Verfahren zur Qualifizierung eines Datenkabels für ETCS-Signalisierungsdaten

Abstract

 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung der Eignung von im Bahnbereich verlegten Datenkabeln zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zwischen einer gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) und einer gleisseitig montierbaren Datenübertragungseinheit anzugeben. Dieses Verfahren soll es erlauben, im realen Bahnumfeld liegende vorhandene Datenkabel zu prüfen und so dazu beitragen, dass möglichst häufig bestehende Kabel genutzt werden können, was das dazu vergleichsweise kostspielige Verlegen neuer Datenkabel obsolet machen würde.
Das angewendete Verfahren gestattet es, die im realen Umfeld befindlichen Datenkabel auf ihre Eignung zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu prüfen. Dabei ist dieses Verfahren unabhängig von Verhalten der einzelnen Balisen, die selbst bei demselben Hersteller je nach Baureihe relativ unterschiedliche elektrische Eigenschaften haben können, weil das vorliegende Verfahren zunächst die Balise mit angeschlossenem Referenzkabel abbildet und danach die an das tatsächlich im Bahnbereich liegende Datenkabel am oder nahe dem realen Einsatzort angeschlossene Balise herannimmt, um aus dem sich dann ergebenden Unterschied von Referenzausgangsspannungssignal und realen Ausgangsspannungssignal mit der Bestimmung des realen Leitungsparameter ein Mass für die Eignung des realen Datenkabel zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu generieren. Das Verfahren eignet sich selbstverständlich besonders vorteilhaft auch für reale Datenkabel, die aus mehreren Teilen unterschiedlicher Datenkabel zusammen gesetzt sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zugsicherungssystem und ein Modul für ein Lichtsignal zur Zugsicherung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8.

[0002] Zielsetzung von ETCS (European Train Control System) ist die Schaffung einer harmonisierten europäischen Zugbeeinflussung. Die Standardisierung bezieht sich im Besonderen auf die Informationsübertragung zwischen Fahrweg und Fahrzeug (Luft-Schnittstellen) und zwischen Stellweg und gleisseitiger Steuereinheit, typischerweise LEU (Lineside Electronic Unit) genannt. Die über die Komponenten des ETCS-Systems zu übertragenden Informationen können meist aus den vorhandenen Sicherungsanlagen gewonnen bzw. erzeugt werden.

[0003] ETCS wird in unterschiedlichen Ausrüstungsstufen bzw. Funktionsstufen - sogenannte Levels - unterschieden. Die Definition des Levels hängt davon ab, wie die Strecke ausgerüstet ist und auf welche Art Informationen auf den Zug übertragen werden. Prinzipiell wird die Fahrerlaubnis und die entsprechende Streckeninformation auf den Zug übertragen und dem Lokomotivführer im Führerstand angezeigt.

[0004] In Figur 1 ist die prinzipielle Anordnung von an Strecken-punkten angeordneten Balisengruppen des System ETCS/Eurobalise vor einem Lichtsignal 1 dargestellt. Das Lichtsignal 1 ist mit Modulen 2 zur Aussendung von Licht ausgerüstet. Mit den Bezugszeichen A, B ist die Fahrtrichtung eines Zuges 10 angegeben. Eine Balisengruppe an den Streckenpunkten beinhaltet vorliegend jeweils eine Festdatenbalise 4 und eine Transparentdatenbalise 6. Die Festdatenbalisen 4 senden dabei stets gleiche Telegramme aus. Die steuerbaren Transparentbalisen 6 übertragen ein Datentelegramm 12 eines von der Steuereinheit LEU entstammenden und über eine sogenannte Schnittstelle C übertragenen Telegramms an das Fahrzeug 10. Die wenigstens paarige Anordnung von Balisen 4, 6 in Balisengruppen ist erforderlich, um bei Überfahrt mittels einer festen Kennung in einem Telegramm die Fahrtrichtung A, B des überfahrenden Zuges 10 zu erkennen. Das Lichtsignal 1 wie auch die Transparentbalisen 6 erhalten diese Informationen von der LEU 3.

[0005] Damit eine kontinuierlichere Informationsübertragung ermöglicht wird, ist das System Euroloop geschaffen worden, damit ein Zug 10 unmittelbar beim Wechsel des Signalbegriffes Halt auf Fahrt beschleunigen kann und nicht bis zum Überfahren der nächsten steuerbaren Transparentbalise 6 warten muss. Dazu kann ein Leckkabel über ein Loop Modem mit der LEU verbunden sein.

[0006] Zu Empfang der Datentelegramme 12 befindet sich auf dem Triebfahrzeug 10 eine hier nicht weiter dargestellte Antenne, die mit einer ebenfalls nicht weiter dargestellten ETCS-Empfangseinheit gekoppelt ist. Die in der ETCS-Empfangseinheit empfangenen Telegramme 12 werden vom Fahrzeugrechner für die Zugsicherung, wie z.B. die Geschwindigkeitsüberwachung etc., ausgewertet.

[0007] Die Umrüstung der Strecken von den heutzutage in der Regel nationalen proprietären Zugsicherungssysteme auf ETCS stellt die Bahnunternehmen sowie die Zulieferindustrie vor die Anforderung, diese Umrüstung möglichst kostengünstig und dennoch auf Höhe der geforderten Sicherheitskriterien zu bewerkstelligen. Dabei zeigen die derzeit ausgeführten Projekte von Strecken mit Umrüstung auf ETCS, dass zum Teil grosse Distanzen zwischen der LEU und den TransparentdatenBalisen 6 zunehmend gefragt sind. In der UNISIG-Spezifikation für die Datenübertragung nach Schnittstelle C sind die überwindbaren Streckenlängen bis zu 500 Metern spezifiziert. In gängigen Projekten werden aber vermehrt Distanzen bis zu 5000 Metern gewünscht. Häufig sind in der Kabelanlagen der Eisenbahninfrastrukturunternehmungen zahlreiche und qualitativ gute Datenkabel verlegt, welche grundsätzlich in einem jeweils individuell zugeschnittenen Setup für die Übertragung der Signale zwischen der LEU und der Transparentdatenbalise 6 genutzt werden können.

[0008] Leider ist die Beurteilung von derartigen Datenkabeln auf ihre Eignung für die gemäss UNISIG spezifizierte Datenübertragung über die Schnittstelle C bis anhin sehr aufwendig und bisher nur für einzelne Kabeltypen in einem vergleichsweise aufwendigen Verfahren im Labor möglich. Dazu werden unter Umständen grossen Kabellängen benötigt, um eine Aussage über die maximal mögliche Einsatzdistanz treffen zu können, wobei nachteiligerweise im Labor die wahren Einsatzbedingungen hinsichtlich sämtlicher EMV-Einwirkungen des Bahnumfeldes gar nicht oder nur sehr unzureichend nachgebildet werden können.

[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung der Eignung von im Bahnbereich verlegten Datenkabeln zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zwischen einer gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) und einer gleisseitig montierbaren Datenübertragungseinheit anzugeben. Dieses Verfahren soll es erlauben, im realen Bahnumfeld liegende vorhandene Datenkabel zu prüfen und so dazu beitragen, dass möglichst häufig bestehende Kabel genutzt werden können, was das dazu vergleichsweise kostspielige Verlegen neuer Datenkabel obsolet machen würde.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Beurteilung der Eignung von im Bahnbereich verlegten Datenkabeln zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zwischen einer gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) und einer gleisseitig montierbaren Datenübertragungseinheit, insbesondere Transparentdatenbalise oder Loop-Kabel, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Aussenden eines vorbekannten ETCS-konformen Übertragungssignals von der gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) an die Datenübertragungseinheit, wobei die gleisseitige Kontrolleinheit (LEU) und die Datenübertragungseinheit über ein Referenzkabel verbunden sind;

b) Messen des über der Datenübertragungseinheit in Antwort auf das vorbekannte Übertragungssignal abfallenden Referenzausgangsspannungssignals;

c) optionales Analysieren des Referenzausgangsspannungssignals hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs;

d) erneutes Aussenden des vorbekannten ETCS-konformen Übertragungssignals von der gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) an die Datenübertragungseinheit, wobei die gleisseitige Kontrolleinheit (LEU) und die Datenübertragungseinheit nun über das auf dessen Eignung zu überprüfende Datenkabel verbunden sind;

e) Messen des über der Datenübertragungseinheit in Antwort auf das vorbekannte und nun mehr über das reale Datenkabel geleitete Übertragungssignal abfallenden realen Ausgangsspannungssignals;

f) optionales Analysieren des realen Ausgangsspannungssignals hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs;

g) Ermitteln eines Leitungsparameters des realen Datenkabels anhand eines Vergleichs von Referenzausgangsspannungssignals und realen Ausgangsspannungssignals; und

h) Qualifizieren des realen Datenkabels als für die Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten geeignetes Kabel bei Erfüllung eines vorbestimmten Masses für den Leitungsparameter.

[0011] Auf diese Weise gestattet es das angewendete Verfahren, die im realen Umfeld befindlichen Datenkabel auf ihre Eignung zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu prüfen. Dabei ist dieses Verfahren unabhängig von Verhalten der einzelnen Balisen, die selbst bei demselben Hersteller je nach Baureihe relativ unterschiedliche elektrische Eigenschaften haben können, weil das vorliegende Verfahren zunächst die Balise mit angeschlossenem Referenzkabel abbildet und danach die an das tatsächlich im Bahnbereich liegende Datenkabel am oder nahe dem realen Einsatzort angeschlossene Balise herannimmt, um aus dem sich dann ergebenden Unterschied von Referenzausgangsspannungssignal und realen Ausgangsspannungssignal mit der Bestimmung des realen Leitungsparameter ein Mass für die Eignung des realen Datenkabel zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu generieren. Das Verfahren eignet sich selbstverständlich besonders vorteilhaft auch für reale Datenkabel, die aus mehreren Teilen unterschiedlicher Datenkabel zusammen gesetzt sind.

[0012] Der dann ermittelte Leitungsparameter kann dann in einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung so bewertet werden, dass das Erfüllen eines vorbestimmten Masses für den Leitungsparameter das Unterschreiten eines oberen Grenzwertes und/oder das Überschreiten eines unteren Grenzwertes für den Leitungsparameter umfasst. Der Leitungsparameter kann dabei zum Beispiel der Leitungsparameter der frequenzabhängige Dämpfungswert des realen Datenkabels ist, der dann für den interessierenden Frequenzbereich eine vorbestimmte maximale Dämpfung unterschreitet. Die Frequenzen des ETCS-Datensignals umfassen dabei für den Energietransport ein Sinussignal mit einer Frequenz von 8 bis 10 kHz, z.B. 8.826 kHz im UNISIG Subset beschrieben, und für den Datentransport zwei kontinuierlich frequenzmodulierte Signale mit binärer Freqenzverschiebungscodierung (2-FSK continuous frequency modulation) bei Frequenzen im Bereich vom 200 bis 600 kHz, z.B. Unisig Subset 036 Frequenzen von etwa 282 und 564 kHz.

[0013] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Messen und Analysieren des über der Datenübertragungseinheit in Antwort auf das vorbekannte und nun mehr über das reale Datenkabel geleitete Übertragungssignal abfallenden realen Ausgangsspannungssignals über eine vorbestimmte Zeitdauer wiederholt ausgeführt werden. Somit kann die Qualität der Datenübertragung zum Beispiel im Wege einer Langzeitmessung durchgeführt werden, um beispielsweise auch den Eignungsnachweis des Datenkabels unter Störbeeinflussung durch Schaltvorgänge und Traktionsströme führen zu können.

[0014] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorsehen, das Referenzausgangsspannungssignals und/oder das reale Ausgangsspannungssignal zur Analyse in einen Energieteil und einen Datenteil aufzuteilen. Selbst ohne die Anwendung einer FFT oder ähnlicher Frequenzanalyseverfahren kann so mit einem entsprechenden Tiefpassfilter der Energieteil und mit einem entsprechenden Hochpass- oder Bandpassfilter der Datenteil separat analysiert werden.

[0015] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn der ermittelte Leitungsparameter des realen Datenkabels für eine rechnerische Bestimmung der Eignung eines baugleichen, aber längeren Datenkabels herangezogen wird. So kann beispielsweise eine Messung mit einem rund 1000 Meter langen Kabel genutzt werden, um die Eigenschaften eines entsprechend längeren Kabel gleicher Bauart zumindest vorzubestimmen.

[0016] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wrden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

ein Beispiel für eine Zugsicherungssituation einer Weicheneinmündung mit den wesentlichen Komponenten gemäss den Standards von ETCS;

Figur 2

einen prinzipiellen Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens hinsichtlich der Ermittlung eines über einer Balise abfallenden Referenzausgangsspannungssignals; und

Figur 3

einen prinzipiellen Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens hinsichtlich der Ermittlung eines über der Balise gemäss Figur 1 abfallenden Ausgangsspannungssignals bei angeschlossenem realen Datenkabel.

[0017] Die Figur 1 wurde ja in der Beschreibungseinleitung schon erläutert und zeigt schematisch die Anordnung der die beiden Signale 1 steuernder Kontrolleinheit (LEU) sowie die mit der Kontrolleinheit (LEU) verbundenen Transparentdatenbalisen 6, die den am Signal 1 anliegenden Signalbegriff als Funksignal 12 auf das Fahrzeug übertragen. Neben dem eigentlichen Fahrbegriff kann das Funksignal 12 auch Angaben über eine Bremskurve oder sonstige für die Steuerung des Fahrzeugs 10 relevante Daten enthalten.

[0018] Figur 2 zeigt nun den prinzipiellen Messaufbau zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Beurteilung der Eignung von im Bahnbereich verlegten Datenkabeln AD1, AD2 (siehe Figur 3) zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zwischen der gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) und der gleisseitig montierten Transparentdatenbalise 6 - nachfolgend kurz Balise 6 genannt. Zur Bestimmung eines über der Balise (6) abfallenden Referenzausgangsspannungssignals - nachfolgend kurz Referenzsignal U_RS genannt - wird die Balise 6 über ein Referenzkabel RK an die Kontrolleinheit LEU angeschlossen. Die Kontrolleinheit LEU erhält nun aus einem hier nicht weiter dargestellten Stellwerk einen entsprechenden Signalbegriff und leitet diesen über das Referenzkabel RK, das labormässig eine Länge von einigen Metern aufweist, an die Balise 6 weiter. Mit einem Diagnosetool DT wird das über der Balise 6 abfallende Referenzsignal U_RS erfasst. Das erfasste Referenzsignal U_RS wird im Diagnosetool anschliessend hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs analysiert. Besonders aussagekräftig sind dabei die Pegel der grundlegenden Frequenzen des Energie- und des Datenteils gemäss Unisig-Spezifikation (ca. 8 kHz, 282 kHz und 562 kHz).

[0019] Figur 3 zeigt nun den prinzipiellen Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens hinsichtlich der Ermittlung eines über der Balise 6 gemäss Figur 1 abfallenden realen Ausgangsspannungssignals - nachfolgend kurz Echtsignal U_ES genannt - bei angeschlossenem realen Datenkabel AD1, AD2. Vorliegend ist dieses reale Datenkabel AD1, AD2 aus den zwei Teilstücken AD1 und AD2 zusammengesetzt. Im weiteren Verfahren erfolgt nun das erneute Aussenden des vorbekannten ETCS-konformen Übertragungssignals von der gleisseitigen Kontrolleinheit LEU an die Balise 6, wobei die Balise 6 nun auch tatsächlich an ihrem Einsatzort im Gleisbett oder beispielsweise nur wenig benachbart davon neben dem Gleis angeordnet und an das reale Datenkabel AD1, AD2 angeschlossen ist. Das LEU-seitige Ausgangssignal ist dabei bei beiden Messungen identisch, weil die Spezifikation nach UNISIG verlangt, dass sich die Ausgangssignale der LEU auf einem normierten Niveau befinden.

[0020] Mit dem Diagnosetool DT (vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise dasselbe Diagnosetool DT, das zur Messung des Referenzsignals U_RS eingesetzt worden ist) wird nun das über der Balise 6 abfallende Echtsignal U_ES, das in Antwort auf das vorbekannte und nun mehr über das reale Datenkabel AD1, AD2 geleitete Übertragungssignal über der Balise 6 abfällt, gemessen. Analog zum Referenzsignal wird nun auch Echtsignal U_ES hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs analysiert. Aufgrund dieser Analyse wird anschliessend ein das reale Datenkabel AD1, AD2 charakterisierender Leitungsparameter, hier der frequenzabhängige Dämpfungswert, bestimmt. Anhand dieses Dämpfungswertes wird dann entschieden, ob das reale Datenkabel als für die Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten geeignetes Kabel qualifiziert werden kann oder nicht.

[0021] Das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es somit, die im realen Umfeld befindlichen Datenkabel auf ihre Eignung zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu prüfen. Dabei ist dieses Verfahren unabhängig von Verhalten der einzelnen Balisen, die selbst bei demselben Hersteller je nach Baureihe relativ unterschiedliche elektrische Eigenschaften haben können, weil das vorliegende Verfahren zunächst die Balise mit angeschlossenem Referenzkabel abbildet und danach die an das tatsächlich im Bahnbereich liegende Datenkabel am oder nahe dem realen Einsatzort angeschlossene Balise herannimmt, um aus dem sich dann ergebenden Unterschied von Referenzsignal und realem Echtsignal mit der Bestimmung des realen Leitungsparameters ein Mass für die Eignung des realen Datenkabel zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zu generieren. Das Verfahren eignet sich selbstverständlich besonders vorteilhaft auch für reale Datenkabel, die - wie vorstehend gezeigt - aus mehreren Teilen unterschiedlicher Datenkabel zusammen gesetzt sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Beurteilung der Eignung von im Bahnbereich verlegten Datenkabeln (AD1, AD2) zur Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten zwischen einer gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) und einer gleisseitig montierbaren Datenübertragungseinheit (6), insbesondere Transparentdatenbalise oder Loop-Kabel, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Aussenden eines vorbekannten ETCS-konformen Übertragungssignals von der gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) an die Datenübertragungseinheit (6), wobei die gleisseitige Kontrolleinheit (LEU) und die Datenübertragungseinheit (6) über ein Referenzkabel (RK) verbunden sind;

b) Messen des über der Datenübertragungseinheit in Antwort auf das vorbekannte Übertragungssignal abfallenden Referenzausgangsspannungssignals (U_RS);

c) optionales Analysieren des Referenzausgangsspannungssignals (U_RS) hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs;

d) erneutes Aussenden des vorbekannten ETCS-konformen Übertragungssignals von der gleisseitigen Kontrolleinheit (LEU) an die Datenübertragungseinheit (6), wobei die gleisseitige Kontrolleinheit (LEU) und die Datenübertragungseinheit (6) nun über das auf dessen Eignung zu überprüfende reale Datenkabel (AD1, AD2) verbunden sind;

e) Messen des über der Datenübertragungseinheit (6) in Antwort auf das vorbekannte und nun mehr über das reale Datenkabel (AD1, AD2) geleitete Übertragungssignal abfallenden realen Ausgangsspannungssignals (U_ES);

f) optionales Analysieren des realen Ausgangsspannungssignals (U_ES) hinsichtlich des Spannungs- und/oder Frequenzverlaufs;

g) Ermitteln eines Leitungsparameters des realen Datenkabels (AD1, AD2) anhand eines Vergleichs von Referenzausgangsspannungssignals (U_RS) und realen Ausgangsspannungssignals (U_ES); und

h) Qualifizieren des realen Datenkabels (AD1, AD2) als für die Übertragung von ETCS-Signalisierungsdaten geeignetes Kabel bei Erfüllung eines vorbestimmten Masses für den Leitungsparameter.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfüllen eines vorbestimmten Masses für den Leitungsparameter das Unterschreiten eines oberen Grenzwertes und/oder das Überschreiten eines unteren Grenzwertes für den Leitungsparameter umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leitungsparameter der frequenzabhängige Dämpfungswert des realen Datenkabels (AD1, AD2) ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Messen und Analysieren des über der Datenübertragungseinheit (6) in Antwort auf das vorbekannte und nun mehr über das reale Datenkabel (AD1, AD2) geleitete Übertragungssignal abfallenden realen Ausgangsspannungssignals (U_ES) über eine vorbestimmte Zeitdauer wiederholt ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Referenzausgangsspannungssignals (U_RS) und/oder das reale Ausgangsspannungssignal (U_ES) zur Analyse in einen Energieteil und einen Datenteil aufgeteilt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der ermittelte Leitungsparameter des realen Datenkabels für rechnerische Bestimmung der Eignung eines baugleichen, aber längeren Datenkabels herangezogen wird.

Zeichnung