergebnisse durch Vergleich mit den Referenzdaten, eine Meldung abgegeben wird, welche
    a) die Kompatibilität der Referenzdaten mit dem geprüften Betriebsprozesses bestätigt;
    b) den erfolgreichen Abschluss der Prüfung bestätigt; und/oder
    c) die Abweichung der Prozessergebnisse von den Referenzdaten meldet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass gestützt auf die Prüfung der Prozessergebnisse durch Vergleich mit den Referenzdaten, ein Fehlverhalten des Eisenbahnsystems (100) ermittelt wird und
    a) Alarmmeldungen abgegeben werden; und/oder
    b) Steuersignale an das Eisenbahnsystem (100) abgegeben werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfungsergebnisse für einen mehrfach implementierten und geprüften Betriebsprozess (p) gemittelt werden und dass Abweichungen des aktuell geprüften Betriebsprozesses (p) von den zuvor erstellten Mittelwerten ermittelt werden, oder dass Veränderungen von Prüfungsergebnissen für einen mehrfach implementierten und geprüften Betriebsprozess ermittelt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der implementierten Betriebsprozesse repetitiv für verschiedene Zeitabschnitte eines Tages, eine Woche, eines Monats oder eines Jahres durchgeführt wird und/oder dass die Prüfung der implementierten Betriebsprozesse wahlweise nach Art der Betriebsprozesse durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsprozesse identifiziert und entsprechend ihren Eigenschaften in Gruppen geordnet werden, denen je dazu korrespondierende Referenzdaten zugeordnet werden, wonach für identifizierte Betriebsprozesse die Zugehörigkeit zu einer Gruppe geprüft und die entsprechenden Referenzdaten geladen werden.
  15. Eisenbahnsystem mit wenigstens einem Testrechner (1), in dem wenigstens ein Softwareprogramm installiert oder ein Testprozess (TP) implementiert ist, die der Durchführung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 - 14 dienen.
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