EP4079600A1 - Verfahren zur optimierten belegungsbewertung für die erteilung einer fahrerlaubnis für ein schienenfahrzeug/zug bei einem vorausfahrenden zug - Google Patents

Verfahren zur optimierten belegungsbewertung für die erteilung einer fahrerlaubnis für ein schienenfahrzeug/zug bei einem vorausfahrenden zug Download PDF

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EP4079600A1
EP4079600A1 EP21191486.6A EP21191486A EP4079600A1 EP 4079600 A1 EP4079600 A1 EP 4079600A1 EP 21191486 A EP21191486 A EP 21191486A EP 4079600 A1 EP4079600 A1 EP 4079600A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
train
target section
target
section
destination
Prior art date
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Pending
Application number
EP21191486.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Hofer
Bernhard Diethelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility AG
Original Assignee
Siemens Mobility AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility AG filed Critical Siemens Mobility AG
Publication of EP4079600A1 publication Critical patent/EP4079600A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L21/00—Station blocking between signal boxes in one yard
    • B61L21/10—Arrangements for trains which are closely following one another
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/08—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only
    • B61L23/14—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only automatically operated
    • 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
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for optimized occupancy evaluation for granting a driving license (movement authority) for a rail vehicle/a train when a train is driving in front.
  • the trackside safety systems (interlocking, RBC, partly also control technology) must ensure both reliable signaling and smooth operation for rail traffic and optimally support the operating processes.
  • the demands regarding capacity (throughput) have increased before and since the introduction of electronic security systems and will continue to increase due to social developments. At the same time, there is a demand for cheaper and less complex solutions (cost pressure from infrastructure operators).
  • the figure 1 an overview of the current structure of security systems and also shows how a possible simplified structure could be designed for the future.
  • the route is the ordered set of all relevant instances of switches, track sections, etc., which form the route from a possible start to the next possible destination.
  • route data of route instances must be consistent with the underlying outdoor facility, as they declare the continuity and freedom from interruptions of routes and thus bear safety responsibility (SIL 4). Therefore, in the case of conversions and extensions - in addition to the individual elements such as points, etc. - they must always be consistently updated and checked for completeness and correctness.
  • ETCS stop/location signals EHS/ESS
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for optimized occupancy evaluation for issuing a driving license (movement authority) for a train in a target section secured with a destination, e.g. a track section for a station stop, with a preceding train, with which a a high level of safety and at the same time a high degree of flexibility in route use can be achieved without major additional investment and/or engineering requirements.
  • a driving license movement authority
  • this arriving train including the shelter preceding the train, is shorter than the destination section, the arriving train does not have to catch up to the original stopping point in this destination section, but can, due to the shortened end-of -Authority (EoA) come to a halt well before the original stopping point at the end of the target section and can therefore be allowed to enter the target section even sooner, since a longer remaining occupancy period is tolerable in this case. It is therefore necessary to withdraw the End of Authority EoA for this occupancy check at least to the extent that the slipping path thus withdrawn ends at destination 4 at the latest (otherwise the section after the destination would also have to be free). If the EoA is pulled back even further (e.g. up to panel T1), this subsequently increases the tolerable remaining occupancy time again when the train leaves destination section 6.
  • EoA end-of -Authority
  • Valuable seconds (approximately 4 to 8 seconds) can thus be gained in the train sequence at the station entrances for trains in general and in particular also for trains that are shorter than the destination section. With a cycle time of 120 seconds, this corresponds to a time gain of around 5% without having to have invested in additional security hardware.
  • a suitable way of correctly determining the remaining occupancy time can be achieved if the remaining occupancy time is determined from the parameters length of the preceding train, current speed of the preceding train and the position of the preceding train.
  • the remaining occupancy period for the departing train is dynamically re-evaluated if the train is already entering the target section, and the driving license (MA) issued to the train continues in the target section (6) can be extended into. Accordingly, the driving license can even reach right up to the destination. In this way, the incoming train can enter the target section more quickly because the braking curve relevant to it is shifted further and further towards the target point (i.e. it is shifted further and further backwards in the direction of travel into the target section).
  • the movement authority assigned to the train for entry into the target section is assigned a target value (end of authority) which, viewed in the direction of travel of the train and calculated from the start of the target section, is essentially the length of the train and the shelter reserved for this train.
  • the corresponding End of Authority (EoA) dynamically determined as the new destination is dynamically shown to the train driver on the display of the onboard unit and monitored for compliance with the intended stopping point, which is now dynamically determined as seen in the direction of travel.
  • EoA End of Authority
  • track vacancy detection devices typically play a safety-relevant role in the statically generated EoA at the destination of the destination section.
  • an unambiguous train entity that can be addressed by the control system can be formed in a suitable manner, for which the movement authority initiates, the target value of the movement authority is output by the control system to the interlocking and then, after the route has been secured accordingly Movement Authority carried out by a radio block center and transmitted to the train (i.e. its onboard unit) in a secure signaling manner.
  • the method mentioned above is particularly suitable if the train protection of the target section and of the Slipping distance is executed according to ETCS Level 2 or higher and the train protection system monitors actual compliance by issuing the dynamically determined target value (EoA).
  • EoA dynamically determined target value
  • FIG 1 a schematic representation of the structure of today's existing railway safety systems and a future train-oriented safety logic working with train instances.
  • the dispatching level with the control system (control level) and the interlocking and the radio block centers (RBC, from ETCS Level 2 and higher) in the security level are clearly recognizable in the solutions used today.
  • This destination section 6 is secured with an entry signal 3 and a destination signal 4 and is located in front of this destination signal 4 as seen in the direction of travel of train 2 (see arrow on the symbol for train 2).
  • control system For the granting of a movement authority MA for entry into the target section 6, it may be necessary in the present invention for the control system to know the length of the train 2 and a shelter 8 to be reserved in front of the train 2. In addition, a slip path 10 downstream of the target signal 4 can also be known in the control system.
  • the control system checks whether the conditions for granting Movement Authority and its destination, which is also known as End of Authority EoA, are met. With this method, the control system-side initiation and interlocking/RBC-side reliable signaling of the movement authority for train 2 to enter the target section 6 takes place if a target section 6 is leaving for a remaining occupancy period determined for the target section 6 preceding train 12 falls below a predetermined limit value.
  • the remaining occupancy period can be determined from the parameters length of the train 12 driving ahead, the current speed of the train 12 driving ahead and the position of the train 12 driving ahead.
  • the train 2 it is possible for the train 2 to be able to enter the destination section 6 when the train 12 traveling in front has not yet completely left the destination section 6, but for the remaining occupancy time of this destination section 6 by the preceding section and out of the destination section 6 exiting train 12 falls below a predetermined limit.
  • This situation is indicated for the preceding train 12 by means of the arrow symbol, which is still partly in the destination section 6 located, shown.
  • the remaining occupancy time now states how much time the train 12 driving ahead will still need in order to have cleared the target section 6 with a sufficiently high probability (ie to have left it).
  • this arriving train 2 including its shelter 8 preceding train 2, is shorter than destination section 6.
  • the arriving train must therefore 2 does not even catch up to the original destination/stopping point 4 in this destination section 6, but can now already clearly before the original destination/stopping point 4 due to the shortened end-of-authority EoA signaled in the display of the onboard unit already come to a stop at predefinable, dynamically allocated stopping points T1, T2 or T3 in the destination section 6 and can therefore be allowed to enter the destination section 6 even sooner, since a longer remaining occupancy period is tolerable in this case.
  • the dynamically allocated stopping point (the End of Authority EoA) has been placed at stopping point T2, as should also be symbolized with a corresponding braking curve 16 .
  • the MA which was initially only granted up to T2
  • T2 can be dynamic be extended to T3 and then to target signal 4.
  • train 2 can enter the destination track more quickly, since the EoA (at T2, T3 and finally at destination signal 4) is far enough from the effective stopping point (T2) and the braking curve monitor does not allow the train to brake unnecessarily early.
  • T2 the destination point
  • TPR Train Position Report
  • a timer with the value of the remaining occupancy period can now be "raised” at the same time as the driver's license is received. However, if this timer expires before the target section 6 is actually reported as being free, for example via an axle counting system, then the travel clearance (MA) that was issued early is immediately reduced. The value of the remaining occupancy period for the reported speed is calculated assuming a constant speed, which is why the value when determining the accelerating behavior of the departing train 12 is even better on the safe side.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur optimierten Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) bei einem vorausfahrendem Zug (12) für einen Zug (2), dessen Einfahrt in einen mit einem Zielpunkt (4) gesicherten und in Fahrtrichtung des Zuges (2) gesehen vor diesem Zielpunkt (4) liegenden Zielabschnitt (6) unmittelbar bevorstehend vorgesehen ist, gelöst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:a) Bekanntgeben der Länge des Zuges (2) an ein auch diesen Streckenabschnitt (6) abdeckendes Leitsystem für die Zugdisposition;b) Leitsystem- und Stellwerk-seitiges Vorsehen eines dem Zielpunkt (4) nachgeordneten Durchrutschweges (10); undc) Leitsystem-seitiges Initiieren und Stellwerk-/RBC-seitiges Erteilen einer für die Einfahrt in den Zielabschnitt (6) berechtigenden Movement Authority für den Zug (2), wenn für eine für den Zielabschnitt (6) bestimmte Restbelegungsdauer durch einen den Zielabschnitt (6) verlassenden vorausfahrenden Zug (12) ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimierten Belegungsbewertung für die Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) für ein Schienenfahrzeug/einen Zug bei einem vorausfahrenden Zug.
  • Die streckenseitigen Sicherungsanlagen (Stellwerk, RBC, zum Teil auch Leittechnik) müssen für den Bahnverkehr sowohl einen signaltechnisch sicheren als auch einen reibungslosen Betriebsablauf gewährleisten und die Betriebsprozesse optimal unterstützen. Die Ansprüche bzgl. Kapazität (Durchsatz) sind vor und seit der Einführung elektronischer Sicherungsanlagen gestiegen und werden aufgrund der gesellschaftlichen Entwicklung weiterhin ansteigen. Gleichzeitig steht die Forderung nach günstigeren und weniger komplexen Lösungen (Kostendruck seitens Infrastrukturbetreiber) dazu im Raum.
  • Zur Orientierung zeigt die Figur 1 einen Überblick über die heutige Struktur von Sicherungsanlagen und zeigt auch wie eine mögliche vereinfachte Struktur für die Zukunft gestaltet sein könnte.
  • Bei den elektronischen, streckenseitigen Sicherungsanlagen gibt es mehrere Ausprägungen mehrerer Hersteller. Bezogen auf die SBB (Infrastrukturbetreiber mit einer der höchsten Zugdichten im Bahnverkehr Europas) sind das die Folgenden:
    1. 1. Siemens: Stellwerk Simis® W CH + RBC Trainguard® 200 RBC + Leittechnik Iltis®
    2. 2. Thales: Stellwerk Elektra II + RBC Thales + Leittechnik Iltis®
  • Diese Stellwerke basieren entweder auf dem ursprünglichen Spurplanprinzip (Simis® W CH) oder auf dem ursprünglichen Verschlussplanprinzip (Elektra II), wobei aufgrund der Möglichkeiten in den elektronischen Systemen und den Tools zu deren Bereitstellung die Umsetzung dieser Prinzipien nicht mehr in reiner Form erfolgt.
  • Gemeinsam ist beiden Ansätzen, dass jede mögliche Rangier- und Zugfahrt über Fahrstrasseninstanzen abgewickelt wird. Als Fahrstrasse wird dabei die geordnete Menge aller relevanten Instanzen von Weichen, Gleisabschnitten, etc. bezeichnet, welche den Fahrweg von einem möglichen Start bis zu einem nächstmöglichen Ziel bilden.
  • Dies gilt insbesondere für die Leittechnik und den zentralen Teil des Stellwerks (Komponente IIC/OMC bei Simis® W CH) bzw. für das gesamte Stellwerk (Elektra II). Die RBC beider Hersteller folgen jeweils ähnlichen Prinzipien, stützen aber in jedem Fall auf zuverlässigen Informationen des jeweiligen Stellwerks ab, die wiederum auf der Basis der o.g. Fahrstrasseninstanzen ermittelt werden.
  • Die Anzahl der Fahrstrasseninstanzen und deren Kombinationen (mehrere aufeinanderfolgende Fahrstrassen) macht einen erheblichen Teil der Daten der Sicherungsanlage aus. Die Fahrweg-Daten von Fahrstrasseninstanzen müssen konsistent mit der zugrundeliegenden Aussenanlage sein, da sie die Stetigkeit und Unterbruchsfreiheit von Fahrwegen deklarieren und damit Sicherheitsverantwortung tragen (SIL 4). Sie müssen daher bei Umbauten und Erweiterungen - zusätzlich zu den einzelnen Elementen wie Weichen, etc. - in jedem Fall konsistent nachgepflegt und auf Vollständigkeit und Korrektheit geprüft werden.
  • Bei den bisherigen Kapazitätssteigerungen (sowohl mit ETCS L0 bzw. L1LS als auch mit ETCS L2) wurde dabei der Ansatz verfolgt noch mehr Fahrstrassenabschnitte durch die Unterteilung mit weiteren Start- und Ziel-Elementen (optische Signale oder ETCS-Haltsignale/ETCS-Standortsignale, kurz EHS/ESS) einzuführen. Dies bedingt eine ungleich höhere Zahl an Signalen und Fahrstrasseninstanzen und deren Kombinationen und wirkt sich negativ auf die Beherrschbarkeit dieser Daten aus.
  • Ideen für ETCS L3, insbesonders Hybrid L3, gehen hier noch einen Schritt weiter und versuchen in einigen Ansätzen die optimale Länge dieser und noch mehr zusätzlicher Fahrstrasseninstanzen zu ermitteln (Virtual Subsectioning, Virtual Block). Allerdings wird in diesen Ansätzen oft als einziges Kriterium die Verbesserung des Headways zwischen zwei Zügen insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten herangezogen. Vollständiger Moving Block gemäss ETCS L3 wird in diesem Bereich vor dem Hintergrund des Fahrens im absoluten Bremswegabstand dabei kaum als Mehrwert betrachtet und für das Fahren im relativen Bremswegabstand bei hohen Geschwindigkeiten werden die Risiken noch immer als zu hoch beurteilt. Was in diesen Ansätzen jedoch zu kurz kommt, ist die Entwicklung und Bereitstellung von neuen Kriterien für einen optimalen Betrieb (sowohl Zugfolge, Fahrplan als auch Energieverbrauch) bei gemässigten Geschwindigkeiten in komplexen, dicht befahrenen Zonen.
  • Um beispielsweise den Durchsatz in einem Bahnhof zu steigern, bedarf es jedoch nach dem Stand der Technik und den aktuellen Regelwerken eines aufwändigen Anlagen-Designs und -Engineerings verbunden mit dem Einsatz zusätzlicher Signalstaffeln, sei es mit optischer Signalisierung oder ETCS-Halt/Standort-Signalen (EHS/ESS) bei ETCS Level 2 und zusätzlichen Gleisfreimeldeabschnitten, Achszählern und/oder Gleiskreise.
  • Neuere Technologien zur Ortung von Zügen (GNSS, etc.), durchgängige Train Integrity Monitoring Systeme (TIMS) über heterogene Fahrzeugflotten hinweg und höhere Informationsdichte (z.B. Häufigkeit eines Train Position Reports) mittels FRMCS anstatt GSM-R sind jedoch noch weit von einer Reife für eine flächendeckende Anwendung von ETCS Level 3 im Eisenbahnnetz entfernt. Erst diese Systeme würden zusätzliche Achszähler und den übermassigen Einsatz von ETCS-Halt/Standort-Signalen vermeiden.
  • Es mangelt daher an vernünftigen Übergangslösungen bis zur Erlangung einer hinreichenden Reife mit geringerem Investitions- und/oder Engineering-Bedarfs.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur optimierten Belegungsbewertung für die Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) für einen Zug in einen mit einem Zielpunkt gesicherten Zielabschnitt, z.B. ein Gleisabschnitt für einen Stationshalt, bei einem vorausfahrenden Zug anzugeben, mit dem ein hoher Sicherheitslevel und gleichzeitig eine hohe Flexibilität in der Streckennutzung ohne grossen zusätzlichen Investitions- und/oder Engineering-Bedarf erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur optimierten Belegungsbewertung für die Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) für einen Zug, dessen Einfahrt in einen mit einem Zielpunkt gesicherten und in Fahrtrichtung des Zuges gesehen vor diesem Zielpunkt liegenden Zielabschnitt unmittelbar bevorstehend vorgesehen ist, bei einem vorausfahrenden Zug gelöst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Bekanntgeben der Länge des Zuges an ein auch diesen Streckenabschnitt abdeckendes Leitsystem für die Zugdisposition;
    2. b) Leitsystem- und Stellwerk-seitiges Vorsehen eines dem Zielpunkt nachgeordneten Durchrutschweges; und
    3. c) Leitsystem-seitiges Initiieren und Stellwerk-/RBC-seitiges Erteilen einer für die Einfahrt in den Zielabschnitt
    berechtigenden Movement Authority für den Zug, wenn für eine für den Zielabschnitt bestimmte Restbelegungsdauer durch einen den Zielabschnitt verlassenden vorausfahrenden Zug ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird.
  • Auf diese Weise ist es möglich, dass der Zug bereits dann in den Zielabschnitt einfahren kann, wenn der vorausfahrende Zug den Zielabschnitt noch gar nicht verlassen hat, aber für die Restbelegungsdauer dieses Zielabschnitts durch den vorausfahrenden und aus dem Zielabschnitt herausfahrenden Zug ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird. Dabei kann nun kapazitätssteigernd ausgenutzt werden, dass ein in den Zielabschnitt zur Einfahrt vorgesehener Zug bereits dann in den Zielabschnitt einfahren darf, wenn aufgrund der Restbelegungsdauer des Zielabschnitts durch den vorausfahrenden Zug sicher erwartet werden darf, dass dieser vorausfahrende Zug den Zielabschnitt sicher verlassen haben wird, selbst wenn der in den Zielabschnitt einfahrende Zug eine Fahrerlaubnis bis zum Zielpunkt erhalten hat. Ist dieser einfahrende Zug jedoch inklusive seines dem Zug vorangehenden Schutzraums kürzer als der Zielabschnitt, muss der einfahrende Zug in diesem Zielabschnitt gar nicht bis zu dem ursprünglichen Haltepunkt aufschliessen, sondern kann aufgrund der im Display der Onboard-Unit in diesem Fall signalisierten verkürzten End-of-Authority (EoA) bereits deutlich vor dem ursprünglichen Haltepunkt am Ende des Zielabschnitts zum Halten kommen und kann folglich so noch eher für die Einfahrt in den Zielabschnitt zugelassen werden, da in diesem Fall eine höhere Restbelegungsdauer tolerierbar ist. Daher ist das Zurückziehen der End of Authority EoA für diese Belegungsprüfung mindestens soweit nötig, dass der damit zurückgezogene Durchrutschweg spätestens beim Zielpunkt 4 endet (ansonsten müsste ja auch noch der Abschnitt nach dem Ziel frei werden). Zieht man die EoA noch weiter zurück (beispielsweise bis zur Tafel T1), erhöht das dann nachfolgend bei der Ausfahrt des Zuges aus dem Zielabschnitt 6 nochmals nachträglich die tolerierbare Restbelegungsdauer.
  • Mit anderen Worten gesagt heisst dies, dass die Movement Authority für die Einfahrt des Zuges bereits dann erteilt werden kann, wenn die Zeitdauer des einfahrenden Zuges für das Erreichen des für ihn auch dynamisch bestimmbaren Zielpunkts in dem Zielabschnitt hinreichend länger ist als die zuvor bestimmte Restbelegungsdauer des Zielabschnitts durch den ausfahrenden Zug. Somit lassen sich bei den Bahnhofseinfahrten für Züge allgemein und im Besonderen auch für Züge, die kürzer als der Zielabschnitt sind, wertvolle Sekunden (etwa 4 bis 8 Sekunden) in der Zugfolge gewinnen. Bei einem Takt von 120 Sekunden entspricht dies etwa einem Zeitgewinn von 5% ohne in zusätzliche Sicherungshardware investiert haben zu müssen.
  • Eine geeignete Weise zur sachgemässen Bestimmung der Restbelegungsdauer kann erzielt werden, wenn die Restbelegungsdauer aus den Parametern Länge des vorausfahrenden Zuges, aktuelle Geschwindigkeit des vorausfahrenden Zuges und der Position des vorausfahrenden Zuges bestimmt wird.
  • Als ein zusätzlicher die Sicherheit des gewählten Verfahrens noch weiter erhöhender Parameter kann geprüft werden, ob zudem die Bedingung der Feststellung eines beschleunigenden oder mindestens konstanten Verhaltens des vorausfahrenden Zuges erfüllt ist. Damit kann definitiv gefolgert werden, dass der den Zielabschnitt verlassende Zug die bestimmte Restbelegungsdauer sogar eher noch unterschreiten wird, wodurch der Zielabschnitt für den in diesen Zielabschnitt einfahrenden nachfolgenden Zug noch schneller frei wird. Natürlich geschieht dies unter der Prämisse, dass es bei dem ausfahrenden Zug nicht zu einer ungewollten Zugtrennung kommt, indem beim Ablauf der Restbelegungsdauer geprüft werden kann, ob der Zielabschnitt tatsächlich als frei gemeldet ist, wobei im negativen Fall eine entsprechende Einkürzung des Zielwerts (EoA) der für die Einfahrt in den Zielabschnitt erteilten Fahrerlaubnis (MA) vorgenommen wird.
  • Grundsätzlich reicht aber für den vorausfahrenden Zug ein konstantes Geschwindigkeitsverhalten, wie dies beispielsweise auch bei durchfahrenden Zügen gegeben ist. Da man ja gerade zusätzliche Gleisfreimeldesysteme vermeiden will, ist hier die Zeitüberwachung bei Ablauf der zuvor bestimmten Restbelegungsdauer entscheidend, da hiermit potentielle Zugtrennungen, verzögerndes Verhalten und ungültige (zu kurze) Zuglängenangaben, offenbart werden können.
  • Analog zur Ermittlung, ob der vorausfahrende Zug beschleunigt, kann ergänzend oder auch alternativ geprüft werden, ob zudem die Bedingung der Feststellung eines verzögernden Verhaltens des in den Zielabschnitt einfahrenden Zuges erfüllt ist.
  • Weiter kann es vorgesehen sein, dass mit dem fortschreitenden Verlassen des Zielabschnitts durch den vorausfahrenden Zug auch die Restbelegungsdauer für den ausfahrenden Zug bei bereits in den Zielabschnitt einfahrendem Zug dynamisch neu bewertet und die dem Zug erteilte Fahrerlaubnis (MA) weiter in den Zielabschnitt (6) hinein erstreckt werden kann. Entsprechend kann die Fahrerlaubnis dann sogar bis direkt vor den Zielpunkt reichen. Somit kann der einfahrende Zug schneller in den Zielabschnitt einfahren, weil die für ihn massgebliche Bremskurve im Verlauf immer weiter gegen den Zielpunkt verschoben wird (d.h. also in Fahrrichtung immer weiter nach hinten in den Zielabschnitt verschoben wird).
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erteilte Fahrerlaubnis (MA) und ihre (vorstehende beschriebene) sukzessiven MA-Verlängerungen (weitere Erstreckung in den Zielabschnitt) im Full Supervision Mode FS, insbesondere im ETCS L2 FS, aufgrund der hinreichend signaltechnisch sicher überwachten Restbelegungsdauer ausgeführt und im Bedarfsfall auch signaltechnisch sicher wieder entzogen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der dem Zug für die Einfahrt in den Zielabschnitt erteilten Movement Authority ein Zielwert (End of Authority) zugewiesen wird, der gesehen in Fahrtrichtung des Zuges und gerechnet ab dem Beginn des Zielabschnitts im Wesentlichen der Länge des Zuges und des für diesen Zug reservierten Schutzraums entspricht. Die entsprechende als neuer Zielpunkt dynamisch bestimmte End of Authority (EoA) wird dem Lokführer dabei so im Display der Onboard-Unit dynamisch angezeigt und auf Einhaltung des vorgesehenen in Fahrrichtung gesehen nun zurückgezogenen dynamisch bestimmten Haltepunktes überwacht. Dabei ist es sicher zweckmässig bei der Bestimmung der Länge des Schutzraums nach vorne die aktuelle Bremsweglänge des Zuges und/oder die Länge des erforderlichen Durchrutschweges einfliessen zu lassen.
  • Typischerweise kann es zur Gewährung der notwendigen Sicherheit auch immer noch notwendig sein, dass der Zielabschnitt und optional der Durchrutschweg durch Gleisfreimeldeeinrichtungen gesichert werden. Derartige Gleisfreimeldeeinrichtungen spielen ja auch schon bei der statisch generierten EoA am Zielpunkt des Zielabschnitts eine sicherheitsrelevante Rolle.
  • In geeigneter Weise kann aus der Position des Zuges und der Identität der Onboard-Unit eine eindeutige leitsystemseitig adressierbare Zuginstanz gebildet werden, für die die Movement Authority initiiert, der Zielwert der Movement Authority leitsystemseitig an das Stellwerk ausgegeben und nach der dementsprechenden Sicherung des Fahrwegs dann diese Movement Authority von einem Radio Block Center signaltechnisch sicher ausgeführt auf den Zug (d.h. dessen Onboard-Unit) übertragen wird.
  • Das vorstehend genannte Verfahren eignet sich dabei besonders, wenn die Zugsicherung des Zielabschnitts sowie des Durchrutschweges gemäss ETCS Level 2 oder höher ausgeführt wird und die Zugsicherung durch die Erteilung des dynamisch ermittelten Zielwertes (EoA) dessen tatsächliche Einhaltung überwacht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der anhängenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    in schematischer Darstellung die Struktur von heute bestehenden Bahnsicherungsanlagen und einer zukünftigen mit Zuginstanzen arbeitenden zugorientierten Sicherungslogik; und
    Figur 2
    in schematischer Darstellung die Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Erteilung der Movement Authority (MA) und ihren Zielpunkt (End of Authority EoA).
  • Wie schon in der Beschreibungseinleitung besprochen, zeigt die Figur 1 in schematischer Darstellung die Struktur von heute bestehenden Bahnsicherungsanlagen und einer zukünftigen mit Zuginstanzen arbeitenden zugorientierten Sicherungslogik. Gut erkennbar in den heute eingesetzten Lösungen sind die dispositive Ebene mit dem Leitsystem (Leitebene) und dem Stellwerk und den Radio Block Centern (RBC, ab ETCS Level 2 und höher) in der Sicherungsebene.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zur optimierten Belegungsbewertung für die Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) bei einem vorausfahrendem Zug 12 für einen Zug 2, dessen Einfahrt in einen Zielabschnitt 6 unmittelbar bevorstehend vorgesehen ist, spielt sich vor allen Dingen auf der Ebene des dispositiven Leitsystems, des Stellwerks und des RBC ab. Dabei ist dieser Zielabschnitt 6 mit einem Einfahrtsignal 3 und einem Zielsignal 4 gesichert und liegt in Fahrtrichtung des Zuges 2 gesehen (siehe Pfeil am Symbol für den Zug 2) vor diesem Zielsignal 4.
  • Für die Gewährung einer Movement Authority MA für die Einfahrt in den Zielabschnitt 6 kann es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich sein, dass das Leitsystem die Länge des Zuges 2 und eines vor dem Zug 2 zu reservierenden Schutzraums 8 kennt. Zudem kann auch im Leitsystem ein dem Zielsignal 4 nachgeordneter Durchrutschweg 10 bekannt sein.
  • Ist nun die Einfahrt des Zuges 2 in den Zielabschnitt 6 unmittelbar bevorstehend, prüft das Leitsystem, ob die Bedingungen für eine Erteilung der Movement Authority und ihres Zielpunkts, der auch als End of Authority EoA bezeichnet wird, erfüllt sind. Das Leitsystem-seitige Initiieren und Stellwerk-/RBC-seitige signaltechnisch sichere Erteilen der für die Einfahrt in den Zielabschnitt 6 berechtigenden Movement Authority für den Zug 2 erfolgt bei diesem Verfahren, wenn für eine für den Zielabschnitt 6 bestimmte Restbelegungsdauer durch einen den Zielabschnitt 6 verlassenden vorausfahrenden Zug 12 ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird. Dabei kann die Restbelegungsdauer aus den Parametern Länge des vorausfahrenden Zuges 12, aktuelle Geschwindigkeit des vorausfahrenden Zuges 12 und der Position des vorausfahrenden Zuges 12 bestimmt werden.
  • Auf diese Weise ist es so möglich, dass der Zug 2 bereits dann in den Zielabschnitt 6 einfahren kann, wenn der vorausfahrende Zug 12 den Zielabschnitt 6 noch gar nicht vollständig verlassen hat, aber für die Restbelegungsdauer dieses Zielabschnitts 6 durch den vorausfahrenden und aus dem Zielabschnitt 6 herausfahrenden Zug 12 ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird. Diese Situation ist für den vorausfahrenden Zug 12 anhand des Pfeilsymbols, das sich zum Teil noch in dem Zielabschnitt 6 befindet, dargestellt. Die Restbelegungsdauer sagt nun aus, wieviel Zeit der vorausfahrende Zug 12 noch benötigen wird, um den Zielabschnitt 6 mit genügend hoher Wahrscheinlichkeit freigemacht zu haben (also aus diesem ausgefahren zu sein).
  • Im Ergebnis wird somit kapazitätssteigernd genutzt, dass der in den Zielabschnitt 6 zur Einfahrt vorgesehene Zug 2 bereits dann in den Zielabschnitt 6 einfahren darf, wenn aufgrund der Restbelegungsdauer des Zielabschnitts 6 durch den vorausfahrenden Zug 12 mit genügend hoher Wahrscheinlichkeit erwartet werden darf, dass dieser vorausfahrende Zug 12 den Zielabschnitt 6 verlassen haben wird, selbst wenn der in den Zielabschnitt 6 einfahrende Zug 2 eine Fahrerlaubnis bis zum Zielpunkt 4 erhalten würde.
  • Wie in Figur 2 anhand des Pfeilsymbols und des dem Zug 2 vorangehenden Schutzraums 8, die sich bereits im Zielabschnitt 6 befinden, gezeigt ist, ist hier vorliegend dieser einfahrende Zug 2 jedoch inklusive seines dem Zug 2 vorangehenden Schutzraums 8 kürzer als der Zielabschnitt 6. Somit muss der einfahrende Zug 2 in diesem Zielabschnitt 6 gar nicht bis zu dem ursprünglichen Ziel-/Haltepunkt 4 aufschliessen, sondern kann aufgrund der im Display der Onboard-Unit in diesem Fall signalisierten verkürzten End-of-Authority EoA bereits deutlich vor dem ursprünglichen Ziel-/Haltepunkt 4 nun bereits an vordefinierbaren dynamisch zugeteilten Haltepunkte T1, T2 oder T3 im Zielabschnitts 6 zum Halten kommen und kann folglich so noch eher für die Einfahrt in den Zielabschnitt 6 zugelassen werden, da in diesem Fall eine höhere Restbelegungsdauer tolerierbar ist. Hier vorliegend ist der dynamisch zugeteilte Haltepunkt (die End of Authority EoA) auf den Haltepunkt T2 gelegt worden, wie dies auch mit einer entsprechenden Bremskurve 16 symbolisiert sein soll.
  • Sobald der vorausfahrende Zug 1 den Zielabschnitt 6 weiter geräumt hat, kann die zunächst nur bis T2 erteilte MA dynamisch auf T3 und anschliessend auf das Zielsignal 4 verlängert werden. Dadurch kann der Zug 2 schneller in das Zielgleis einfahren, da sich das EoA (bei T2, T3 und schliesslich beim Zielsignal 4) genügend weit vom effektiven Halteort (T2) befindet und die Bremskurvenüberwachung den Zug somit nicht unnötig früh abbremsen lässt.
  • An dieser Stelle lässt sich besonders hervorheben, dass alle MAs und ihre sukzessiven MA-Verlängerungen im Full Supervision Mode FS ausgeführt werden können, was im ETCS L2 ebenfalls ein entscheidender Fortschritt bei teilweise überlappenden Fahrstrassenbeanspruchungen ist. Bisherige Lösungen (Folgezugfahrstrasse) operieren mit OS, was sehr einschränkend wirkt. Erst mit diesem FS erreicht man die Wirkungen, welche heute im Bereich ETCS L1 LS mit «Besetzter Folgefahrt» möglich sind (Fahrbegriff «Besetztes Gleis» mit ETCS L1LS-Überwachung lässt eine progressivere Einfahrt als OS zu).
  • Mit anderen Worten gesagt heisst dies, dass die Movement Authority für die Einfahrt des Zuges 2 bereits dann erteilt werden kann, wenn die Zeitdauer des einfahrenden Zuges 2 für das Erreichen des für ihn auch dynamisch bestimmbaren Zielpunkts, hier T2, in dem Zielabschnitt 6 hinreichend länger dauert als die zuvor bestimmte Restbelegungsdauer des Zielabschnitts 6 durch den ausfahrenden Zug 12. Somit lassen sich bei den Bahnhofseinfahrten für Züge allgemein und im Besonderen auch für Züge, die kürzer als der Zielabschnitt 6 sind, wertvolle Sekunden (etwa 4 bis 8 Sekunden) in der Zugfolge gewinnen. Bei einem Takt von 120 Sekunden entspricht dies etwa einem Zeitgewinn von 5% ohne in zusätzliche Sicherungshardware investiert haben zu müssen.
  • Als ein zusätzlicher die Sicherheit des gewählten Verfahrens noch weiter erhöhender Parameter kann geprüft werden, ob zudem die Bedingung der Feststellung eines beschleunigenden oder mindestens konstanten Verhaltens des vorausfahrenden Zuges 12 erfüllt ist. Damit kann definitiv gefolgert werden, dass der den Zielabschnitt 6 verlassende Zug 12 die bestimmte Restbelegungsdauer sogar eher noch unterschreiten wird, wodurch der Zielabschnitt 6 für den in diesen Zielabschnitt 6 einfahrenden nachfolgenden Zug 2 noch schneller frei wird. Natürlich geschieht dies unter der Prämisse, dass es bei dem ausfahrenden Zug 12 nicht zu einer ungewollten Zugtrennung kommt, indem beim Ablauf der Restbelegungsdauer geprüft werden kann, ob der Zielabschnitt tatsächlich als frei gemeldet ist, wobei im negativen Fall eine entsprechende Einkürzung des Zielwerts (EoA) der für die Einfahrt in den Zielabschnitt erteilten Fahrerlaubnis (MA) vorgenommen wird. Analog zur Ermittlung, ob der vorausfahrende Zug 12 beschleunigt, kann ergänzend oder auch alternativ geprüft werden, ob zudem die Bedingung der Feststellung eines verzögernden Verhaltens des in den Zielabschnitt 6 einfahrenden Zuges 2 erfüllt ist, wie dies beispielsweise durch die den vorgesehenen Geschwindigkeitsverlauf für den Zug 2 repräsentierende Bremskurve 16 symbolisiert ist.
  • Unter einer sinnvollen Aufgabenverteilung des in einer nach ETCS Level 2 betriebenen Infrastruktur vorhandenen Stellwerks, Leitsystems und Radio Block Centers (RBC) kann eine mögliche Realisierungsform des Verfahrens nun wie folgt ablaufen: Das RBC ermittelt während der Ausfahrt des vorausfahrenden Zuges 12 unter Kenntnis der Zuglänge, der Zuggeschwindigkeit und Zugposition eine wahrscheinliche verbleibende Restbelegungszeit des Zielabschnitts 6. Liegt diese unter einem durch eine Risikoanalyse zu ermittelnden Schwellwert (z.B. vorhanden in Form eines Kennfelds in Abhängigkeit der relevanten und signifikanten Einflussparameter) und kann für den vorausfahrenden Zug 12 beschleunigendes oder mindestens konstantes Verhalten ermittelt werden (v im aktuellen Train Position Report (TPR) grösser als oder gleich wie im zuletzt gemeldeten TPR), so wird diese Information für die Freigabe der nachfolgenden Fahrt sowie der Wert der Restbelegungsdauer über die erweiterte Schnittstelle vom RBC an das Stellwerk übermittelt. Das Stellwerk übersteuert damit die Belegungsprüfung für die nachfolgende Fahrt des Zuges 2, vollzieht früher die Festlegung der in den Zielabschnitt 6 hineinreichenden Zugfahrstrasse und bewirkt damit im RBC eine noch frühere Erteilung der Fahrerlaubnis (MA) an den Zug 2.
  • Aus zusätzlichen sicherheitstechnischen Überlegungen kann nun gleichzeitig beim Empfang der Fahrerlaubnis ein Timer mit dem Wert der Restbelegungsdauer «aufgezogen» werden. Läuft dieser Timer aber ab, bevor der Zielabschnitt 6 tatsächlich beispielsweise über ein Achszählsystem frei gemeldet wird, so wird sofort eine Einkürzung der frühzeitig erteilten Fahrfreigabe (MA) vorgenommen. Dabei wird der Wert der Restbelegungsdauer für die gemeldete Geschwindigkeit unter Annahme konstanter Geschwindigkeit berechnet, weshalb der Wert bei Ermittlung beschleunigenden Verhaltens des ausfahrenden Zuges 12 noch besser auf der sicheren Seite liegt.
  • Mit diesen Mechanismen werden unbeabsichtigtes, unerwartetes Trennen von Zugverbänden, verzögerndes Verhalten sowie ungültige (zu kurze) Zuglängeneingaben überwacht bzw. offenbart. Zudem ist in einer derartigen Anwendung dem vorausfahrenden Zug 12 ein beschleunigendes oder mindestens konstantes Verhalten und dem nachfolgenden Zug 2 ein verzögerndes Verhalten zwecks betrieblichen Halt zueigen. Dabei ist besonders interessant, dass sich dieses Verfahren ohne Anpassungen an den ETCS-Spezifikationen BL3 Release 2 (man kann diese sogar auch mit BL2 realisieren) umsetzen lässt («Software statt Beton»).

Claims (12)

1. Verfahren zur optimierten Belegungsbewertung für die Erteilung einer Fahrerlaubnis (Movement Authority) für einen Zug (2), dessen Einfahrt in einen mit einem Zielpunkt (4) gesicherten und in Fahrtrichtung des Zuges (2) gesehen vor diesem Zielpunkt (4) liegenden Zielabschnitt (6) unmittelbar bevorstehend vorgesehen ist, bei einem vorausfahrenden Zug (12) umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
a) Bekanntgeben der Länge des Zuges (2) an ein auch diesen Streckenabschnitt (6) abdeckendes Leitsystem für die Zugdisposition;
b) Leitsystem- und Stellwerk-seitiges Vorsehen eines dem Zielpunkt (4) nachgeordneten Durchrutschweges (10); und
c) Leitsystem-seitiges Initiieren und Stellwerk-/RBC-seitiges Erteilen einer für die Einfahrt in den Zielabschnitt (6) berechtigenden Movement Authority für den Zug (2), wenn für eine für den Zielabschnitt (6) bestimmte Restbelegungsdauer durch einen den Zielabschnitt (6) verlassenden vorausfahrenden Zug (12) ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Restbelegungsdauer aus den Parametern Länge des vorausfahrenden Zuges (12), aktuelle Geschwindigkeit des vorausfahrenden Zuges (12) und der Position des vorausfahrenden Zuges (12) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zudem die Bedingung der Feststellung eines beschleunigenden oder mindestens konstanten Verhaltens des vorausfahrenden Zuges (12) erfüllt ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
zudem die Bedingung der Feststellung eines verzögernden Verhaltens des Zuges (2) erfüllt ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Ablauf der Restbelegungsdauer geprüft wird, ob der Zielabschnitt tatsächlich als frei gemeldet ist, wobei im negativen Fall eine entsprechende Einkürzung des Zielwerts (EoA) der für die Einfahrt in den Zielabschnitt (6) erteilten Fahrerlaubnis (MA) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem fortschreitenden Verlassen des Zielabschnitts (6) durch den vorausfahrenden Zug (12) auch die Restbelegungsdauer für den ausfahrenden Zug bei bereits in den Zielabschnitt (6) einfahrenden Zug (2) dynamisch neu bewertet und die dem Zug (2) erteilte Fahrerlaubnis (MA) weiter in den Zielabschnitt (6) hinein erstreckt wird und ggfs. dann sogar bis direkt vor den Zielpunkt (4) reicht.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erteilte Fahrerlaubnis (MA) und ihre sukzessiven MA-Verlängerungen im ETCS Full Supervision Mode FS aufgrund der hinreichend signaltechnisch sicher überwachten Restbelegungsdauer ausgeführt und im Bedarfsfall auch signaltechnisch sicher wieder entzogen werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die dem Zug (2) für die Einfahrt in den Zielabschnitt (6) erteilten Fahrerlaubnis (Movement Authority MA) einen Zielwert (EoA) aufweist, der gesehen in Fahrtrichtung des Zuges (2) und gerechnet ab dem Beginn des Zielabschnitts (6) im Wesentlichen der Länge des Zuges (2) und des für diesen Zug (2) reservierten Schutzraums (8) entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in die Bestimmung der Länge des Schutzraums (8) nach vorne die aktuelle Bremsweglänge des Zuges (2) und/oder die Länge des erforderlichen Durchrutschweges einfliesst.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus der Position des Zuges (2) und der Identität der Onboard-Unit eine eindeutige leitsystemseitig adressierbare Zuginstanz gebildet wird, an die die Movement Authority (MA) und der nun dynamisch ermittelte Zielwert (EoA) der Movement Authority (MA) leitsystemseitig und von einem Radio Block Center (RBC) ausgeführt übertragen werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugsicherung für den dynamisch ermittelten Zielwert des Zielabschnitts (6) sowie des dynamisch in den Zielabschnitt (6) verschobenen Durchrutschweges (10) gemäss ETCS Level 2 oder höher ausgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugsicherung durch die Erteilung des dynamisch ermittelten Zielwertes (EoA) dessen tatsächliche Einhaltung durch den Zug (2) überwacht.
EP21191486.6A 2021-04-22 2021-08-16 Verfahren zur optimierten belegungsbewertung für die erteilung einer fahrerlaubnis für ein schienenfahrzeug/zug bei einem vorausfahrenden zug Pending EP4079600A1 (de)

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