Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Zugleitsystem zum Überwachen mindestens eines Teilschienennetzes
eines Schienennetzes und von schienengebundenen Fahrzeugen auf diesem mindestens einem
Teilschienennetz sowie zum Überwachen und Ansteuern von mindestens zwei schaltbaren
Streckenelementen, insbesondere Weichen, des Teilschienennetzes. Das Zugleitsystem
umfasst mindestens zwei ortsfeste visuelle Sensoren zum Erfassen von Sensordaten des
Teilschienennetzes und mindestens eine ortsfeste zentrale Kontrolleinrichtung. Die
zentrale Kontrolleinrichtung steht in Datenverbindung mit den ortsfesten visuellen
Sensoren und die zentrale Kontrolleinrichtung steht in Datenverbindung mit den beiden
Streckenelementen, wobei die zentrale Kontrolleinrichtung dazu ausgebildet ist, die
Sensordaten von den ortsfesten visuellen Sensoren zu empfangen und die Sensordaten
zu verarbeiten. Das Zugleitsystem derart ausgebildet, dass unter Einbezug der in der
zentralen Kontrolleinrichtung verarbeiteten Sensordaten der ortsfesten visuellen Sensoren
die mindestens zwei Streckenelemente in dem mindestens einen Teilschienennetz gesteuert
werden können.
Stand der Technik
[0002] In der heutigen Zeit steigt der Mobilitätsgrad der Bevölkerung ständig und Strassen-,
Eisenbahn-, Schifffahrts- und Flugnetze werden laufend ausgebaut. Eine wichtige Rolle
spielt dabei der öffentliche Verkehr und insbesondere der Bahnverkehr. Allein in der
Schweiz legen täglich 8'500 Züge eine Strecke von 410'000 km zurück. Die Koordination
von so vielen Zügen und die Gewährleistung der Sicherheit für die tausenden von Bahnreisenden
und für das Bahnpersonal stellt eine grosse Herausforderung dar. Züge, Schienennetz,
Strecken- sowie Sicherheitselemente müssen zuverlässig funktionieren. Das erfordert
eine Überwachung der Züge, des Schienennetzes und der Bahnhöfe sowie eine Überwachung
und eine rechtzeitige und korrekte Steuerung von Weichen, Barrieren, Bahnsperren und
Signalen.
[0003] Hierzu sind Zugleitsysteme zum Überwachen eines Schienennetzes und zum Überwachen
und Steuern von Zügen und Schienenfahrzeugen bekannt. Dabei müssen die Zugleitsysteme
nicht nur für die Sicherheit sorgen, sondern dienen auch dazu, die Pünktlichkeit der
Züge zu verbessern und Informationen über den Bahnverkehr im überwachten Schienennetz
für Zugpersonal und Passagiere bereit zu stellen.
[0004] Zugleitsysteme umfassen üblicherweise eine Vielzahl von dezentralen Stellwerken zur
Überwachung und zur Steuerung von Weichen und Signalen in Bahnhöfen und auf der Strecke.
Sensoren zählen die Achsen der Züge und Gleisfreimeldeanlagen überwachen den aktuellen
Belegungszustand der Gleise. Die Stellwerke regeln darüber hinaus mit Hilfe eines
Streckenblocks Folge- und Gegenzugfahrten auf der freien Strecke. Die Stellwerke erkennen,
ob ein Gleisabschnitt frei oder belegt ist, die Weichenstellungen und den Öffnungsstand
der Barrieren.
[0005] Darüber hinaus sind auch Überwachungssysteme bekannt, die entlang der Bahnstrecke
angeordnete Sensoren umfassen, um beispielsweise einen Bahnübergang zu überwachen.
[0006] Ein solches Überwachungssystem beschreibt zum Beispiel die
WO 2011/162605 A2 (R. Bakker). Das Überwachungssystem umfasst an einer Oberleitung der Bahn angeordnete
Ultraschall- oder Radarsensoren, welche detektieren, ob sich ein Zug in dem überwachten
Streckenabschnitt im Bereich des Bahnübergangs befindet und mit welcher Geschwindigkeit
der Zug sich bewegt. Die Sensoren detektieren auch, ob beispielsweise ein Auto auf
dem Bahnübergang steht. Erfasste Sensordaten werden an eine Kontrolleinrichtung weitergeleitet.
Die Kontrolleinrichtung kann aufgrund der Sensorsignale Barrieren dynamisch steuern
und wenn nötig eine Notbremsung des Zugs veranlassen.
[0007] Zugleitsysteme können zudem auch auf den Zügen angeordnete Kontrolleinrichtungen
umfassen. Solche Zugkontrolleinrichtungen überwachen laufend die befahrene Strecke
und können den Zug beeinflussen, wenn ein Hindernis auf der Schiene erkannt wird.
[0008] Die
US 2016/0046308 A1 (Panasec Corp.) beschreibt eine solche Zugkontrolleinrichtung. Bei diesem System
überwacht eine an der Zugspitze angeordnete Kamera die Gleisstrecke laufend und meldet
einer Zugkontrolleinrichtung, wenn sich ein Objekt auf der Schiene befindet. Zudem
wird die Strecke von Sensoren am Streckenrand und bei Weichen von Weichensensoren
überwacht. Ereignisse werden drahtlos an die Zugkontrolleinrichtung des näher kommenden
Zuges gemeldet. Die Zugkontrolleinrichtung verarbeitet die erhaltenen Daten und wenn
ein Zustand ausserhalb eines Grenzwertes bestimmt wird, beispielsweise wenn eine Kollision
wahrscheinlich ist, sendet die Zugkontrolleinrichtung Anweisung an den Zug. Wenn das
Zugpersonal nicht richtig oder nicht rechtzeitig auf eine Warnmeldung reagiert, reduziert
die Zugkontrolleinrichtung automatisch die Geschwindigkeit des Zuges oder leitet eine
Notbremsung ein.
[0009] Die Zugkontrolleinrichtung, welche auf dem Zug angeordnet ist, kann nur den jeweiligen
Zug beeinflussen. Die Weichen, Barrieren und die übrigen Züge auf dem Schienennetz
werden durch lokale Stellwerke gesteuert. Eine umfassende Sicht auf das gesamte Schienennetz
mit mehreren Zügen ist daher nicht möglich. Überwachungssysteme wie das in der
WO 2011/162605 A2 (R. Bakker) offenbarte System sind auf lokale Streckenabschnitte wie Bahnübergänge
beschränkt. Zudem können auch diese Systeme nur den Zug steuern, der sich im überwachten
Streckenabschnitt befindet oder sich diesem nähert.
[0010] WO2007/149629 beschreibt ein intelligentes System zur Überwachung von einem Betriebshof mit einer
Vielzahl von Videogeräten.
[0011] US2015/0175179 beschreibt einen multimodalen Fahrwegfahrzeugsensor, welcher einen passiven Sensor,
einen aktiven Sensor und einen Identifikationssensor umfasst.
[0012] Aus dem Stand der Technik bekannte Stellwerke erkennen den Zustand des Gleisnetzes
nicht und können somit keine Hindernisse auf den Gleisen detektieren. Auch kann die
Vollständigkeit von Zügen, insbesondere von Zügen die im Transit ein Schienennetz
durchqueren, nicht zuverlässig überwacht werden. Des Weiteren können die genaue Position
von Zügen und die Anzahl von Wagen innerhalb eines Streckenblocks nur direkt vor Ort
von Menschen bestimmt werden. Die dezentralen Stellwerke, lokalen Kontrolleinrichtungen,
Gleisfreimelder, Achszähler, optischen Signale und Balisen haben eine beschränkte
Funktionalität und sind nicht flexibel für Veränderungen. Nicht zuletzt verursachen
sie sehr hohe Investitions- und Unterhaltskosten.
[0013] Mit bekannten Sensorsystemen ist es aufwändig, fahrend eine Geschwindigkeit oder
Distanz unter schwierigen Bedingungen, insbesondere bei Eis und Schnee, genügend genau
zu messen. Zudem kann die Position von Zügen häufig nicht schnell und genau bestimmt
werden, insbesondere in Tunnel, in Galerien auf Brücken oder bei schwierigen Wetterbedingungen
wie beispielsweise bei Nebel, bei starkem Regen- oder Schneefall. Zudem kann mit bekannten
Zugleitsystemen nur mit festen Blockstellen gefahren werden und die genaue Position
der Züge ist nicht kontinuierlich bekannt. In Streckenabschnitten, in denen keine
Sensoren angeordnet sind, sieht der Lokführer nur ein kleines Stück Gleis vor sich.
Diese begrenzte Sichtweite ist oft kürzer als der Bremsweg des Zuges. Befindet sich
ein Objekt auf der Schiene oder ist die Schiene an einem unübersichtlichen Streckenabschnitt
beschädigt, kann der Zug durch den langen Bremsweg oft nicht rechtzeitig anhalten.
Es kommt nicht selten zu Kollisionen mit gravierenden Personen- und Sachschäden.
Darstellung der Erfindung
[0014] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes
Zugleitsystem zu schaffen, welches eine zuverlässige Überwachung eines Schienennetzes
sowie eine zuverlässige Überwachung von Streckenelementen und schienengebundenen Fahrzeugen
auf dem Schienennetz erlaubt und zudem eine Steuerung der schienengebundenen Fahrzeugen
und der Streckenelementen auf diesem Schienennetz ermöglicht.
[0015] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 definiert. Vorliegend
wird unter Zugleitsystem ein System zum Überwachen, Steuern, Automatisieren und Optimieren
des Verkehrs von schienengebundenen Fahrzeugen auf dem Schienennetz verstanden. Es
ist dabei unerheblich, ob einzelne örtlich begrenzte Teile des Schienennetzes, wie
beispielsweise ein Rangierbahnhof oder ein Abstellgeleis nicht vom Zugleitsystem erfasst
sind, solange das erwähnte Teilschienennetz ein Schienennetz mit Weichen bildet, auf
dem schienengebundene Fahrzeuge verkehren können. Unter "mindestens einem Teilschienennetz"
ist ein Teil eines Schienennetzes oder das gesamte Schienennetz zu verstehen. Erfindungsgemäß
umfasst dieses Teilschienennetz mindestens zwei Bahnhöfe oder Haltestellen mit mehreren
Weichen und Streckenabschnitten, so dass ein Bahnverkehr zwischen diesen mindestens
zwei Bahnhöfen mit schienengebundenen Fahrzeugen ermöglicht ist.
[0016] Der Begriff "visuelle Sensoren" umfasst Sensoren, die elektromagnetische Wellen erfassen
können, vorzugsweise elektromagnetische Wellenlängen zwischen 0.1 Mikrometer bis 10
Zentimeter, sowie Sensoren, die Schallwellen, vorzugsweise Ultraschallwellen mit einer
Frequenz höher als 16 kHz. Visuelle Sensoren können somit beispielsweise Fotokameras,
Videokameras oder sonstige Vorrichtungen mit Photodioden wie auch Radarsensoren und
Ultraschallsensoren umfassen. Vorzugsweise ist der visuelle Sensor derart ausgebildet,
dass mindestens zwei zueinander beabstandete Punkte, besonders bevorzugt eine Vielzahl
von Punkten im Raum zeitgleich erfasst werden können.
[0017] Unter "ortsfesten Sensoren" sind Sensoren zu verstehen, die nicht auf einem Fahrzeug
angeordnet sind und die sich im Wesentlichen nicht bewegen. Die ortsfesten Sensoren
sind vorzugsweise im Bereich des Teilschienennetzes fest montiert. Der Begriff "ortsfest"
schliesst jedoch nicht aus, dass sich ein Sensor ein wenig bewegen kann oder dass
sich der Sensor zum Anpassen des Überwachungsbereichs des Sensors drehen oder schwenken
kann. Die ortsfesten Sensoren sind vorzugsweise einige Meter über der Schiene angeordnet.
Sie können sich aber auch neben der Schiene oder unter der Schiene befinden. Der Begriff
"zentral" bezieht sich auf die örtliche Anordnung der Kontrolleinrichtung in Bezug
auf die im Schienennetz angeordneten ortsfesten Sensoren und Streckenelemente sowie
in Bezug auf die im Schienennetz verkehrenden Fahrzeuge. Die Kontrolleinrichtung ist
vorzugsweise zentral an einem Punkt angeordnet. Der Begriff "zentral" schliesst jedoch
nicht aus, dass die Kontrolleinrichtung auf einzelne wenige Punkte, beispielsweise
im Rahmen einer redundanten Ausführung, verteilt ist, solange die von der Kontrolleinrichtung
empfangenen Daten an einem örtlichen Punkt eintreffen. Dabei ist unerheblich, ob die
eintreffenden Daten an einem einzigen örtlichen Punkt oder an mehreren Punkten, beispielsweise
auf mehreren Computern der zentralen Kontrolleinrichtung, verarbeitet werden. Dem
Fachmann ist jedoch klar, dass bei einer Verbindung von zwei Teilschienennetzen auch
zwei Kontrolleinrichtungen vorgesehen sein können.
[0018] Der Begriff "in Datenverbindung" definiert keine Richtung, in der zwei Elemente miteinander
Daten austauschen können. So können beispielsweise Daten von einem Streckenelement
zur zentralen Kontrolleinrichtung wie auch Daten von der zentralen Kontrolleinrichtung
zu einem Streckenelement übertragen werden. Der Begriff "Sensordaten" ist nicht auf
Daten begrenzt, die unmittelbar auf einem Messverfahren des Sensors basieren. So können
die Sensordaten zum Beispiel neben Sensormesswerten auch Positionsangaben des Sensors,
Zeit- und Datumsangaben umfassen.
[0019] Unter schienengebundenen Fahrzeugen sind alle Fahrzeuge zu verstehen, die auf dem
Schienennetz verkehren können, wie beispielsweise Züge mit einer Lokomotive und Zugswagen,
Treibzüge oder Rangierfahrzeuge.
[0020] Der Begriff "Streckenelemente" umfasst schaltbare Elemente, die für den Betrieb des
Schienennetzes und schienengebundenen Fahrzeugen benötigt werden. Streckenelemente
umfassen vorzugsweise bewegbare im Bereich der Schienen verwendete Elemente, besonders
bevorzugt schaltbare Weichen, schaltbare Gleissperren.
[0021] Das erfindungsgemässe Zugleitsystem bietet den Vorteil, dass die Strecke nicht nur
vom fahrenden Zug aus überwacht wird, sondern dass das Schienennetz durch die ortsfesten
visuellen Sensoren überwacht werden kann. Dabei sind mittels der ortsfesten visuellen
Sensoren das Schienennetz, die Streckenelemente und die schienengebundenen Fahrzeuge
beobachtbar. Im Vergleich zu bekannten Sensoren von Zugleitsystemen wird nicht nur
ein Zustand, wie beispielsweise der Zustand eines Signals, ein Abstand oder eine Weichenstellung
gemessen. Vorliegend können das Teilschienennetz, die Streckenelemente und die schienengebundenen
Fahrzeuge beobachtet werden, so dass präzise Informationen über den beobachteten Bereich
vorliegen. Diese Überwachungsmöglichkeiten mittels der ortsfesten visuellen Sensoren
ermöglichen eine präzise Erfassung eines Ereignisses samt dem vorherigen Hergang,
der zum Ereignis geführt hat und allenfalls auch eine Abschätzung wie sich das Ereignis
künftig entwickeln oder auswirken wird. Vorzugsweise wird mit den Sensoren das gesamte
Teilschienennetz überwacht. Alternativ können auch einzelne Streckenabschnitte des
Teilschienennetzes ausgelassen werden.
[0022] Das ermöglicht ein genaues Bild des Zustandes des Schienennetzes, der Streckenelemente
und der schienengebundenen Fahrzeugen zu erfassen. Dadurch ist beispielsweise nicht
nur erfassbar, ob eine Strecke blockiert ist, sondern welches Objekt die Strecke blockiert,
worauf geeignete Massnahmen getroffen werden können. Durch die visuellen Sensoren
ist nicht nur bekannt, wenn beispielsweise eine Weichenstörung vorliegt, sondern was
die Störung verursacht hat und in welcher Lage sich die Weiche befindet. Damit können
Störungen auf dem Teilschienennetz nicht nur präzise erfasst werden, sondern die Störungen
können auch gezielt und effizient behoben werden.
[0023] Dieses umfassende Beobachten mit den visuellen Sensoren erlaubt gezielt Massnahmen
einzuleiten. Das erhöht die Sicherheit, ermöglicht eine höhere Betriebszuverlässigkeit
und verbessert dadurch die Pünktlichkeit der schienengebundenen Fahrzeuge. Des Weiteren
wird mit dem erfindungsgemässen Zugleitsystem ein dichterer Fahrplan der schienengebundenen
Fahrzeuge ermöglicht. Das ermöglicht eine Leistungssteigerung des Teilschienennetzes.
Der Betrieb der schienengebundenen Fahrzeuge auf dem Teilschienennetz kann daher erheblich
effizienter und sicherer gestaltet werden als mit Sensoren die in bekannten Zugleitsystemen
verwendet werden.
[0024] Da die ortsfesten visuellen Sensoren Sensordaten zur zentralen Kontrolleinrichtung
senden und die zentrale Kontrolleinrichtung zudem in Datenverbindung mit Streckenelementen
wie beispielsweise Weichen steht, kann die zentrale Kontrolleinrichtung das Schienennetz
gesamtheitlich überwachen und die Streckenelemente können zentral und gesamtheitlich
unter Einbezug aller Informationen über das Streckennetz gesteuert werden. Die Position
der schienengebundenen Fahrzeuge ist der zentralen Kontrolleinrichtung jederzeit bekannt.
Mittels der in der zentralen Kontrolleinrichtung verarbeiteten Informationen kann
somit eine gesamtheitliche Sicht mit dem Zustand des Schienennetzes, den Zuständen
der Streckenelementen und den Zuständen und kinematischen Grössen der schienengebundenen
Fahrzeugen erstellt werden. Diese ganzheitliche Überwachung durch die zentrale Kontrolleinrichtung
ermöglicht Konfliktsituationen in Echtzeit zu erkennen und auch aufzulösen. Eine solche
ganzheitliche Sicht auf ein Schienennetz mit allen überwachten Elementen und die Möglichkeit
die Streckenelemente von einer zentralen Kontrolleinrichtung aus zu steuern, ist mit
aus dem Stand der Technik bekannten Zugleitsystemen, welche Sensoren umfassen, die
sich auf den schienengebundenen Fahrzeugen befinden und welche mehrere dezentralen
Stellwerke aufweisen, nicht möglich.
[0025] Vorzugsweise umfasst das Zugleitsystem zur Datenerfassung ausschliesslich die ortsfesten
visuellen Sensoren. Die zentrale Kontrolleinrichtung ist von herkömmlichen Elementen
wie Stellwerke, Achsenzähler, Gleisfreimelder, lokale Streckenzentralen unabhängig
und benötigt keine Verbindung zu diesen, da die zentrale Kontrolleinrichtung die Sensordaten
von den ortsfesten visuellen Sensoren erhält. Dadurch kann auf die vielen dezentralen
Stellwerke verzichtet werden. Es werden keine physisch definierten Blockstellen, keine
"Radio Block Center", keine Achszähler, keine Balisen und keine Gleisfreimelder benötigt.
Dadurch fallen die Aufwände für die Inbetriebnahme und den Unterhalt solcher Elemente
weg. Der Unterhalt des Schienennetzes wird dadurch sehr viel einfacher. Das reduziert
die Betriebskosten erheblich.
[0026] Alternativ können weitere Daten erfassende Elemente, wie beispielsweise Achszähler,
vorgesehen sein, insbesondere zur Gegenprüfung der von den Sensoren erhaltenen Daten.
Die zentrale Kontrolleinrichtung kennt anhand der Sensordaten der ortsfesten visuellen
Sensoren beispielsweise die Position und die Geschwindigkeit der schienengebundenen
Fahrzeuge. Vorzugsweise beinhaltet die Kontrolleinrichtung auch Fahrpläne und Streckendaten.
Falls die zentrale Kontrolleinrichtung solche Angaben kennt, kann die Kontrolleinrichtung
nicht nur Position und Geschwindigkeit sondern auch das Ziel des schienengebundenen
Fahrzeuges erfassen. Dadurch kann die zentrale Kontrolleinrichtung die Streckenelemente
so steuern, dass das Schienennetz besonders effizient betrieben werden kann.
[0027] Bevorzugt optimiert die zentrale Kontrolleinrichtung die Zugfolge und ermöglicht
dadurch eine bessere Ausnutzung des Schienennetzes. Die Kontrolleinrichtung schlägt
dem Kontrollpersonal beispielsweise ein alternatives Gleis bei einem Halt im Bahnhof
vor oder koordiniert Umleitungen von schienengebundenen Fahrzeugen bei unvorhergesehenen
Ereignissen.
[0028] Vorzugsweise steuert die zentrale Kontrolleinrichtung die Weichen und die Bahnübergänge,
Wartet auf die Abfahrtsquittung und akzeptiert die Abfahrtsquittung für jeden Halt
eines schienengebundenen Fahrzeuges im Schienennetz. Bevorzugt macht die zentrale
Kontrolleinrichtung dem Bahnpersonal Vorschläge oder informiert das Bahnpersonal bei
besonderen Vorkommnissen. Des Weiteren informiert die Kontrolleinrichtung das Bahnpersonal,
wenn beispielsweise keine Möglichkeit besteht, die Fahrt eines schienengebundenen
Fahrzeuges durchzuführen oder bei Änderung der Ankunfts- und Abfahrtszeiten. Vorzugsweise
fragt die zentrale Kontrolleinrichtung das Bahnpersonal nach den Prioritäten für die
Strategie bei mehreren Möglichkeiten.
[0029] Falls durch eine einmalige Eingabe die Spezifikationen der schienengebundenen Fahrzeuge
der zentralen Kontrolleinrichtung bekannt sind, kann diese unter Einbezug dieser Daten
sicherheitsrelevante Grössen wie beispielsweise der Bremsweg des Zuges berechnen.
Die zentrale Kontrolleinrichtung kann die Streckenelemente derart ansteuern, dass
das entsprechende schienengebundene Fahrzeug rechtzeitig gebremst wird. Das erhöht
weiter die Sicherheit des Bahnbetriebs.
[0030] Vorzugsweise ist die Topologie des Schienennetzes bekannt und wird bei der Überwachung
des Schienennetzes und der Steuerung der Streckenelemente durch die zentrale Kontrolleinrichtung
miteinbezogen. Bevorzugt wird das gesamte zu überwachende Schienennetz mit einem schienengebundenen
Fahrzeug abgefahren um die Topologie des Schienennetzes mit Sensoren zu erfassen.
[0031] Vorzugsweise erkennen die ortsfesten visuellen Sensoren Position, Geschwindigkeit
und Beschleunigung des vorbeifahrenden schienengebundenen Fahrzeuges. Die visuellen
Sensoren senden die aufgezeichneten Sensordaten, welche vorzugsweise Zeit und Ortsangaben
enthalten, an die zentrale Kontrolleinrichtung. Diese kann anhand der Sensordaten
die Geschwindigkeit des Zuges exakt erfassen. Vorzugsweise können die visuellen Sensoren
auch Menschen erfassen, die sich im Bereich des Schienennetzes aufhalten, beispielsweise
bei einer Schienenbaustelle. Personen können zum Beispiel mit QR-Code, beispielsweise
auf der Jacke, versehen sein, womit das Zugleitsystem auch Personen nach deren Funktion
unterscheiden kann. Dadurch wird eine umfassende Überwachung ermöglicht. Das erhöht
die Sicherheit. Da die visuellen Sensoren die Strecke vorzugsweise kontinuierliche
überwachen, kann das schienengebundene Fahrzeug auch an unüberschaubaren Bereichen
der Strecke anhalten ohne dabei ein Sicherheitsrisiko einzugehen.
[0032] Bevorzugt können anhand der Sensordaten der visuellen Sensoren Ereignisse auf dem
überwachten Schienennetz protokolliert werden. Dadurch sind Ereignisse in der Vergangenheit
nachvollziehbar, die Daten können als Information, Beweis und als Basis für Auswertungen
dienen.
[0033] Bei Bedarf kann das erfindungsgemässe Zugleitsystem den Bahnbetrieb weitgehend automatisch
steuern. Das ermöglicht einen effizienten Bahnbetrieb und erlaubt Bahnpersonal einzusparen.
Dadurch können die Kosten für den Bahnbetrieb zu reduziert werden.
[0034] Vorzugsweise verwaltet die Kontrolleinrichtung zudem Ressourcen wie Gleis, Bahnsteig,
Ausweichgeleise, Abstellgeleise mit maschineller Intelligenz. Das erlaubt eine effiziente
Verwaltung dieser Ressourcen.
[0035] Vorzugsweise ist die zentrale Kontrolleinrichtung redundant ausgeführt. Das reduziert
das Risiko eines kompletten Ausfalls der zentralen Kontrolleinrichtung und ermöglicht
einen zuverlässigen Bahnbetrieb. Besonders bevorzugt arbeiten mehrere, insbesondere
drei Kontrolleinrichtungen redundant nebeneinander, wobei die Kontrolleinrichtungen
sich gegenseitig überprüfen. Dadurch wird das Risiko eines Ausfalls der zentralen
Kontrolleinrichtung weiter reduziert.
[0036] Bevorzugt umfasst die zentrale Kontrolleinrichtung eine graphische Darstellung des
Schienennetzes mit schienengebundenen Fahrzeugen. Dadurch können die schienengebundenen
Fahrzeuge auf dem Schienennetz in Echtzeit übersichtlich dargestellt werden. Je nach
Betriebsart lassen sich bevorzugt der Bremsweg, der Durchrutschweg, die genehmigte
Rückfahrstrecke und alle anderen Informationen über die schienengebundenen Fahrzeuge
in Echtzeit graphisch darstellen. Vorzugsweise sind alle Bewegungen der schienengebundenen
Fahrzeugen, insbesondere auch einzelne Wagen, innerhalb eines definierten Bereiches
sichtbar. Mit Vorteil lassen sich auch Stellungen der Streckenelemente, insbesondere
die Weichenstellung in Echtzeit darstellen. Diese Darstellungen erleichtern den Überblick
für das Kontrollpersonal in der zentralen Kontrolleinrichtung und machen eine effiziente
und sichere Steuerung der Streckenelemente möglich.
[0037] Erfindungsgemäß umfasst das Zugleitsystem Sicherheitselemente, i inklusive Bahnschranken,
und die ortsfesten visuellen Sensoren sind derart angeordnet, dass die Sicherheitselemente
überwachbar und steuerbar sind. Dadurch kann die Stellung der Sicherheitselemente,
beispielsweise die Stellung der Bahnschranke, laufend und in Echtzeit überwacht werden.
Zudem ist damit überwachbar in welchem Zustand sich die Sicherheitselemente befinden
und ob sie korrekt funktionieren. Dadurch kann beispielsweise ein Alarmsignal ausgegeben
werden, wenn ein Sicherheitselement nicht korrekt funktioniert oder nicht rechtzeitig
funktioniert. Das erhöht die Sicherheit für den Bahnbetrieb. Durch die Überwachung
der Bahngleise kann eine Bahnschranke zeitnaher zur Durchfahrt des Zuges geschlossen
werden, womit auch der Strassenverkehr flüssiger und damit effizienter gehalten werden
kann.
[0038] Dabei umfassen die Sicherheitselemente nicht nur Bahnschranken und Barrieren, sondern
beinhalten alle Elemente die für den sicheren Bahnbetrieb nötig sind wie schaltbare
Schranken und schaltbare Abfahrtssperrungen für die schienengebundenen Fahrzeuge.
[0039] Vorzugsweise überwachen die visuellen Sensoren neben den Sicherheitselementen auch
die Umgebung im Bereich der Sicherheitselemente. Dadurch kann mittels der visuellen
Sensoren beispielsweise erfasst werden, ob der Bahnübergang frei ist, ob sich ein
Objekt vor oder auf dem Bahnübergang befindet oder ob sich ein Objekt dem Bahnübergang
nähert. Zudem sind durch diese Anordnung der visuellen Sensoren Sensordaten in Echtzeit
vom Bereich des Sicherheitselements verfügbar. Daher sind beispielsweise Echtzeitbilder
vom Bereich eines Bahnübergangs in der zentralen Kontrolleinrichtung verfügbar.
[0040] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die visuellen Sensoren keine Sicherheitselemente
erfassen. In diesem Fall können die Sicherheitselemente auf eine andere Weise erfasst
werden.
[0041] Bevorzugt steht die zentrale Kontrolleinrichtung in Verbindung mit den streckengebundenen
Fahrzeugen im Teilschienennetz und die schienengebundenen Fahrzeuge sind durch die
zentrale Kontrolleinrichtung überwachbar und steuerbar.
[0042] Dadurch ist der Betrieb der schienengebundenen Fahrzeuge zentral koordinierbar. Das
erlaubt, die schienengebundenen Fahrzeuge auf dem Schienennetz effizient einzusetzen.
Zudem kann die zentrale Kontrolleinrichtung Anweisungen und Informationen an die schienengebundenen
Fahrzeuge senden. Solche Informationen können beispielsweise Fahrplanänderungen, Informationen
zu anderen schienengebundenen Fahrzeugen, Informationen über den Zustand des Schienennetzes,
Informationen über die Anzahl Bahnpassagiere, Sicherheitsinformationen oder dergleichen
umfassen. Dadurch kann der Betrieb effizienter gestaltet werden und die Sicherheit
wird erhöht. Das Zugpersonal des schienengebundenen Fahrzeuges kann dynamisch auf
Ereignisse reagieren. Beispielsweise kann die zentrale Kontrolleinrichtung laufend
Fahrtanweisungen wie beispielsweise Einfahrtsfreigaben für Bahnhöfe, Abfahrtsfreigaben,
Haltebefehle oder Geschwindigkeitsvorgaben je nach Streckenverhältnissen an die schienengebundenen
Fahrzeuge senden. Dadurch werden auf dem Teilschienennetz keine Signale mehr benötigt.
Das spart Wartungs- und Unterhaltskosten.
[0043] Des Weiteren kann die zentrale Kontrolleinrichtung die schienengebundenen Fahrzeuge
auch vorzugsweise direkt beeinflussen, beispielsweise die Geschwindigkeit reduzieren
oder eine Notbremsung veranlassen. Das erhöht weiter die Sicherheit des Bahnbetriebes.
[0044] Zudem sind bevorzugt auch Informationen vom schienengebundenen Fahrzeug an die Kontrolleinrichtung
übertragbar, insbesondere Informationen über den Zustand und die Bewegung des schienengebundenen
Fahrzeuges.
[0045] Die Verbindung zwischen dem schienengebundenen Fahrzeug und der Kontrolleinrichtung
ermöglicht eine rasche und dynamische Reaktion auf Ereignisse. Liegt beispielsweise
ein Hindernis auf der Strecke, kann die zentrale Kontrolleinrichtung rechtzeitig eine
Meldung an das schienengebundene Fahrzeug senden oder das schienengebundene Fahrzeug
rechtzeitig durch Steuern einer Weiche umleiten, so dass das schienengebundene Fahrzeug
nicht in den Gefahrenbereich fährt. Der Zugführer ist nicht nur auf die Sichtweite,
die häufig kurzer ist als der Bremsweg des Zuges, angewiesen. Das erhöht die Sicherheit.
[0046] Falls die zentrale Kontrolleinrichtung laufend von den schienengebundenen Fahrzeugen
Informationen wie zum Beispiel die Position, die Geschwindigkeit und den Zustandes
der schienengebundenen Fahrzeuge erhält, kann die zentrale Kontrolleinrichtung die
schienengebundenen Fahrzeuge präziser und sicherer steuern als bekannte dezentrale
Stellwerke, die solche Information der schienengebundenen Fahrzeuge nicht kennen.
[0047] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die schienengebundenen Fahrzeuge
nicht durch die Kontrolleinrichtung steuerbar sind. In diesem Fall ist der Bahnbetrieb
durch die zentrale Kontrolleinrichtung nur über die Streckenelemente steuerbar.
[0048] Vorzugsweise ist die zentrale Kontrolleinrichtung derart ausgebildet, dass mit der
zentralen Kontrolleinrichtung unter Einbezug der verarbeiteten Sensordaten mehr als
70% der Sicherheits- und Streckenelemente, bevorzugt mehr als 90% der Sicherheits-
und Streckenelemente des Schienennetzes, steuerbar sind. Dadurch können die schienengebundenen
Fahrzeuge besonders effizient auf dem Schienennetz eingesetzt werden. So können durch
die Steuerung der Streckenelemente durch die Kontrolleinrichtung die schienengebundenen
Fahrzeuge in dichterer Folge auf einer Strecke betrieben werden. Das erhöht die Betriebseffizienz.
Zudem kann die Sicherheit des Betriebs weiter erhöht werden.
[0049] Alternativ dazu können auch weniger als 70% der Sicherheits- und Streckenelemente
des Schienennetzes durch die zentrale Kontrolleinrichtung gesteuert werden, insbesondere
wenn bei einem Teilschienennetz, zum Beispiel in einer ersten Etappe, nur die Bereiche
zwischen Bahnhöfen mit den visuellen Sensoren ausgestattet werden.
[0050] Vorzugsweise sind die ortsfesten Sensoren derart angeordnet und die Anzahl der visuellen
Sensoren ist derart gewählt, dass die ortsfesten visuellen Sensoren mehr als 70% des
Schienennetzes, vorzugsweise mehr als 80% des Schienennetzes, besonders bevorzugt
mehr als 95% des Schienennetzes überwachen. Das erlaubt anhand der Sensordaten eine
gesamtheitliche Sicht in der zentralen Kontrolleinrichtung. Durch die umfassende Abdeckung
kann das Schienennetz zuverlässig überwacht werden und auf Ereignisse kann rechtzeitig
reagiert werden. Auch das erhöht die Sicherheit für den Bahnbetrieb.
[0051] Alternativ können die visuellen Sensoren auch weniger als 70% des Schienennetzes
überwachen. Der restliche Anteil des Schienennetzes kann dann beispielsweise mit aus
dem Stand der Technik bekannten Sensoren, Achszähler oder Näherungssensoren überwacht
werden.
[0052] Mit Vorteil sind die ortsfesten Sensoren derart angeordnet, dass Objekte im Bereich
des Teilschienennetzes überwachbar sind. Dadurch ist nicht nur erfassbar, ob ein schienengebundenes
Fahrzeug einen Sensor passiert, sondern es kann auch dessen Integrität kontrolliert
werden. Beispielsweise kann erfasst werden, wenn eine Ladung eines Güterwagens nicht
richtig gesichert ist. Zudem kann mit den visuellen Sensoren beispielsweise laufend
überprüft werden, ob ein Zug noch vollständig ist, das heisst, ob sich noch alle Zugwagen
am Zug befinden. Diese Überwachungsmöglichkeiten mit den visuellen Sensoren erhöhen
die Sicherheit des Bahnbetriebs.
[0053] Durch das Überwachen von Objekten im Bereich des Schienennetzes können auch mögliche
Gefahren rechtzeitig erkannt werden und durch die zentrale Kontrolleinrichtung Massnahmen
getroffen werden. Beispielsweise können auf die Schiene zulaufende Tiere rechtzeitig
erkannt werden. Das erhöht ebenfalls die Sicherheit.
[0054] Alternativ dazu können die Sensoren auch derart angeordnet sein, dass sie nur das
Schienennetz überwachen.
[0055] Erfindungsgemäß umfassen die mindestens zwei ortsfesten visuellen Sensoren einen
Radarsensor, vorzugsweise ferner eine Kamera. Beim Radarsensor kann es sich um einen
beliebigen Sensor handeln, der mittels Funkwellen deren Frequenz unterhalb von 3000
GHz liegt, Objekte erfassen und/oder orten kann. Bei der Kamera kann es sich um eine
beliebige Vorrichtung handeln, mit der Bilder erfasst werden können. Die Kamera kann
beispielsweise eine Fotokamera, die einzelne Bilder aufnimmt, eine Filmkamera, die
mehrere aufeinander folgende Bilder auf ein Medium speichert, oder eine Videokamera
zur Aufnahme von Bildern in Form elektrischer Signale, sein.
[0056] Der Radarsensor bietet den Vorteil, dass auch bei schlechter Witterung und sehr schlechter
Sicht, wie beispielsweise bei Nebel oder Schneefall oder in der Nacht, Objekte zuverlässig
erfasst werden können. Die Kamera hat den Vorteil, dass jederzeit Bilder von der Strecke,
von schienengebundenen Fahrzeugen auf der Strecke oder von einem sonstigen Objekt
im Bereich der Schienen verfügbar sind. Im Unterschied zu bekannten Messsensoren liefern
die Sensordaten der visuellen Sensoren genauere Informationen über einen Zustand oder
ein Ereignis und eine mögliche zukünftige Entwicklung von Ereignissen.
[0057] Vorzugsweise umfassen die visuellen Sensoren mindestens eine Stereokamera mit Infrarotbeleuchtung,
mindestens einen Radarsensor und zusätzlich mindestens einen Ultraschallsensor. Diese
Anordnung hat den Vorteil, dass mit der Kamera sowohl Bilder mit vielen Informationen
und mit dem Radarsensor und dem Ultraschallsensor bei schlechter Witterung und schlechten
Sichtverhältnissen Objekte zuverlässig erfasst werden können. Alternativ dazu besteht
auch die Möglichkeit, dass die visuellen Sensoren nur einen Radarsensor oder nur eine
Kamera umfassen.
[0058] Bevorzugt stehen die ortsfesten visuellen Sensoren mit den schienengebundenen Fahrzeugen
in Datenverbindung. Dadurch können die schienengebundenen Fahrzeuge zusätzlich zu
den Informationen von der zentralen Kontrolleinrichtung auch direkt Informationen
von den ortsfesten visuellen Sensoren empfangen. Dadurch können redundante Informationen
zum schienengebundenen Fahrzeug übertragen werden, was die Sicherheit erhöht. Zudem
besteht die Möglichkeit, dass das Zugpersonal des schienengebundenen Fahrzeugs dynamisch
Sensorinformationen von den ortsfesten Sensoren anfordern kann, die nicht zuerst über
die zentrale Kontrolleinrichtung übermittelt werden müssen. So kann zum Beispiel für
den Zugführer auf einem Bildschirm einen jeweils in Fahrtrichtung noch nicht sichtbaren
Bereich auf einem Bildschirm dargestellt werden.
[0059] Vorzugsweise stehen die ortsfesten visuellen Sensoren in drahtloser Verbindung mit
den schienengebundenen Fahrzeugen. Das erlaubt eine einfach Montage und Inbetriebnahme
ohne Verkabelung.
[0060] Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die schienengebundenen Fahrzeuge nicht
in Datenverbindung mit den ortsfesten Sensoren stehen und somit alle Informationen
über die zentrale Kontrolleinrichtung übermittelt werden. Eine Datenverbindung muss
auch nicht zwingend drahtlos sein.
[0061] Vorzugsweise sind die ortsfesten Sensoren derart angeordnet, dass sich die Überwachungsbereiche
überlappen. Damit können die erfassten Daten dreidimensional verarbeitet werden, womit
insbesondere auch ein Ort eines Gegenstands oder einer Person, sowie eine exakte Bewegungsrichtung
bestimmt werden kann.
[0062] Alternativ kann auf die Überlappung auch verzichtet werden. Die dreidimensionale
Erfassung des Erfassungsbereichs kann auch mit Stereokameras oder dergleichen erreicht
werden.
[0063] Vorzugsweise sind die ortsfesten Sensoren derart angeordnet, dass mindestens ein
Teilschienennetz durch die ortsfesten visuellen Sensoren vorzugsweise kontinuierlich
in bevorzugt zwei Fahrtrichtungen des schienengebundenen Fahrzeuges überwachbar ist
und dadurch mit den ortsfesten visuellen Sensoren insbesondere redundanten Sensordaten
des Teilschienennetzes erfassbar sind. Vorzugsweise entsprechen die zwei Fahrtrichtungen
einander entgegengesetzten Richtungen. Durch die redundante Erfassung lassen sich
die Sensordaten auf Plausibilität überprüfen. Das erhöht die Sicherheit. Alternativ
können die ortsfesten visuellen Sensoren auch so angeordnet sein, dass das Teilschienennetz
nur in eine Richtung überwachbar ist.
[0064] Erfindungsgemäß umfassen die ortsfesten visuellen Sensoren jeweils ein vorzugsweise
lernfähiges Computerprogramm, womit aus den erfassten Sensordaten Ereignisse abstrahierbar
sind. Vorzugsweise läuft das Computerprogramm auf einer Rechnereinheit, welche dem
spezifischen visuellen Sensor zugeordnet ist. Das Ereignis umfasst beispielsweise
einen sicherheitsrelevanten Zustand, beispielsweise wenn sich ein Objekt auf der Schiene
befindet, ein schienengebundenes Fahrzeug zu schnell fährt oder wenn ein Sicherheitselement
nicht richtig funktioniert, beispielsweise wenn sich eine Bahnschranke nicht vollständig
schliessen lässt.
[0065] Durch das Computerprogramm besteht die Möglichkeit, dass bereits beim Sensor eine
Auswahl der aufgezeichneten Sensordaten getroffen werden kann. Somit können zu bestimmten,
abstrahierten Ereignissen weitere Sensordaten aufgezeichnet werden oder die abstrahierten
Ereignisse können weiterverarbeitet werden. Das erlaubt eine effiziente und dynamische
Nutzung der ortsfesten Sensoren.
[0066] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die visuellen Sensoren kein Computerprogramm
aufweisen, mit dem Ereignisse abstrahierbar sind. In diesem Fall können die Daten
der visuellen Sensoren zentral in der Kontrolleinrichtung verarbeitet und abstrahiert
werden.
[0067] Erfindingsgemäß ist das Computerprogramm der ortsfesten Sensoren derart ausgebildet,
dass eine Ereignismeldung an die zentrale Kontrolleinrichtung gesendet werden kann,
sofern ein abstrahiertes Ereignis der Sensordaten mit einem Ereignis aus einer Anzahl
vorbestimmten Ereignissen übereinstimmt.
[0068] Ein vorbestimmtes Ereignis kann beispielsweise die Einhaltung eines vorgegebenen
Lichtraumprofils für das schienengebundene Fahrzeug umfassen. Das heisst, wenn beispielsweise
ein Ast oder sonstiger Gegenstand in das vordefinierte Lichtraumprofil der Strecke
ragt und dadurch das schienengebundene Fahrzeug an der Durchfahrt behindern würde,
erkennt das Computerprogramm dies und sendet eine Ereignismeldung an die zentrale
Kontrolleinrichtung. Die Information kann mit relativ geringem Gehalt festhalten,
dass die Durchfahrt behindert ist, oder aber auch die Grösse und Position des Objekts
oder eine Identifikation des Objekts, z.B. "Auto auf Geleis, Koordinaten X, Y, Z"
etc. umfassen. Das vorbestimmte Ereignis kann beispielsweise aber auch das Überschreiten
einer Maximalgeschwindigkeit des schienengebundenen Fahrzeuges oder einen bestimmten
Zustand eines Bahnübergangs oder eine bestimmte Weichenstellung einer Weiche umfassen.
[0069] Der Vergleich eines Ereignisses mit vorbestimmten Ereignissen ermöglicht, nur ausgewählte
Ereignisse zur zentralen Kontrolleinrichtung zu senden. Dadurch können die zu übermittelnden
Daten markant reduziert werden. Die Datenverbindung zwischen den ortsfesten Sensoren
und der zentralen Kontrolleinrichtung wird damit nicht unnötig belastet. Zudem kann
die Menge der in der zentralen Kontrolleinrichtung zu verarbeitenden Sensordaten stark
reduziert werden. Dadurch wird eine schnelle und zuverlässige Verarbeitung der Sensordaten
in der zentralen Kontrolleinrichtung ermöglicht.
[0070] Alternativ dazu können die ortsfesten Sensoren auch so ausgebildet sein, dass alle
erfassten Ereignisse oder alle erfassten Sensordaten zur zentralen Kontrolleinrichtung
gesandt werden.
[0071] Vorzugsweise umfasst die zentrale Kontrolleinrichtung ein Computerprogramm zum zentralen
Verarbeiten der Ereignismeldungen der ortsfesten visuellen Sensoren. Dadurch können
die Ereignismeldungen speditiv zentral verarbeitet werden. Das Kontrollpersonal der
zentralen Kontrolleinrichtung muss den Ablauf nur überwachen und muss nur ausserordentliche
Situationen bearbeiten. Unter Einbezug der verarbeiteten Sensordaten der ortsfesten
visuellen Sensoren kann das Computerprogramm die Sicherheits- und Streckenelemente
sowie allenfalls die schienengebundenen Fahrzeuge überwachen und steuern. Das Computerprogramm
kann dabei auf einem einzelnen Rechner der Kontrolleinrichtung laufen oder auf mehrere
zur zentralen Kontrolleinrichtung gehörende Rechner verteilt sein. Zudem ist unerheblich,
ob das Computerprogramm als eine Einheit ausgestaltet ist oder ob mehrere einzelne
Programme das Computerprogramm zum zentralen Verarbeiten der Ereignismeldungen bilden.
[0072] Bevorzugt analysiert das Computerprogramm die erhaltenen Ereignismeldungen um beispielsweise
eine Klassierung der Ereignismeldungen vorzunehmen und leitet anschliessend dem Ereignis
entsprechende vordefinierte Massnahmen ein oder informiert das Kontrollpersonal der
zentralen Kontrolleinrichtung. Solche Massnahmen können beispielsweise das Schalten
einer Weiche, das Umleiten eines schienengebundenen Fahrzeuges, das Bremsen oder Anhalten
eines schienengebundenen Fahrzeuges, das Öffnen oder das Schliessen einer Barriere
und dergleichen umfassen.
[0073] Vorzugsweise verarbeitet das Computerprogramm neben den Sensordaten noch weitere
Daten wie beispielsweise Fahrpläne von Zügen und Abfahrtsfreigaben von Bahnhofstationen.
Vorzugsweise kann das Computerprogramm die schienengebundenen Fahrzeuge autonom überwachen
und steuern. Dadurch kann das Kontrollpersonal entlastet werden. Zudem können Personalkosten
eingespart werden.
[0074] Alternativ dazu können die in der zentralen Kontrolleinrichtung empfangenen Sensordaten
auch manuell durch eine Person durchgesehen, ausgewählt und weiterverarbeitet werden.
[0075] Vorzugsweise ist die Datenverbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung und
den ortsfesten visuellen Sensoren und die Datenverbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung
und den Streckenelementen eine drahtlose Datenverbindung. Vorzugsweise ist auch die
Datenverbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung und den Sicherheitselementen
eine drahtlose Datenverbindung. Das erleichtert die Montage, Inbetriebnahme und den
Unterhalt der ortsfesten Sensoren und den Sicherheits- und Streckenelementen, da eine
Verkabelung entfällt.
[0076] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass es sich bei der Datenverbindung
um eine drahtgebundene Verbindung handelt.
[0077] Bevorzugt umfasst das Zugleitsystem ein drahtloses Kommunikationsnetz, an dem die
ortsfesten Sensoren, die Strecken- und Sicherheitselemente, die schienengebundenen
Fahrzeuge und die zentrale Kontrolleinrichtung angeschlossen sind. Das ermöglicht
eine leistungsfähige und zuverlässige Kommunikation. Vorzugsweise handelt es sich
beim Kommunikationsnetz um ein Weitverkehrsfunknetz, ein "Wireless Wide Area Network"
(WWAN). Beispiele eines WWAN sind Funknetze wie LTE, WiMAX, GSM und UMTS.
[0078] Vorzugsweise umfasst das Kommunikationsnetz, ein zweites redundantes drahtloses Netz,
insbesondere ein lokales Mobilfunknetz. Dadurch wird die Datenverbindung auch bei
Ausfall des ersten Netzes sichergestellt.
[0079] Vorzugsweise ist die Position der ortsfesten visuellen Sensoren jeweils mittels einer
Ortungsvorrichtung bestimmbar damit die Position der ortsfesten visuellen Sensoren
mittels eines Senders an die zentrale Kontrolleinrichtung gesendet werden kann. Dadurch
ist in der zentralen Kontrolleinrichtung jederzeit bekannt, von wo die Sensordaten
stammen. Zudem erlaubt die Positionsangabe der ortsfesten visuellen Sensoren eine
einfache und zuverlässige Bestimmung von kinematischen Grössen wie Position, Geschwindigkeit
und Beschleunigung, der schienengebundenen Fahrzeuge.
[0080] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die visuellen Sensoren keine Ortungsvorrichtung
umfassen.
[0081] Vorzugsweise beinhalten die ortsfesten visuellen Sensoren eine Warneinrichtung, die
akustische oder visuelle Warnsignale aussenden kann. Dadurch können Personen, die
sich in der Nähe eines ortsfesten visuellen Sensors befinden, bei einer Gefahr gewarnt
werden. Zudem können mittels der Warneinrichtung beispielsweise Kollisionen zwischen
schienengebundenen Fahrzeugen und Objekten auf der Schiene oder Kollisionen zwischen
Strassenfahrzeugen und schienengebundenen Fahrzeugen bei einem Bahnübergang vermieden
werden
[0082] Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die visuellen Sensoren keine Warneinrichtung
umfassen.
[0083] Vorzugsweise umfassen die ortsfesten visuellen Sensoren zwei redundante Energiespeisungen.
Zudem umfassen die ortsfesten Sensoren bevorzugt je einen Energiespeicher. Die redundante
Energiespeisung stellt eine lückenlose Stromversorgung des ortsfesten Sensors sicher.
Dadurch wird das Risiko vermindert, dass ein Sensor komplett ausfällt.
[0084] Vorzugsweise ist die Kontrolleinrichtung dazu ausgebildet, Informationen zu verarbeiten,
wobei diese Informationen mindestens eine Information umfasst, wie der Zustand des
Sensors, die Topografie des Teilschienennetzes, den Zustand des Teilschienennetzes,
Sensordaten der ortsfesten visuellen Sensoren, die Position der Sicherheits- und Streckenelemente,
Daten der Sicherheits- und Streckenelemente, Anweisungen von Bahnpersonal auf der
Bahnstrecke oder in Bahnhöfen sowie Daten der schienengebundenen Fahrzeuge (800).
[0085] Informationen über den Zustand des Teilschienennetzes können beispielsweise Angaben
über ein Objekt, welches sich auf der Schiene befindet oder den Zustand der Geleise,
insbesondere Beschädigungen der Geleise, umfassen. Daten der Sicherheits- und Streckenelemente
können Informationen wie die Stellung der Weiche oder die Stellung einer Barriere
sein. Anweisungen vom Bahnpersonal können beispielsweise die Abfahrtsfreigabe für
einen Zug, eine Fehlermeldung für einen Zug oder dergleichen sein. Daten der schienengebundenen
Fahrzeuge können beispielsweise deren Position, Beschleunigung oder Geschwindigkeit
oder Informationen über Gewicht, Länge oder Zustand des Zuges umfassen.
[0086] Vorzugsweise gibt es eine Kontrolleinrichtung für ein Zugleitsystem, insbesondere
für ein Zugleitsystem wie oben beschrieben, wobei die Kontrolleinrichtung ortsfest
und zentral angeordnet ist und die zentrale Kontrolleinrichtung mit ortsfesten visuellen
Sensoren in Datenverbindung steht, die ortsfeste zentrale Kontrolleinrichtung dazu
ausgebildet ist, Sensordaten von den visuellen Sensoren zu empfangen und zu verarbeiten
und wobei die Kontrolleinrichtung derart ausgebildet ist, dass unter Einbezug der
in der Kontrolleinrichtung verarbeiteten Sensordaten mindestens zwei Streckenelemente,
vorzugsweise zwei Weichen, gesteuert werden können.
[0087] Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Überwachen mindestens eines Teilschienennetzes
eines Schienennetzes und von schienengebundenen Fahrzeugen auf diesem Teilschienennetz
sowie zum Überwachen und Ansteuern von mindestens zwei schaltbaren Streckenelementen,
insbesondere Weichen, des Teilschienennetzes mittels Zugleitsystem, insbesondere einem
Zugleitsystem wie oben beschrieben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erfassen
von Sensordaten mit ortsfesten visuellen Sensoren, Senden der Sensordaten der visuellen
Sensoren an eine ortsfeste zentrale Kontrolleinrichtung, Empfangen und Verarbeiten
der Sensordaten in der ortsfesten zentralen Kontrolleinrichtung. Dabei beeinflusst
die zentrale Kontrolleinrichtung unter Einbezug der verarbeiteten Sensordaten die
mindestens zwei Streckenelemente in dem mindestens einen Teilschienennetz.
[0088] Vorzugsweise sendet die Kontrolleinrichtung unter Einbezug der ausgewählten Ereignisinformationen
Anweisungen an einen oder mehrere der folgenden Empfänger:
- a. Sicherheitselemente,
- b. Streckenelemente,
- c. schienengebundenen Fahrzeuge.
[0089] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben
sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0090] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Übersicht der Elemente und die Verbindungen der Elemente untereinander
des erfindungsgemässen Zugleitsystems,
- Fig. 2a - 2c
- eine Darstellung von Befestigungsmöglichkeiten der ortsfesten visuellen Sensoren,
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines visuellen Sensors,
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung der Anordnung der ortsfesten visuellen Sensoren zum
Beobachten eines Schienenabschnitts,
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung der Kommunikationsnetze des Zugleitsystems,
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung des Aufbaus des "Traffic Control Center",
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung eines Bordgeräts eines Zuges.
[0091] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0092] Die schematische Darstellung in Figur 1 gibt einen Überblick der Elemente des erfindungsgemässen
Zugleitsystems 100 zum Überwachen eines Schienennetzes und von schienengebundenen
Fahrzeugen wie beispielsweise Zügen oder Triebfahrzeugen 800 wie Triebzüge, Lokomotiven
und Rangierfahrzeuge auf dem Schienennetz. Das Zugleitsystem 100 dient weiter zum
Überwachen und Ansteuern von mindestens zwei schaltbaren Streckenelementen wie beispielsweise
Weichen 400 oder Sicherheitselementen wie Barrieren 600 eines Bahnübergangs.
[0093] Das Zugleitsystem 100 umfasst einen als zentrale Kontrolleinrichtung funktionierenden
"Traffic Control Center" (TCC) 200, ortsfesten visuellen Sensor 500 und Befehlsgeber
450 an Weichen 400 und Befehlsgeber 650 an Barrieren 600.
[0094] Der Kern des Zugleitsystems bildet das TCC 200. Dieses ist ortsfest und zentral angeordnet.
Die ortsfesten visuellen Sensoren 500, die Befehlsgeber 450, 650 für Weichen 400 und
Barrieren 600 sowie Bordgeräte (OBU) 900 auf den Triebfahrzeugen 800 sind dezentral
angeordnet. Das TCC 200 steht in drahtloser Datenverbindung mit den visuellen Sensoren
500, den Befehlsgebern 450, 650 und den Triebfahrzeugen 800. Dabei erfolgen die Datenverbindungen
über ein "Wireless wide area network" (WWAN). Die Datenverbindungen sind in Figur
1 mit gestrichelten Linien dargestellt.
[0095] Die ortsfesten visuellen Sensoren 500 sind entlang allen Strecken 700 des Schienennetzes
angeordnet, bei Weichen 400 und bei Barrieren 600 bei einem Bahnübergang. Jede Weiche
400 und jede Barriere 600 umfasst einen Befehlsgeber 450, 650. Das TCC 200 umfasst
drei redundante Rechner, die sich gegenseitig überwachen.
[0096] Mit sehr vielen ortsfesten visuellen Sensoren 500 wird das ganze Schienennetz eines
Bahnunternehmens kontinuierlich beobachtet. Jeder Schienenabschnitt wird dabei aus
den zwei Fahrtrichtungen redundant überwacht. Die visuellen Sensoren 500 umfassen
Stereokameras, Ultraschall- und Radarsensoren und erkennen mittels intelligenter Software
Ereignisse auf dem beobachteten Schienenabschnitt. Wichtige Ereignisse melden die
visuellen Sensoren 500 drahtlos an das zentrale TCC 200. Im TCC 200 verarbeitet eine
übergeordnete Sensorsoftware die Sensordaten der einzelnen visuellen Sensoren 500
und kombiniert die Sensordaten zu einer redundanzfreien Gesamtsicht. Ereignisse, die
diese Gesamtsicht verändern, werden an eine "Traffic Control Software" im TCC 200
weiter gemeldet.
[0097] Die "Traffic Control Software" steuert direkt, basierend auf den erhaltenen Ereignissen
der ortsfesten visuellen Sensoren 500, drahtlos durch die ortsfesten Befehlsgeber
450, 650 die Weichen 400 und Barrieren 600 und über drahtlose Kommunikationskanäle
die Triebfahrzeuge 800. Das TCC 200 kennt Rahmenbedingungen wie Fahrpläne und Rangieraufträge
und akzeptiert spontane Ergänzungen dazu. Mit Methoden, Algorithmen und künstlicher
Intelligenz werden die Züge entsprechend den Fahrplänen und den Abfahrtsfreigaben
an den Halteorten über das Schienennetz gesteuert. Menschen behandeln nur ausserordentliche
Situationen mit Anweisungen an das TCC 200. Eine mehrschichtige Sicherheitssoftware
im TCC und ein zentrales Rechnersystem, welches den Sicherheits-Integritätslevel 4
(SIL 4) entspricht, garantieren hohe Redundanz und SIL 4. Das gesamte Schienennetz
mit allen Aktivitäten ist im TCC 200 grafisch auf Bildschirmen oder Bildschirmwänden
im gewünschten Massstab darstellbar.
[0098] Die visuellen Sensoren 500, die Befehlsgeber 450, 650 und das TCC 200 ersetzen zu
niedrigen Kosten komplett die extrem teuren dezentralen Stellwerke als Innenanlagen
mit den dazu gehörenden Aussenanlagen wie Gleisfreimelder, Achszähler, Signale und
deren Verkabelung. Nachfolgend werden die einzelnen Elemente des Zugleitsystems 100
näher beschrieben.
Visuelle Sensoren
[0099] Der visuelle Sensor 500 umfasst zwei Stereokameras mit Infrarot-LED zur Beleuchtung,
zwei Dopplerradare, drei Ultraschallsensoren und je nach Ausführung auch LiDAR (Light
detection and ranging) sowie je einen Rauch- und Temperatursensor. Die Kameras und
Sensoren sind in einem allwettertauglichen, temperierten Gehäuse untergebracht. Der
visuelle Sensor 500 umfasst zudem eine Software zum Erkennen von vorbestimmten Ereignissen,
einen Empfänger und einen Sender zum Empfangen und Senden von Daten.
[0100] Im überwachten Schienennetz sind tausende von visuellen Sensoren 500 am Streckenrand,
bei Weichen 400, bei Barrieren 600 und bei Bahnhöfen angeordnet. Die visuellen Sensoren
500 können Rollmaterial von anderen Objekten unterscheiden und erkennen den Anfang
und das Ende eines Zuges. Des Weiteren messen die visuellen Sensoren 500 die Position
und die Geschwindigkeit der Züge und berechnen anhand mehreren Geschwindigkeitsmessungen
die Beschleunigung des Zuges. Alle 1 - 3 Sekunden senden die visuellen Sensoren 500
diese Informationen mit einem Zeitstempel ("time stamp") über WWAN an das vorbeifahrende
Triebfahrzeug 800 und an das TCC 200. Triebfahrzeug 800 und TCC 200 können anhand
des Zeitstempels diese Informationen laufend extrapolieren. Damit ist eine zuverlässige
Geschwindigkeitsmessung ermöglicht. Jedoch melden sich von den tausenden visuellen
Sensoren 500 nur wenige zu einem bestimmten Zeitpunkt, da die visuellen Sensoren 500
nicht Bilder versendet, sondern nur analysierte Ereignisse an das TCC 200 oder an
Triebfahrzeuge 800 weitergeben. So reagieren die visuellen Sensoren 500 beispielsweise
nicht auf Hasen, Vögel, Laub oder Schnee. Jedoch können vom TCC 200 jederzeit Bilder
der visuellen Sensoren 500 angefordert werden. Dadurch wird alles entlang der Schienen
sichtbar. Weil die visuellen Sensoren 500 "sehen" können sie ausserordentliche Situationen
und Ereignisse, wie beispielswese Gefahrensituationen oder einen Baustellenbetrieb
intelligent behandeln. Die visuellen Sensoren 500 können auch bei Nebel und Schnee,
Objekte und Ereignisse zuverlässig erfassen, was keinem Menschen, keiner Kamera und
keinem Radarsystem möglich ist. Mittels der Rauch- und Temperatursensor erfassen die
visuellen Sensoren 500 auch Rauch und die Temperatur, was insbesondere in Tunnels
wichtig ist. Mit den visuellen Sensoren 500 kann die Länge eines Zuges überall erfasst
und seine Integrität kontrolliert werden. Ausserdem kann die Beschleunigung eines
Zuges präzise erfasst werden. Dadurch kann zum Beispiel abgeschätzt werden, wie sich
eine Situation entwickelt.
[0101] Nachfolgend wird detailliert auf den Aufbau und die Anordnung der visuellen Sensoren
500 eingegangen.
[0102] Die visuellen Sensoren 500 überwachen im Schienennetz die freie Strecke wie auch
die Bahnhöfe und alle Strecken- und Sicherheitselemente des Schienennetzes. Der Überwachungsbereich
des visuellen Sensors 500 umfasst die Schienen mit dem Lichtraumprofil für die Züge
und einer zusätzlichen Marge. Bei Bahnübergängen umfasst der Überwachungsbereich zusätzlich
den Bahnübergang mit den Barrieren 600. Beim ersten Einschalten des visuellen Sensors
500 bestimmt dieser aufgrund seiner Position und Angaben aus einem Schienennetzabbild
seinen Überwachungsbereich. Seine genaue Zeit erhält der visuelle Sensor 500 von einem
integrierten GPS-Empfänger. Visuelle Sensoren 500 ohne GPS-Empfang verwenden Zeitmeldungen
auf dem Kommunikationsnetzwerk.
[0103] Die Figuren 2a - 2c zeigen mögliche Anordnungen der visuellen Sensoren 500. Die visuellen
Sensoren 500 werden in der Regel auf der linken Seite der Schienen in 3 m Höhe an
einem Mast befestigt, im Normallfall an einem Fahrleitungsmast. Das Bahnunternehmen
kann alternativ auch einheitliche Maste 560 nur für die visuellen Sensoren 500 einsetzen.
In Figur 2a ist der visuelle Sensor 500 auf einem solchen Mast 560 angebracht. Am
Mast 560 ist der visuelle Sensor 500 einfach auf verschiedenen Höhen, in der genauen
Richtung anbringbar. Von Mast 560 zu Mast 560 kann eine Freileitung gezogen werden,
was mindestens auf der Strecke kostengünstig ist. Figur 2b zeigt eine Befestigungsmöglichkeit
des visuellen Sensors 500 in einem Tunnel 570 und in Figur 2c ist der visuelle Sensor
500 mit einer kurzen Halterung 581 an einem Bahnhofs- oder Unterstandsdach 580 befestigt.
[0104] Figur 4 zeigt schematisch die Anordnung der visuellen Sensoren 500 bei einem Streckenabschnitt
710, 720 des Schienennetzes. Ein erster visueller Sensor 500.1 weist einen ersten
Überwachungsbereich 591 auf und beobachtet den Schienenabschnitt 710 in eine erste
Fahrtrichtung, in der Darstellung in Figur 4 entspricht dies der Richtung von links
nach rechts. Ein zweiter visueller Sensor 500.2 weist einen zweiten Überwachungsbereich
592 auf und beobachtet den Schienenabschnitt 710 in die zweite Fahrtrichtung 592,
in Figur 4 entspricht dies der Richtung von rechts nach links. Die visuellen Sensoren
500.1, 500.2 erzeugen dadurch redundante Sensordaten. Der Schienenabschnitt 720 einer
zweiten Schienenspur wird ebenfalls mit zwei visuellen Sensoren 500.3, 500.4 mit je
einem Überwachungsbereich 593, 594 in beide Fahrtrichtungen beobachtet. Die visuellen
Sensoren 500 beobachten je nach Situation einen Bereich von 50 m bis 300 m je Fahrtrichtung.
Ein visueller Sensor 500 kann eine Situation nur in seinem Überwachungsbereich beschreiben.
Eine Sensorsoftware im TCC 200 setzt diese Teilinformationen dann zu einer Gesamtsituation
zusammen.
[0105] Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines visuellen Sensors 500. Der visuelle Sensor
500 umfasst einen unteren Montageteil 510 und einen Oberteil 520. Der Montageteil
510 ist so gestaltet, dass er einfach in unterschiedlichen Umgebungen befestigt werden
kann. Der Montageteil 510 umfasst zwei Anschlüsse 512, 513 für die Speisung, wobei
ein Anschluss 513 für eine optionale zweite alternative Speisung vorgesehen ist. Auf
beiden Stirnseiten und Unterhalb des Montageteils 510 sind Kabeleinführungen vorgesehen,
auf den beiden Stirnseiten Zugentlastungen für Freileitungsführung. Das Oberteil 520
wird über eine sichere Steckverbindung für die Speisung wasserdicht auf das Montageteil
510 gesteckt und mit unverlierbaren Schrauben mit dem Montageteil 510 verbunden. Wenn
ein Kabel als "back bone" für das WWAN verlegt wird, wird dies auch in den Montageteil
510 geführt und mit einer Steckverbindung mit dem Oberteil 520 verbunden.
[0106] Zudem sind in Figur 3 die einzelnen Elemente des visuellen Sensors 500 im Detail
ersichtlich. Das Oberteil 520 beinhaltet die Elektrik und Elektronik, zwei Stereokameras
532, zwei Dopplerradar 533 und drei Ultraschallsensoren 531. Dabei sind auf den Stirnseiten
des visuellen Sensors 500 eine Stereokamera 532, ein Dopplerradar 533 und ein Ultraschallsensor
531 je in eine Fahrtrichtung der Züge ausgerichtet. Zusätzlich ist ein Ultraschallsensor
531 auf der Seite des visuellen Sensor 500 angebracht, so dass dieser rechtwinklig
zur Schiene steht. Die Sensoren sind mit einem Vordach gegen Niederschlag geschützt.
Der visuelle Sensor 500 umfasst weiter einen RFID-Sensor 530, welcher an der Seite
des visuellen Sensors 500 angebracht ist. Zudem umfasst der visuelle Sensor 500 einen
Rauchsensor 535, einen Temperatursensor 536, eine Warnleuchte 534, ein Mikrophon und
einen Lautsprecher für eine Sprachausgabe oder einen akustischen Alarm. Die Antennen
für die Kommunikation, soweit sie nicht innerhalb des Hauptgehäuses bleiben können,
werden an der Aussenwand des Oberteils 520 anliegend montiert. Sie sind nicht freistehend.
[0107] Das Oberteil 520 des visuellen Sensors 500 umfasst einen primären Kommunikationskanal
521 für das WWAN, einen Backup-Kanal 522 für ein öffentliches Mobilfunknetz, einen
allgemeinen Prozessor 523, einen Speicher 524 in dem die Schienentopologie des Schienennetzes
abgespeichert ist, einen Neuroprozessor 525, einen Lagesensor 526, einen D-GPS-Empfänger
527, eine Uhreinheit 528 zur Erstellung eines synchronisierten Zeitnormals, zwei 12V
Speisungen 529 und eine Batterie, die Energie für den Betrieb des visuellen Sensors
für mindestens 48 Stunden ohne sonstige Energieversorgung ermöglicht.
[0108] Der Neuroprozessor 525 im visuellen Sensor 500 umfasst eine Software, welche in Echtzeit
die Bilder von den Stereokameras 532, dem Dopplerradar 533 oder LiDAR und den Ultraschallsensoren
531 analysiert.
[0109] Die Software vergleicht laufend die erfassten Ereignisse mit vordefinierten Ereignissen.
Stimmt ein erfasstes Ereignis mit einem vordefinierten Ereignis überein, sendet die
Software im visuellen Sensor 500 eine Ereignismeldung drahtlos an alle drei redundanten
Rechner des TCC 200. Ein vordefiniertes Ereignis kann beispielsweise eine Situation
sein, bei der ein Ast oder ein sonstiges Objekt in das Lichtraumprofil der Züge ragt,
so dass die Züge an der Durchfahrt behindert würden. Ein vordefiniertes Ereignis kann
aber auch das Überschreiten der maximalen Geschwindigkeit des Zuges in einem bestimmten
Streckenabschnitt, eine bestimmte Weichenstellung oder eine bestimmte Barrierenstellung
sein oder ein sonstiger Zustand, der den Bahnbetrieb gefährden würde oder den reibungslosen
Bahnbetrieb beeinflussen würde.
[0110] Die Ereignismeldung des visuellen Sensors 500 beschreibt genau das jeweilige Ereignis
und jede Ereignismeldung an das TCC 200 beinhaltet zusätzliche Informationen über
die Weichstellungen aller Weichen 400 im Überwachungsbereich des jeweiligen visuellen
Sensors 500, den Öffnungsstand der Barrieren 600 eines Bahnübergangs im jeweiligen
Überwachungsbereich und den Zustand des visuellen Sensors 500, wie beispielsweise
Angaben über die Speisung, Temperatur und Informationen vom Rauchmelder im visuellen
Sensor 500. Wenn längere Zeit kein Ereignis detektiert wird, sendet der visuelle Sensor
500 eine Statusmeldung an das TCC 200. Alle Meldungen werden drahtlos und kryptisch
geschützt übermittelt.
[0111] Der Neuroprozessor 525 im visuellen Sensor 500 ist ein Standardprodukt mitsamt der
Software, welche "deep machine learning" als Basis für die Programmierung ermöglicht.
Mit programmierten Algorithmen für das korrekte Lernen der Anwendung wird die Software
ergänzt. Hierzu wird die Software mit Millionen von Bildern aus der Erfassung der
Schienentopologie gelehrt, die spezifische Bahnanwendung zu erkennen. Speziell wird
der Software des Neuroprozessors 525 gelehrt, die verschiedenen Ereignisse zu detektieren,
die an das TCC 200 gesendet werden sollen. Dies wird mit vielen entsprechenden Bildbeispielen
gelehrt.
[0112] Vom TCC 200 kann das Kontrollpersonal Bildabfragen von bestimmten Streckenabschnitten,
von Weichen 400 oder Barrieren 600 machen. Der jeweilige visuelle Sensor 500 sendet
in diesem Fall ein Vollbild der Kamera an das TCC 200. Für bestimmte Zwecke wie zum
Beispiel für die Fernsteuerung von Triebfahrzeugen 800 können auch Videos in Echtzeit
von den visuellen Sensoren 500 an das TCC 200 übertragen werden.
[0113] Der visuelle Sensor 500 ist durch einen Monteur montierbar und kann einfach an die
Speisungen angeschlossen werden. Der visuelle Sensor 500 muss dabei nicht aufrecht
montiert werden. Der Lagesensor 526 ermittelt Korrekturdaten, damit die Software auf
die Lage des visuellen Sensors 500 eingestellt werden kann.
[0114] Der visuelle Sensor 500 bestimmt seine Position mit D-GPS selber. Hat er eine stabile,
sichere Position gefunden, bestimmt er anhand der Schienentopologie und seiner Sicht
nach aussen, seinen Überwachungsbereich. Nach dieser initialen Positionsbestimmung
wird das GPS nur noch als Zeitbasis verwendet. Visuelle Sensoren 500, die keinen GPS-Empfang
haben, beziehen ihre Koordinaten vom TCC 200. Diese Koordinaten werden anhand der
bekannten Schienentopologie für jeden visuellen Sensor 500 bestimmt.
[0115] Der allgemeiner Prozessor 523 im visuellen Sensor 500 kontrolliert die Zeit. Mit
dem GPS wird diese Zeit periodisch korrigiert. Die Zeit steht als Zeitmeldung periodisch
auf dem WWAN zur Verfügung, damit visuelle Sensoren 500 ohne GPS Empfang ihre Uhr
synchronisieren können. Der genaue Zeitstempel ("time stamp") in allen Meldungen ist
wichtig für alle beteiligten Geräte, damit sie die Positionsmeldungen kontinuierlich
extrapolieren können und um die Aktualität einer Meldung kontrollieren zu können.
[0116] Die Stereokameras 532 haben je einen Öffnungswinkel von ca. 90°, arbeiten bei Tag
in Farbe und nachts als Infrarotkamera in schwarz-weiss. Die Empfindlichkeit beträgt
mindestens 0.01 Lux bei Farbe und 0.001 Lux bei schwarz-weiss. Die Auflösung horizontal
beträgt 1024 Pixel. Das Infrarotlicht beleuchtet im Nachtsichtmode 150 m. Eine Stereokamera
532 des nächsten visuellen Sensors 500 für den gleichen Schienenabschnitt beleuchtet
die gleiche Strecke aus der Gegenrichtung. Das Licht ist auf 20° fokussiert.
[0117] Der Dopplerradar 533 arbeitet im Frequenzbereich um 77 GHz und hat eine Reichweite
von 300 m. Der Öffnungswinkel beträgt ungefähr 20°. Die mit dem Dopplerradar 533 gelieferte
Firmware kann Menschen und Rollmaterial direkt erkennen. Der Dopplerradar 533 ist
ein Massenprodukt für die Automobilindustrie und erkennt normalerweise verschiedene
Fahrzeugtypen und Menschen direkt. Diese Firmware ist anpassbar für Rollmaterial des
Bahnbetriebs.
[0118] Alternativ oder zusätzlich zum Dopplerrader können Laser eingesetzt werden, wenn
sie in kleinerer Bauform ohne bewegliche Teile auf dem Markt verfügbar sind. Sie ergeben
genaue 3-dimensionale Bilder. Lasergeräte sehen aber nicht durch Nebel und Schneefall.
Die Dopplerradar und die Ultraschallsensoren ermöglichen auch bei sehr schlechtem
Wetter eine zuverlässige Überwachung des Überwachungsbereichs. Der Dopplerradar kann
die Distanz zu einem Objekt messen und die Geschwindigkeit des Objektes bestimmen.
[0119] Speziell in Tunnels ist es wichtig, Rauch sofort zu detektieren. Der Rauchsensor
535 des visuellen Sensors 500 spricht bei Rauch an und löst ein Ereignis aus, welches
zum TCC 200 gemeldet wird.
[0120] Der Temperatursensor 536 misst kontinuierlich die Temperatur. Wird ein vorgebbarer
Wert überschritten, erfolgt eine Meldung an das TCC 200.
[0121] Die Ultraschallsensoren 531 werden im Nahbereich eingesetzt. Ein rechtwinklig zur
Schiene gerichteter Ultraschallsensor 531 erkennt eine Transition, wenn eine Zug-Spitze
oder ein Zug -Ende vorbeifährt (Längenmessung, absolute Position zum Vergleich mit
dem Radar).
[0122] Der RFID-Sensor 530 liest die RFID-Transponder an den vorbeifahrenden Zügen und erkennt
auch Züge auf benachbarten Schienen. Wenn ein Zug einen visuellen Sensor 500 passiert
hat, werden die RFID-Daten der detektierten Wagen des Zuges durch den visuellen Sensor
500 an das TCC 200 gesendet. Sind alle Wagen mit RFID-Transpondern ausgerüstet, hat
das TCC 200 ein vollständiges Abbild des Rollmaterials auf dem Schienennetz.
[0123] Das TCC 200 kann Befehle mit Koordinatenbereichen ausgeben. Alle visuellen Sensoren
500 in einem bestimmten Koordinatenbereich erhalten dann den Befehl des TCC 200. So
kann das TCC 200 beispielsweise für einen bestimmten Koordinatenbereich mittels der
visuellen Sensoren 500 einen Alarm ausgeben. Über einzelne visuelle Sensoren 500 kann
auch eine Sprachausgabe gewählt werden. Um die Umgebung zu alarmieren umfassen die
visuellen Sensoren die Warnleuchte 534 und einen Lautsprecher oder ein Horn.
[0124] Durch die erfassten Sensordaten der visuellen Sensoren lassen sich Ereignisprotokolle
erstellen. Dadurch sind alle Ereignisse auf jedem Schienenabschnitt protokolliert.
Die Vergangenheit ist nachvollziehbar, die Daten dienen als Information, Beweis und
als Basis für weitere Auswertungen.
[0125] Die zwei redundanten Speisungen 529 transformieren die eintreffende Spannung und
Frequenz intern auf einen 12V Gleichstrom für den Betrieb des visuellen Sensors 500
und zum Laden der Batterie. Die beiden Speisungen 529 haben unterschiedliche Einspeisungen.
Ist nur eine Einspeisung aktiv, beziehen beide Speisungen Energie von der aktiven
Einspeisung. Die Spannung wird zwischen der Batterie und den Verbrauchern stabilisiert,
weil die Batteriespannung je nach Ladezustand variieren kann.
[0126] Als 12 V Batterie wird eine Lithiumbatterie eingesetzt, welche von beiden Speisungen
529 geladen wird. Bei Ausfall der beiden Speisungen 529 liefert die Batterie ohne
Unterbruch 12 V während 48 Stunden. Das heisst, die Batterie ist immer über einen
Stabilisator am Verbraucher angeschlossen. Bei einem Stromausfall kann die Störung
normalerweise innerhalb 24 Stunden behoben werden und der visuelle Sensor 500 bleibt
dadurch in Betrieb.
[0127] Eine Heizung des visuellen Sensors 500 sichert eine Mindesttemperatur im Gehäuse
und auf der Oberfläche der Stereokameras 532 von 5 °C. Im Normalfall erfolgt die Erwärmung
auf diese Temperatur durch die Wärmeabgabe der eingebauten Geräte.
[0128] Eine allgemeine Software im visuellen Sensor 500 steuert alle Abläufe im visuellen
Sensor 500 und umfasst folgende Aufgaben:
- Startup, interne Tests
- Einmaliges Bestimmen des Überwachungsbereichs
- Korrektur der internen Uhr
- Aufbau und Betrieb des WWAN
- Koordination der internen Geräte
- Drahtloser Verkehr mit dem TCC 200 über WWAN und Mobilfunknetz
- Drahtloser Verkehr mit dem Triebfahrzeug 600 über WWAN und Mobilfunknetz
- Überwachung der Verbindungen mit speziellen Status-Telegrammen
- Download der Gleistopologie (Initial und Update)
- Download der Software für den Neuroprozessor 525 (Initial und Update)
- Download der allgemeinen Software (Update)
- Betrieb der Rauch- und Temperatursensoren
- Betrieb des RFID-Sensors
- Betreib des Mikrofons und Lautsprechers
- Betrieb des optischen und akustischen Alarms
- Betrieb des Lagesensors
- Lesen des D-GPS
[0129] Die lernende Software des Neuroprozessors kennt das Schienennetz und hat gelernt,
Ereignisse zu detektieren. Folgende Ereignisse müssen im Überwachungsbereich eines
visuellen Sensor 500 durch diese Software erkannt werden:
- Rollmaterial, das auf visuellen Sensor 500 zu fährt oder vom Sensor weg fährt: Geschwindigkeit,
Ort, genaue Zeit, Berechnung Beschleunigung
- Stehendes Rollmaterial
- Menschen mit QR-Code
- Menschen ohne QR-Code
- Bewegliche oder stillstehende grössere Objekte (kein Bahnübergang)
- Bewegliche oder stillstehende grössere Objekte auf einem geschlossenen Bahnübergang
- Schranke bewegt, offen, geschlossen
- Weiche bewegt, oder in einer definierten Position
- Schienen gestört (weggeschwemmt, weggerutscht, fehlen, verformt)
[0130] Neben den oben erwähnten Statusinformationen kann eine Meldung des visuellen Sensors
500 zum TCC 200 eine oder mehrere der folgenden Informationen umfassen:
- Bewegtes Rollmaterial (Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung)
- Stehendes Rollmaterial (je zusammenhängendes Rollmaterial: Position Anfang, Position
Ende (Position Ende ÜB wenn das Rollmaterial über den ÜB hinausragt)
- Menschen mit QR-Code (Position)
- Menschen ohne QR-Code (Position)
- Bewegliche grosse Objekte (Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtungsanteil in
Gleisrichtung)
- Unbewegliche grosse Objekte (Position)
- Bahnübergang belegt mit Objekten und Menschen bei geschlossener Schranke (Position)
- Schienen gestört/defekt
- Rauchwarnung
- Temperaturwarnung
- Liste der RFID-Transponder von einem Zug
- Bilder, welche vom TCC angefordert wurden
- Life Video Übertragung
[0131] In Gegenrichtung können vom TCC 200 an den visuellen Sensor 500 Anforderungen gesendet
werden wie Anforderungen für Bilder, für Videoaufnahmen in Echtzeit, Aktivierung des
Sprachkanals, Aktivierung eines Downloads, Anforderung einer Zeitmeldung oder Einschalten
eines Alarms (Blinklicht oder akustisch).
Schienentopologie
[0132] Die Schienentopologie ist bekannt und im TCC 200, in den visuellen Sensoren 500 sowie
in Bordgeräten 900 der Triebfahrzeuge 800 gespeichert. Die Schienentopologie wird
einmalig und gegebenenfalls erneut nach einer Änderung des Schienennetzes mit einer
präparierten Lokomotive erfasst. Die Lokomotive umfasst hierzu vorne und hinten in
3 m Höhe auf beiden Seiten, soweit aussen wie möglich, eine Kamera mit Infrarotlicht,
einen Radar und einen Ultraschallsensor in Fahrtrichtung und je eine Kamera, die seitlich
90° zur Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Diese Lokomotive fährt das ganze Schienennetz
ab und filmt und fotografiert das Schienennetz mit hoher Auflösung. In der Lokomotive
befindet sich ein System zur genauen Bestimmung der Position (WGS84 und Höhe über
Meer). Dadurch können für jeden Schienenpunkt genau positionierte Bilder und der genaue
Verlauf der Schienen in drei Dimensionen erfasst werden. Mit diesen Bildern werden
die visuellen Sensoren 500 mittels "deep machine learning" gelehrt, das Schienennetz
zu erkennen. Anschliessend wird die erfasste Schienentopologie im Speicher 524 in
den visuellen Sensoren 500, in den Bordgeräten 900 der Triebfahrzeugen 800 und im
dem TCC 200, insbesondere auch im SIL-4-Rechnersystem, gespeichert. Über die Kommunikationskanäle
kann die aktuelle Schienentopologie in den visuellen Sensoren 500 und den Bordgeräten
900 später mittels Download und update nachgeführt werden.
Kommunikationsnetz
[0133] Die visuellen Sensoren 500 unterhalten ein Weitverkehrsfunknetz, ein "wireless wide
area network" (WWAN), entlang allen Schienen des Schienennetzes. Dieses WWAN ist mehrfach
an das TCC 200 angeschlossen und alle dezentralen Geräte benützen dieses Netzwerk.
Das WWAN überträgt Daten, Sprache und ermöglicht Streaming.
[0134] In Figur 5 sind die vom erfindungsgemässen Zugleitsystem 100 verwendeten Kommunikationsnetze
schematisch als gestrichelte Linien dargestellt. So ist in Figur 5 das WWAN 360 ersichtlich,
über das die visuellen Sensoren 500, Befehlsgeber 450, 650 und die Bordgeräte 900
der Triebfahrzeuge 800 mit dem TCC 200 kommunizieren. Vom Bahnpersonal auf der Strecke
oder in Bahnhöfen kann das WWAN 360 mit mobilen Geräten für Sprach- und Datenübertragung
genutzt werden. Als Backup zum WWAN 360 werden lokale Mobilfunknetze 370 genutzt,
in der Schweiz beispielsweise das Mobilfunknetz G4. Periodisch werden das WWAN 360
und die Backup-Verbindungen zu Mobilfunknetzen 370 von jedem visuellen Sensor 500,
den Befehlsgebern 450, 650, dem TCC 200 und den Bordgeräten 900 der Triebfahrzeuge
800 überprüft.
[0135] Wenn das TCC 200 über WWAN 360 einen Befehl an ein Triebfahrzeug 800 gesendet hat,
erhält das TCC 200 vom jeweiligen Triebfahrzeug 800 eine Quittung. Erhält das TCC
200 keine Quittung, wird der Befehl über ein Mobilfunknetz 370 wiederholt. In umgekehrter
Richtung funktioniert die Kommunikation gleich: Wenn das Triefahrzeug 800 auf eine
Anforderung an das TCC 200 keine Quittung erhält, wird der Befehl über ein Mobilfunknetz
370 wiederholt. Der Ausfall der Verbindung zwischen TCC 200 und Triebfahrzeug 800
führt zur Bremsung des Zuges. Die visuellen Sensoren 500 senden ihre Meldungen ebenfalls
über WWAN 360 an die drei Rechner des TCC 200. Erhält der sendende visuelle Sensor
500 nicht sofort eine Quittung von allen Rechnern des TCC 200, sendet der visuelle
Sensor 500 die Meldung über ein Mobilfunknetz 370 an diejenigen Rechner des TCC 200,
von denen der visuelle Sensor 500 keine Quittung erhalten hat. Die Rechner des TCC
200 senden ihre Befehle über WWAN 360 an die Befehlsgeber 450, 650. Erhält ein Rechner
des TCC 200 von einem Befehlsgeber 350, 650 keine sofortige Quittung, sendet der Rechner
die Meldung ebenfalls über ein Mobilfunknetz 370 an den entsprechenden Befehlsgeber
450, 650.
Kontrolleinrichtung
[0136] Das "Traffic Control Center" (TCC) 200 funktioniert als zentrale Kontrolleinrichtung.
Das TCC 200 besteht aus Hardware und Software. In Figur 6 ist der Aufbau der Hardware
des TCC 200 schematisch dargestellt. Die Hardware besteht aus drei redundanten Rechnern
211,212, 213 und einem SIL 4-Rechersystem 220, welches Sicherheits-Integritätslevel
(SIL) 4 konform ist. Jeder Rechner 211,212, 213 umfasst ein Rechnersystem, Kommunikationsanschlüsse
mit Kryptographie und Anschlüsse für dezentrale Benutzerschnittstellen.
[0137] Das TCC 200 organisiert und optimiert die Zugfolge, verwaltet Ressourcen wie das
Schienennetz, Bahnsteige, Ausweichgeleise und dergleichen mit maschineller Intelligenz.
Hierzu stellt das TCC 200 Weichen 400, steuert Barrieren 600 von Bahnübergängen, steuert
Züge, macht dem Personal Vorschläge, informiert das Personal über Störungen und fragt
das Personal nach Prioritäten bei mehreren Optionen. Zur Steuerung der Züge überwacht
das TCC 200 Abfahrtsquittungen von den Zügen und akzeptiert die Abfahrtsquittung bei
jedem Halt. Das TCC kann notfalls über die Verbindung zu den Treibfahrzeugen 800 und
über deren Bordgerät 900 die Züge beeinflussen, beispielsweise im Notfall eine Notbremsung
einleiten. Des Weiteren kann das TCC 200 bei Bedarf den kompletten Bahnbetrieb weitgehend
autonom steuern, nur Ausnahmesituationen müssen vom Kontrollpersonal bearbeitet werden.
[0138] Weichen- und Barrieren-Stellungen werden im TCC 200 in Echtzeit dargestellt. Mit
den visuellen Sensoren 500 wird jeder Befehl an eine Weiche 400 oder Barriere 600
auf Sicht überwacht. Das Kontrollpersonal im TCC 200 wird alarmiert, wenn der Befehl
nicht in der vorgeschriebenen Zeit ausgeführt wurde. Eine Benutzeroberfläche passt
sich der verfügbaren Bildschirmgrösse an und stellt die Informationen im gewünschten
Massstab dar. Auch Züge werden in Echtzeit dargestellt. Je nach Betriebsart werden
der Bremsweg, der Durchrutschweg, die genehmigte Rückfahrstrecke und alle andere Informationen
über den Zug in Echtzeit graphisch angezeigt. Güterwagen-Rangierbereiche (Shunting)
werden gekennzeichnet. Dadurch sind im TCC 200 alle Bewegungen innerhalb des Schienennetzes
inklusive einzelner Zugswagen sichtbar.
[0139] Das TCC 200 umfasst eine Sensorsoftware für die Koordination und Interpretation der
Sensordaten der visuellen Sensoren 500, eine "Traffic Control Software", eine Steuerungssoftware,
und eine SIL 4-Sicherheitssoftware.
[0140] Die Sensorsoftware im TCC 200 erhält alle Ereignismeldungen von den visuellen Sensoren
500 und kann die Beobachtungen der visuellen Sensoren 500 zu einer redundanzfreien
Gesamtsicht zusammenfügen. Weiter kann diese Sensorsoftware die Ereignismeldungen
der visuellen Sensoren 500 vergleichend gegeneinander prüfen. Nur koordinierte und
richtige Ereignismeldungen werden an die übergeordnete "Traffic control software"
weitergegeben. Die Sensorsoftware prüft auch die Regelmässigkeit der Statusmeldungen
aller visuellen Sensoren 500. Bei Fehlern und Störungen werden geeignete Massnahmen
ergriffen und der Unterhalt wird mobilisiert. Die Koordinationsaufgaben der Sensorsoftware
umfassen insbesondere das Erkennen von Rollmaterial über mehrere visuelle Sensoren
500 hinweg, das Errechnen der Länge eines Zuges, das Ermitteln des Zustandes einer
Baustelle und Einleiten von Sicherheitsmassnahmen sowie das Ausführen von weiteren
übergeordneten Koordinationsaufgaben.
[0141] Nachfolgend wird die Softwarearchitektur der "Traffic Control Software" des TCC aus
logischer Sicht beschrieben. Die geschichtete Architektur, von unten nach oben umfasst
eine Input/Output-Ebene, eine Abbild-Ebene, eine Sicherungsebene, eine Steuerungsebene,
eine Planungsebene und einer Benutzerschnittstelle. Die einzelnen Ebenen sind nachfolgend
im Detail erläutert.
[0142] Die Aufgaben der Input/Output-Ebene umfassen das Überwachen der visuellen Sensoren
500 und Befehlsgebern 450, 650, Meldungen empfangen und senden, Störungen erkennen,
Redundanz aus den Meldungen filtern (wegen redundanten Kommunikationswegen und weil
verschiedene visuelle Sensoren 500 die gleiche Information senden), Meldungen von
den Triebfahrzeugen 800 empfangen und Meldungen zu den Triebfahrzeugen 800 senden.
[0143] Die Aufgaben der Abbild-Ebene umfassen das Nachführen eines Abbilds des Schienennetzes
in Echtzeit, Erkennen von neuen Ereignissen und Weiterleiten von Ereignissen. Das
Abbild des Schienennetzes in Echtzeit basiert auf Beobachtungen der visuellen Sensoren
500, auf Meldungen von den Befehlsgebern 450, 650 und den Triebfahrzeugen 800. Das
Abbild in Echtzeit stellt den IST-Zustand dar. Mittels berechneten Bremskurven der
Züge kann die Belegung eines Schienenabschnitts vor dem Zug erfasst werden. Ein dem
Abbild in Echtzeit überlagertes, jedoch getrenntes SOLL-Abbild zeigt den SOLL-Zustand
des Schienennetzes. Dieses SOLL-Abbild wird aufgrund der Befehle der Steuerungsebene
an Weichen 400, Barrieren 600 und an Zügen gebildet. So wird für das SOLL-Abbild beispielsweise
den Zustand einer Weiche, wie er befohlen wurde oder die gewünschte Beschleunigung,
Geschwindigkeit oder Bremsung eines Zuges erfasst.
[0144] Alle Meldungen und Befehle im TCC 200 gehen durch die Sicherungsebene. Die Aufgaben
der Sicherungsebene umfassen das Prüfen der Zugabstände und die Entwicklung der Zugsabstände
unter Berücksichtigung der Weichenstellungen und der Bremskurven der Züge. So prüft
die Sicherungsebene beispielsweise, ob alle Züge sicher fahren (Frontal-, Flanken-
und Auffahrschutz). Zu den Aufgaben der Sicherungsebene zählen weiter das Prüfen der
Barrierenstellungen an Bahnübergängen abhängig von den Zugbewegungen, die Ausführbarkeit
von Befehlen des TCC 200, beispielsweise ob eine bestimmte Weiche 400 zurzeit umgelegt
werden kann oder ob sie durch einen fahrenden Zug belegt ist. Die Sicherungsebene
führt zudem weitere Sicherheitsprüfungen durch, die laufend spezifiziert werden.
[0145] Die Aufgaben der Steuerungsebene umfassen die direkte Steuerung der Züge gemäss den
Vorgaben der Planungsebene und das Ausführen der Anweisungen der Planungsebene, sofern
die Anweisungen durch die Sicherungsebene akzeptiert wurden.
[0146] Die Planungsebene übernimmt die Planung, wobei der langfristige und kurzfristige
Fahrplan als Grundlage für die Planung dient. Die Züge werden im Personen- und Güterverkehr
immer via Fahrplan geplant, auch beim Rangieren in Bahnhöfen und auf der Strecke.
Direkte Eingaben für Bewegungen können nur im Rangierbetrieb in reservierten Rangierzonen
erfolgen. Beim unbemannten Zugbetrieb (UTO) werden die Triebfahrzeuge bei Pannen durch
Kontrolle des TCC 200 ferngesteuert. Die Planungsebene umfasst weitere Aufgaben wie
die Planung der Zugfolgen, die Planung der Zugwege, die Nutzung von Ausweichgleisen,
die Nutzung von Bahnsteigen und dergleichen mit intelligenter Software. Die Lage wird
in kurzen Abständen immer neu evaluiert und optimiert. Die gewünschten Abläufe werden
an die Steuerungsebene zur Ausführung übermittelt. Beispielsweise berücksichtigt die
Planungsebene durch die Annäherung eines Zuges nicht mehr sicher schaltbare Weichen.
Sind für diesen Zug vorbestimmte Perrons definiert und zurzeit belegt, sucht die Planungsebene
alternative Perrons. Bei Störungen bearbeitet die Planungsebene verschiedene vordefinierte
Szenarien und schlägt die im Moment sinnvollen Szenarien dem Bediener zur Auswahl
vor. Die langfristigen Fahrpläne werden nicht auf dem TCC 200 erarbeitet, sondern
von anderen Systemen übernommen.
[0147] Die Aufgaben der Benutzerschnittstelle umfassen die Darstellung von ausgewählten
Daten auf Bildschirmen oder auf einem Bildschirmcluster im gewünschten Massstab, das
Ergänzen der Informationen mit allen Details je nach Auswahl, das Informieren über
wichtige unvermeidliche Abweichungen vom Fahrplan sowie die Annahme von Benutzereingaben.
Diese Benutzereingaben umfassen beispielsweise Fahrplanergänzungen und Änderungen
der Züge (neue Züge, Bewegungen), Auswahl eines von der Planungsebene vorgeschlagenen
Szenarios bei Störungen, Auswahl eines von der Planungsebene vorgeschlagenen Wechsels
eines üblichen Bahnsteiges bei Überlastung, Auswahl einer Aktion, wenn die Planungsebene
informiert, dass Vorgaben vom Fahrplan wegen dem aktuellen Zustand des Schienennetzes
nicht durchführbar sind oder Eingaben bezüglich dem Rangieren auf Rangierzonen. Die
Benutzerschnittstelle stellt zudem einen virtuellen Führerstand grafisch dar. In diesem
virtuellen Führerstand werden in Echtzeit Videobilder vom Triebfahrzeug und Bilder
nach vorne aus dem Triebfahrzeug angezeigt.
[0148] Mit dem separaten, redundanten SIL 4- Rechnersystem 220 mit einer SIL 4-Sicherheitssoftware
werden die drei Rechner des TCC 200 generisch überwacht. Dabei müssen die drei Rechner
211, 212, 213 nicht zwingend SIL 4 konform sein, sondern nur das SIL 4-Rechnersystem
220. Neue Releases für die Rechner 211,212,213 müssen nicht jedes Mal zertifiziert
werden. Die Befehlsgeber 450, 650 und die Bordgeräte 900 der Triebfahrzeuge 800 umfassen
eine Software mit einem Kern, der bei jeder Änderung zertifiziert werden muss.
[0149] Die Rechner 211, 212, 213 des TCC 200 werden unabhängig von drei Gruppen programmiert
und unterhalten, um systematische Fehler auszuschliessen. Jeder Rechner 211, 212,
213 umfasst eine eigenständige Überwachung der visuellen Sensoren 500 und Befehlsgeber
450, 650. Weiter umfassen die Rechner 211, 212, 213 des TCC 200 auf mehreren Ebenen
und nach verschiedenen Methoden ausgelegte Sicherheitssoftware, die dauernd aktiv
ist. Daher ist unwahrscheinlich, dass die Rechner 211, 212, 213 des TCC 200 unbemerkt
Fehler machen. Um SIL 4 generisch zu garantieren, überwacht jedoch übergeordnet die
SIL 4-Sicherheitssoftware des SIL 4-Rechnersystems 220 die Rechner 211, 212, 213 als
letzte Instanz.
[0150] Die SIL 4-Sicherheitssoftware des SIL 4-Rechnersystems 220 vergleicht bereichsweise
die Abbilder der realen Welt, das heisst beispielsweise die Züge, Rollmaterial, Weichen
400, Barrieren 600 und Störungen der Gleise, der drei Rechner 211, 212, 213 untereinander.
Mindestens zwei Abbilder müssen genau übereinstimmen. Das Personal wird alarmiert,
wenn über zwei Minuten lang nur zwei Abbilder übereinstimmen. Die SIL 4-Sicherheitssoftware
hat generische Funktionen, die Gefahrensituationen in den Abbildern errechnen oder
erkennen. Erfasst die SIL 4-Sicherheitssoftware des SIL 4-Rechnersystems 220 eine
Gefahrensituation in einem Bereich, blockiert die SIL 4-Sicherheitssoftware die Befehlsausgabe
der Rechner 211, 212, 213 für diesen Bereich und ein Alarm wird ausgelöst. Erhalten
die Züge nicht regelmässig Informationen von den Rechnern 211, 212, 213 des TCC 200,
halten sie nach drei Sekunden an ("service brake") bis der Kontakt wieder funktioniert.
Bleiben die Informationen weiterhin aus, wird nach weiteren sechs Sekunden eine Notbremsung
("emergency brake") eingeleitet.
Befehlsgeber für Weichen und Barrieren
[0151] Die Befehlsgeber 450 der Weichen 400 und die Befehlsgeber 650 der Barrieren 600 sind
über WWAN drahtlos mit dem TCC 200 verbunden. Die Befehlsgeber 450, 650 führen einen
Befehl vom TCC 200 aus, wenn innerhalb von zwei Sekunden von mindestens zwei Rechnern
211, 212, 213 des TCC 200 der gleiche Befehl eingetroffen ist. Trifft bei einem Befehlsgeber
450, 650 nur ein Befehl ein oder sind die Befehle unterschiedlich, werden die drei
Rechner 211, 212, 213 des TCC 200 alarmiert und der Befehl wird nicht ausgeführt.
[0152] Die Befehlsgeber 450, 650 umfassen eine Software mit einem Kern, der bei jedem Release
neu zertifiziert werden muss. Der Kern überprüft die Funktion des Befehlsgebers 450,
650 und blockiert die Befehlsausführung bei einer Störung. Zusätzlich alarmiert die
Software des Befehlsgebers 450, 650 die Rechner 211, 212, 213 des TCC 200. Der Empfang
eines Befehls wird vom Befehlsgeber 450, 650 dem entsprechenden Rechner 211, 212,
213 des TCC 200 bestätigt. Ändert der Zustand einer Weiche 400 (Lage, transient) oder
einer Barriere 600 (offen, transient, zu) werden alle Rechner 211, 212, 213 des TCC
200 informiert. Alle 10 Minuten senden die Befehlsgeber 450, 650 ein Lebenszeichen
mit dem aktuellen Status an die Rechner 211, 212, 213 des TCC 200.
[0153] Die Befehlsgeber 450, 650 umfassen zwei redundante Speisungen, welche die eintreffende
Spannung und Frequenz intern zu 12V Gleichstrom transformieren. Die beiden Speisungen
haben je eine unterschiedliche Einspeisung. Ist nur eine Einspeisung aktiv, beziehen
beide Speisungen von der aktiven Einspeisung Energie.
Bordgerät
[0154] Vorzugsweise umfassen die Triebzüge 800 ein Bordgerät 900. Das Bordgerät 900 dient
zur Anzeige von Informationen, für Benutzereingaben und zur Übermittlung von Informationen
an das TCC 200 und zum Empfangen von Informationen und Anweisungen vom TCC 200.
[0155] Die Figur 7 zeigt schematisch den Aufbau des Bordgeräts 900. Das Bordgerät 900 umfasst
einen primären Kommunikationskanal 901 für das WWAN, einen Backup-Kanal 902 für ein
öffentliches Mobilfunknetz, einen allgemeinen Prozessor 903, einen Speicher 904 in
dem die erfasste Schienentopologie abgelegt ist, einen Neuroprozessor 905, einen Lagesensor
906, einen D-GPS-Empfänger 907, eine Uhreinheit 908 zum Erstellen eines synchronisierten
Zeitnormals, zwei 12 - 48V Speisungen 909, eine Batterie und eine Schnittstelle 910
zum Triebfahrzeug 800. Das Bordgerät 900 umfasst zudem eine Bedien- und Anzeigeeinheit
911. Zum Bordgerät 900 gehören zudem ein Headup-Display 912, ein Lautsprecher 913
und ein Mikrofon, vier Ultraschallsensoren 914, eine Stereokamera 915 mit Infrarot-Licht
zur Beleuchtung und ein Dopplerradar 916.
[0156] Die Stereokamera 915 mit dem Infrarotlicht weist eine Reichweite von ca. 100m auf.
Der Dopplerradar 916 arbeitet im 24 GHz-Bereich für eine breite Überwachung innerhalb
30m. Die Ultraschallsensoren 914 messen etwa 60 m weit. Die Ultraschallsensoren dienen
insbesondere für die Abstandshaltung beim gewollten Auffahren auf einen Zug auf dem
gleichen Gleis, gegen das Gleisende in Sackbahnhöfen oder für das Ankuppeln an Rollmaterial.
[0157] Das Bordgerät 900 zeigt die den visuellen Sensoren 500 gemessene Geschwindigkeit
und die Distanz zum nächsten Zielpunkt des zu befahrenden Streckenabschnitts (End
Movement Authority, EOA) an. Im Nahbereich des EOA projiziert das Headup-Display 912
des Bordgeräts 900 eine Stopp-Merktafel. Das Bordgerät 900 kommuniziert über das WWAN
und öffentliche Mobilfunknetze.
[0158] Das Bordgerät 900 umfasst eine Steuereinheit, die hinter der Windschutzscheibe des
Triebfahrzeuges 800 montiert wird. Die Antenne für das WWAN ist auf dem Dach des Triebfahrzeuges
800 montiert, zusammen mit den Antennen für die Mobilfunknetze. Die vier Ultraschallsensoren
914 sind in einer Hülle des Triebfahrzeuges 800 montiert und strahlen frei in Fahrtrichtung
nach vorne. Das Headup-Display 912 befindet sich im Führerstand vor dem Zugführer.
Die Schnittstelle 910 des Bordgeräts 900 stellt die Verbindung des Borderäts 900 zur
Elektronik des Zuges sicher. Die Schnittstelle 910 ist mit einem CAN-Bus an die Steuereinheit
angeschlossen und mit Vorteil nahe der Triebfahrzeugelektronik montiert.
[0159] Das Bordgerät 900 umfasst eine Software mit einem Kern, der bei jedem Release dieses
Kerns neu zertifiziert werden muss. Der Kern überprüft die Funktion des Bordgeräts
900 und blockiert die Befehlsausführung bei Störung oder stoppt den Zug. Zusätzlich
alarmiert die Software des Bordgeräts 900 das TCC 200.
[0160] Die Einstellung der Zeit erfolgt über das GPS. Wenn kein GPS-Empfang vorhanden ist,
wird die Zeit des WWAN übernommen. Die von den visuellen Sensoren 500 gemeldete Position
wird mit der GPS-Position verglichen. Abweichungen (ohne Tunnel, gedeckte Bahnhöfe,
etc.; nur bei gutem Sattelitenempfang) werden zum TCC 200 alarmiert. Die Batterie
des Bordgeräts 900 liefert Energie für 30 Tage im reduzierten Betrieb (Stand by) ohne
Ladung. Im normalen Betrieb wird die Batterie aus dem Bordnetz des Triebfahrzeuges
800 geladen. Die Schnittstelle 910 zum Triebfahrzeug 800 ermöglicht es das Triebfahrzeug
800 vollständig über das Bordgerät 900 zu beeinflussen. Es können also Funktionen
für das Fahren, Beschleunigen und Bremsen des Triebfahrzeuges 800 sowie beispielsweise
die Bedienung des Pantographen über das Bordgerät 900 gesteuert werden.
[0161] Mit dem Headup-Display 912 wird dem Zugführer die genaue Position zum Halten angezeigt
und andere Informationen dargestellt, die sonst mit Merktafeln angezeigt werden, wie
beispielsweise der Erhaltungsbereich.
[0162] Über die Kommunikationsmittel des Bordgeräts 900 kann der Zugführer mit dem Kontrollpersonal
des TCC 200, dem Fahrdienstleiter, dem Zugführer anderer Züge und dem Bahnpersonal
an den Bahnhöfen Gespräche führen. Hierzu kann mit dem Bordgerät 900 wie bei einem
Mobilfunktelefon mittels Funktionsnummern eine Verbindung aufgebaut werden.
[0163] Die Erfindung ist nicht auf die Ausführung des oben beschriebenen Zugleitsystems
beschränkt. Beispielsweise ist nicht erforderlich, dass die zentrale Kontrolleinrichtung
drei redundante Rechner aufweist. Es ist nicht erforderlich, dass die zentrale Kontrolleinrichtung
den Bahnbetrieb autonom steuert. Auch ist nicht zwingend, dass das komplette Schienennetz
mit visuellen Sensoren abgedeckt ist. So können beispielsweise Teile des Schienennetzes
auch mit anderen Sensoren überwacht werden. Auch können zum Beispiel neben den Weichen
auch noch andere steuerbare Streckenelemente durch die zentrale Kontrolleinrichtung
gesteuert werden.
[0164] Die Erfindung kann aber auch sonst von den oben beschriebenen Elementen abweichend
ausgeführt werden. So kann beispielsweise der Aufbau der visuellen Sensoren vom oben
beschriebenen Aufbau abweichend ausgeführt sein. Ausserdem muss nicht zwingend eine
Verbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung und den schienengebundenen Fahrzeugen
bestehen. Falls keine Verbindung besteht, erfolgt die Steuerung des Bahnbetriebs durch
die zentrale Kontrolleinrichtung beispielsweise nur über die Steuerung von Weichen
und Signalen. Des Weiteren müssen die schienengebundenen Fahrzeuge nicht zwingend
ein Bordgerät aufweisen.
[0165] Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein Zugleitsystem geschaffen wurde, welches
eine zuverlässige Überwachung eines Schienennetzes sowie eine zuverlässige Überwachung
von Streckenelementen und schienengebundenen Fahrzeugen auf dem Schienennetz erlaubt
und zudem eine Steuerung der schienengebundenen Fahrzeuge und der Streckenelemente
auf diesem Schienennetz ermöglicht.
1. Zugleitsystem (100) zum Überwachen mindestens eines Teilschienennetzes eines Schienennetzes
und von schienengebundenen Fahrzeugen (800) auf diesem mindestens einem Teilschienennetz
sowie zum Überwachen und Ansteuern von mindestens zwei schaltbaren Streckenelementen,
insbesondere Weichen (400), des Teilschienennetzes, wobei das Zugleitsystem (100)
mindestens zwei ortsfeste visuelle Sensoren (500) zum Erfassen von Sensordaten des
Teilschienennetzes und mindestens eine ortsfeste zentrale Kontrolleinrichtung (200)
umfasst, wobei
a) die zentrale Kontrolleinrichtung (200) in Datenverbindung mit den ortsfesten visuellen
Sensoren (500) steht,
b) die zentrale Kontrolleinrichtung (200) in Datenverbindung mit den beiden Streckenelementen
steht,
c) die zentrale Kontrolleinrichtung (200) dazu ausgebildet ist, die Sensordaten von
den ortsfesten visuellen Sensoren (500) zu empfangen und die Sensordaten zu verarbeiten,
wobei das Zugleitsystem (100) derart ausgebildet ist, dass unter Einbezug der in der
zentralen Kontrolleinrichtung (200) verarbeiteten Sensordaten der ortsfesten visuellen
Sensoren (500) die mindestens zwei Streckenelemente in dem mindestens einen Teilschienennetz
gesteuert werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass das Teilschienennetz mindestens zwei Bahnhöfe oder Haltestellen, mehrere Weichen
(400), Streckenabschnitten und Sicherheitselemente inklusive Bahnschranken (600) umfasst,
dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) derart angeordnet sind, dass die Sicherheitselemente
überwachbar und steuerbar sind, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) jeweils
einen Radarsensor und ein lernfähiges Computerprogramm umfassen, womit aus den erfassten
Sensordaten Ereignisse abstrahierbar sind und, dass das Computerprogramm der ortsfesten
visuellen Sensoren (500) derart ausgebildet ist, dass eine Ereignismeldung an die
zentrale Kontrolleinrichtung (200) gesendet werden kann, sofern ein abstrahiertes
Ereignis der Sensordaten mit einem Ereignis aus einer Anzahl vorbestimmter Ereignisse
übereinstimmt.
2. Zugleitsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Kontrolleinrichtung (200) in Verbindung mit den streckengebundenen Fahrzeugen
(800) im Teilschienennetz steht und dass die schienengebundenen Fahrzeuge (800) durch
die zentrale Kontrolleinrichtung (200) überwachbar und steuerbar sind.
3. Zugleitsystem (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Kontrolleinrichtung (200) derart ausgebildet ist, dass mit der zentralen
Kontrolleinrichtung (200) unter Einbezug der verarbeiteten Sensordaten mehr als 70%
der Sicherheits- und Streckenelemente, bevorzugt mehr als 90% der Sicherheits- und
Streckenelemente des Schienennetzes, steuerbar sind.
4. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) derart angeordnet sind und die Anzahl der
visuellen Sensoren (500) derart gewählt ist, dass die ortsfesten visuellen Sensoren
(500) mehr als 70% des Schienennetzes, vorzugsweise mehr als 80% des Schienennetzes,
besonders bevorzugt mehr als 95% des Schienennetzes überwachen.
5. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) derart angeordnet sind, dass Objekte im Bereich
des Teilschienennetzes überwachbar sind.
6. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei ortsfesten visuellen Sensoren (500) ferner eine Kamera (532)
umfassen.
7. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) mit den schienengebundenen Fahrzeugen (800)
in Datenverbindung stehen.
8. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) derart angeordnet sind, dass mindestens ein
Teilschienennetz durch die ortsfesten visuellen Sensoren (500) vorzugsweise kontinuierlich
in bevorzugt zwei Fahrtrichtungen des schienengebundenen Fahrzeuges (800) überwachbar
ist und dadurch mit den ortsfesten visuellen Sensoren (500) insbesondere redundante
Sensordaten des Teilschienennetzes erfassbar sind.
9. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Kontrolleinrichtung (200) ein Computerprogramm zum zentralen Verarbeiten
der Ereignismeldungen der ortsfesten visuellen Sensoren (500) umfasst.
10. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung (200) und den ortsfesten
visuellen Sensoren (500) und die Datenverbindung zwischen der zentralen Kontrolleinrichtung
(200) und den Streckenelementen eine drahtlose Datenverbindung ist.
11. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der ortsfesten visuellen Sensoren (500) jeweils mittels einer Ortungsvorrichtung
bestimmbar ist und die Position der ortsfesten visuellen Sensoren (500) mittels eines
Senders an die zentrale Kontrolleinrichtung (200) gesendet werden kann.
12. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) eine Warneinrichtung beinhalten, die akustische
oder visuelle Warnsignale aussenden kann.
13. Zugleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (200) dazu ausgebildet ist, Informationen zu verarbeiten,
wobei diese Informationen mindestens eine Information umfasst wie die Topografie des
Teilschienennetzes, den Zustand des Teilschienennetzes, Sensordaten der ortsfesten
visuellen Sensoren (500), die Position der Sicherheits- und Streckenelemente, Daten
der Sicherheits- und Streckenelemente, Anweisungen von Bahnpersonal auf der Bahnstrecke
oder in Bahnhöfen sowie Daten der schienengebundenen Fahrzeuge (800).
14. Verfahren zum Überwachen mindestens eines Teilschienennetzes eines Schienennetzes
und von schienengebundenen Fahrzeugen (800) auf diesem Teilschienennetz sowie zum
Überwachen und Ansteuern von mindestens zwei schaltbaren Streckenelementen, insbesondere
Weichen (400), des Teilschienennetzes mittels Zugleitsystem, wobei das Verfahren die
Schritte umfasst:
a) Erfassen von Sensordaten mit ortsfesten visuellen Sensoren (500),
b) Senden der Sensordaten der visuellen Sensoren (500) an eine ortsfeste zentrale
Kontrolleinrichtung (200),
c) Empfangen und Verarbeiten der Sensordaten in der ortsfesten zentralen Kontrolleinrichtung
(200),
wobei die zentrale Kontrolleinrichtung (200) unter Einbezug der verarbeiteten Sensordaten
mindestens zwei Streckenelemente in dem mindestens einen Teilschienennetz beeinflusst,
dadurch gekennzeichnet, dass das Teilschienennetz mindestens zwei Bahnhöfe oder Haltestellen, mehrere Weichen
(400), Streckenabschnitten und Sicherheitselemente inklusive Bahnschranken (600) umfasst,
dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) die Sicherheitselemente überwachen und
steuern, dass die ortsfesten visuellen Sensoren (500) jeweils einen Radarsensor und
ein lernfähiges Computerprogramm umfassen, womit aus den erfassten Sensordaten Ereignisse
abstrahierbar sind und, dass das Computerprogramm der ortsfesten visuellen Sensoren
(500) eine Ereignismeldung an die zentrale Kontrolleinrichtung (200) sendet, sofern
ein abstrahiertes Ereignis der Sensordaten mit einem Ereignis aus einer Anzahl vorbestimmter
Ereignisse übereinstimmt.