ES2322076T3 - Metodo y dispositivo para determinar de modo seguro la posicion de un objeto. - Google Patents
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Abstract
Método para determinar de modo seguro la posición de un objeto, en particular un vehículo como un tren, que se mueve a lo largo de una trayectoria conocida, que consiste en los siguientes pasos con respecto a una distancia recorrida por el objeto en movimiento: - determinar una posición absoluta de dicho objeto con un primer intervalo de confianza, - determinar una posición relativa de dicho objeto con un segundo intervalo de confianza, caracterizado por los siguientes pasos: - cuando el objeto se mueve a lo largo de una trayectoria, seleccionar el intervalo de confianza más pequeño entre dichos primer y segundo intervalo de confianza con respecto a la distancia recorrida por el objeto en movimiento, - determinar dicha localización y/o posicionamiento de dicho objeto por medio de la posición relativa mientras el segundo intervalo de confianza es el intervalo de confianza más pequeño, y - cambiar al uso de la posición absoluta para determinar dicha localización y/o posicionamiento de dicho objeto cuando el segundo intervalo de confianza excede el primer intervalo de confianza.
Description
Método y dispositivo para determinar de modo
seguro la posición de un objeto.
La presente invención se refiere a un método
para determinar de manera segura la posición de un objeto que se
mueve a lo largo de una trayectoria conocida por el dispositivo de
localización.
El término "trayectoria" pretende
significar un subconjunto del espacio delimitado por una superficie
tubular de sección transversal arbitraria y variable, en el cual se
restringe estrictamente el movimiento del vehículo. En el caso de
que se pueda desatender la sección trasversal de este tubo, se dan
dos ecuaciones que unen longitud, latitud y altitud del objeto en
movimiento.
La presente invención se refiere con más
precisión a un método para determinar la localización de un tren
que se mueve sobre una vía férrea cuyo recorrido exacto se
conoce.
La presente invención se refiere a un método
para determinar la localización y/o el posicionamiento de un
vehículo en términos de seguridad en transporte por vía férrea.
Esto implica ser capaz de determinar de una manera
cuasi-instantánea y con una probabilidad determinada la
localización de un vehículo en movimiento sobre una trayectoria
conocida, o más en particular las zonas de falta de presencia de
dicho vehículo sobre una sección.
En la señalización de vías férreas, no se
permite que un tren entre en una sección específica de la vía hasta
que es seguro que el tren que se sitúa delante ha salido de la
misma, es decir, la sección de la vía en cuestión está libre. Para
este fin, es necesario establecer con un margen predeterminado y
extremadamente pequeño de error (por ejemplo, con un nivel máximo
de error en el orden de 10^{-9} y preferiblemente en el orden de
10^{-12}) las zonas en las que se puede basar la falta de
presencia de un tren, y realizarlo en cada iteración del
cálculo.
Se sabe determinar la localización precisa de un
vehículo, y en particular de un tren, con dispositivos de
localización junto a la vía (circuitos en vías férreas, contadores
con ejes,..) para fines de detección de trenes.
También se conoce el uso de sistemas de
determinación de posición de trenes con soporte de trenes para
fines de control seguro de fallos en trenes. Estos sistemas de
determinación de posicionamiento de trenes se basan en sensores de
soporte de trenes (sensores de ruedas, radares,...) que dan un
posicionamiento relativo del tren con referencia a la localización
junto a la vía materializada por las señales luminosas (o
dispositivos equivalentes) instaladas junto a las vías. Estos
puntos de referencia situados junto a la vía son necesarios debido
a la naturaleza de los sensores aplicados, con el fin de permitir
reestablecer el error acumulado por el sistema de localización de
trenes en el tiempo (radares) y/o distancia (sensores de
ruedas).
Esas soluciones tienen un impacto importante en
el coste del ciclo vital de un sistema de control/orden de un
tren:
- -
- Sistemas de detección situados junto a las vías suponen un importante coste de adquisición, instalación y mantenimiento debido a la cantidad de equipo que se instala y a su conexión por cable a un sistema de engranaje.
- -
- Soluciones para los existentes soportes de trenes basadas en sensores de ruedas y/o sensores de radar también implican importantes costes de adquisición, instalación y mantenimiento, principalmente a causa de su localización ya que se montan por debajo de la locomotora.
La posición de un vehículo puede determinarse
usando un sistema de comunicación por satélite por medio de un GNSS
(Sistema Global de Navegación por Satélite) como GPS, GLONASS, y
el futuro sistema Galileo. WO 02/03094 describe un método para una
determinación segura de una localización de un objeto,
preferiblemente un vehículo que se mueve a lo largo de una
trayectoria conocida. Este método tiene la ventaja de la trayectoria
determinista del tren para alcanzar un compromiso óptimo entre
seguridad, disponibilidad y precisión. Sin embargo, este sistema no
puede proporcionar una elevada precisión donde es necesario, por
ejemplo, junto a estaciones o cruces.
EP-B-0825418
describe el uso de varios sensores para determinar la posición de
un tren. Los datos relacionados con la posición y el intervalo de
error desde varios sensores, que comprenden señales luminosas y
GPS, se emplean para determinar la posición del tren. Sin embargo,
estos sistemas implican un cálculo que incluye varias operaciones
entre las que se encuentra la integración. Por lo tanto, se
considera complejo.
También se describen soluciones conocidas en el
documento de patente EP 0 881 136 A2 del 2 de diciembre de 1998 y
en el documento de patente US 5 893 03 del 6 de abril de 1999.
Es por consiguiente un objetivo de la presente
invención proporcionar un método y dispositivo que permitan una
localización y/o posicionamiento seguro de un objeto, y por lo
tanto y como consecuencia de un vehículo como un tren, en
movimiento sobre una trayectoria conocida.
El término localización segura pretende
significar la localización, y con más exactitud la falta de
presencia de un tren fuera de la zona que se redefine en cada
cálculo, con un nivel de error inferior a 10^{-9} y
preferiblemente capaz de alcanzar 10^{-12}.
Otro objetivo de la presente invención es
mejorar la precisión de localización de un tren, y mejorar la
actuación de rendimiento de un curso como el de una línea
férrea.
Otros objetivos de la invención son mejorar el
coste del ciclo vital de un sistema de control/orden de un tren,
para reducir la cantidad de equipos instalados por debajo de la
locomotora, para reducir la cantidad de equipos instalados a lo
largo de las vías.
La presente invención hace referencia a un
método tal y como se define en la reivindicación 1.
De manera preferente, dicha posición absoluta se
determina por un método de posicionamiento seguro en vías férreas
que incluye un mapeo digital de las posibles trayectorias, y al
menos un receptor de comunicación por satélite, por ejemplo, un
receptor GNSS o un dispositivo equivalente.
En una realización preferente, dicha posición
relativa se calcula detectando la presencia de una señal luminosa,
e integrando la velocidad del objeto, con referencia a la
localización de dicha señal luminosa.
Preferiblemente, dicha velocidad se calcula por
medio de una señal Doppler GNSS.
En una realización habitual el primer intervalo
de confianza para la posición absoluta se encuentra en el orden de
50 m.
En otro objeto, la presente invención también se
refiere a un sistema de localización tal y como lo define la
reivindicación 8.
La Fig. 1 representa trenes que usan la
invención.
La Fig. 2 representa un gráfico que muestra los
principios de la invención.
La presente invención se describirá con
referencia a un tren que se mueve sobre una vía, pero debe
entenderse que puede generalizarse dentro de los términos de las
reivindicaciones.
La Fig. 1 muestra un tren en movimiento sobre
una vía. La vía está subdividida en secciones, y cuando el tren
abandona una sección, otro tren puede entrar en esta sección. Por
lo tanto, es preciso determinar la posición del tren.
Esta posición de determina, en términos de
seguridad de vías férreas, con longitud de error absoluto, llamada
intervalo de confianza. Esto significa que el tren está en el
intervalo de confianza con una probabilidad de error inferior a
10^{-9} y preferiblemente inferior a 10^{-12}. Cuanto menor sea
el intervalo de confianza, antes puede otro tren usar la sección.
Por lo tanto, se mejora el rendimiento de la vía/línea.
El tren está equipado con un sistema
determinante de posición absoluta (APDS). El APD está constituido
por medios para acceder a un mapeo digital de las posibles
trayectorias, y al menos un receptor GNSS o un dispositivo
equivalente. Los APDS permiten determinar la posición de un tren,
con un intervalo de confianza de aproximadamente 50 m. Esto puede
conseguirse aplicando el método descrito en WO 02/03094.
El tren también está equipado con un sistema
determinante de posición relativa (RPDS). El RPDS está constituido
por medios para detectar la presencia de una señalización luminosa
a lo largo de la vía. Cuando se detecta una señalización luminosa,
el RPDS sabe que la posición del tren corresponde con la posición
de la señalización luminosa, con un intervalo de confianza de por
ejemplo alrededor de 5 m. La posición de la señalización luminosa
puede enviarla la propia señalización luminosa, o almacenarse en
una base de datos a la que se puede acceder desde el tren. El RPDS
también incluye medios para medir la velocidad del tren. Esos
medios pueden ser por ejemplo el equipo GNSS del APDS, permitiendo
una determinación de velocidad por la señal Doppler GNSS.
La posición relativa se calcula por el RPDS
integrando la velocidad del tren, con referencia a la posición de
la señalización luminosa. El intervalo de confianza, que es muy
pequeño cuando la señalización luminosa acaba de pasar, aumenta con
el movimiento del tren a causa de la acumulación de errores.
Los APDS y los RPDS son parte de un sistema de
localización de soporte de tren. El sistema de de localización de
soporte de tren determina la posición del tren de acuerdo con el
método de la invención.
El principio de la invención se muestra en la
Fig. 2. El intervalo de confianza de la posición de un tren en
movimiento sobre una vía se muestra con respecto a la distancia
recorrida por un tren. Una primera curva ("APDS") muestra el
intervalo de confianza del APDS. El intervalo de confianza es en
este ejemplo alrededor de 50 metros. Una segunda curva
("RPDS") muestra el intervalo de confianza del RPDS. Cuando se
pasa una primera señalización luminosa, el intervalo de confianza
es, por ejemplo, de desde 1 a 5 m. Cuando el tren se mueve más, el
intervalo de confianza aumenta, debido a la acumulación de errores,
hasta que aparece otra señalización luminosa.
El método de la invención consiste en determinar
la posición del tren de acuerdo con el siguiente principio: cada vez
que el tren se encuentra con una señalización luminosa el sistema
de localización de soporte de tren opera de un modo aumentado con
señalización luminosa, usando el RPDS: la posición de la
señalización luminosa se usa como referencia y la posición real del
tren se computa con referencia a esta señalización luminosa,
integrando la velocidad real del tren. Cuando la precisión provista
de este modo cae por debajo de la precisión provista por el APDS,
o, en otras palabras, cuando el intervalo de confianza provisto por
el RPDS excede el intervalo de confianza que se puede conseguir con
el APDS, el sistema de localización de soporte de tren de para
usando la información del modo aumentado con señalización luminosa
y cambia al uso del APDS. A continuación, continúa funcionando en
el modo APDS hasta que aparece la próxima señalización
luminosa.
Como resultado, la posición del tren se
determina con un intervalo de confianza mostrado por la curva
"óptima" en la Fig. 2.
La presente invención permite determinar la
posición de un tren con una elevada precisión colocando señales
luminosas cuando sea necesario, por ejemplo, junto a estaciones o
cruces de vías, y con una buena precisión y sin la necesidad de
señales luminosas cuando dicha elevada precisión no sea
necesaria.
Claims (9)
1. Método para determinar de modo seguro la
posición de un objeto, en particular un vehículo como un tren, que
se mueve a lo largo de una trayectoria conocida, que consiste en
los siguientes pasos con respecto a una distancia recorrida por el
objeto en movimiento:
- -
- determinar una posición absoluta de dicho objeto con un primer intervalo de confianza,
- -
- determinar una posición relativa de dicho objeto con un segundo intervalo de confianza,
caracterizado por los
siguientes
pasos:
- cuando el objeto se mueve a lo largo de una
trayectoria, seleccionar el intervalo de confianza más pequeño
entre dichos primer y segundo intervalo de confianza con respecto a
la distancia recorrida por el objeto en movimiento,
- determinar dicha localización y/o
posicionamiento de dicho objeto por medio de la posición relativa
mientras el segundo intervalo de confianza es el intervalo de
confianza más pequeño, y
- cambiar al uso de la posición absoluta para
determinar dicha localización y/o posicionamiento de dicho objeto
cuando el segundo intervalo de confianza excede el primer intervalo
de confianza.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha posición absoluta se determina
por un método de posicionamiento seguro en vías férreas que incluye
un mapeo digital de las posible trayectorias, y al menos un
receptor de comunicación vía satélite.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
donde dicho receptor de comunicación vía satélite es un receptor
GNSS.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, 2
o 3, caracterizado porque dicha posición relativa se calcula
detectando la presencia de una señalización luminosa, e integrando
la velocidad de dicho objeto, con referencia a la localización de
dicha señalización luminosa.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque dicha velocidad se calcula por medio de
una señal Doppler GNSS.
6. Método de acuerdo con las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque dichos intervalos de
confianza determinan la posición de dicho objeto con una
probabilidad de error en el orden de 10^{-9}, preferiblemente
10^{-12}.
7. Método de acuerdo con las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque dicho primer intervalo de
confianza para dicha posición absoluta se encuentra en el orden de
50 m.
8. Disposición de localización para determinar
de modo seguro la posición de un objeto, en particular un vehículo
como un tren, que se mueve a lo largo de una trayectoria conocida,
con respecto a una distancia recorrida por el objeto en movimiento
que comprende un sistema de determinación de posición absoluta que
produce un primer intervalo de confianza y que incluye medios para
acceder a un mapeo digital de posibles trayectorias, y al menos un
receptor de comunicación vía satélite, y un sistema de
determinación de posición relativa que produce un segundo intervalo
de confianza y que incluye medios para detectar la presencia de
señalizaciones luminosas ubicadas a lo largo de dicha trayectoria,
caracterizado porque comprende medios para seleccionar,
cuando el objeto que se mueve a lo largo de la trayectoria, el
intervalo de confianza más pequeño entre dicho primer y segundo
intervalo de confianza con respecto a la distancia recorrida por el
objeto en movimiento y donde la localización y/o posicionamiento de
dicho objeto se determina de acuerdo con el método de las
reivindicaciones 1 a 6.
9. Dispositivo de localización de acuerdo con la
reivindicación 8, donde dicho receptor de comunicación vía satélite
es un receptor GNSS.
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