Satellitennavigation Effizienzsteigerung bei gleicher Sicherheit im Schienenverkehr

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1 Satellitennavigation Effizienzsteigerung bei gleicher Sicherheit im Schienenverkehr Dr.-Ing. Klaus P. Jaschke (Siemens AG, TS RA) und Dr.-Ing. Michael Meyer zu Hörste (DLR FS) Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 1

2 Gliederung Ortung die Basis für den Eisenbahnbetrieb Vorteile einer GNSS-Ortung GNSS-Anwendungsklassen Mögliche Anwendungen Technische Ansätze zur Realisierung Satellitengestützte Ortung in der Eisenbahnforschung Projekt GRAIL Zusammenfassung und Ausblick GNSS: Global Navigation Satellite System Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 2

3 Ortung bei der Eisenbahn Stellwerk Balise Balise Achszähler Achszähler Gefahrenpunkt Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 3

4 Ortung Sicht des Stellwerks Stellwerk Balise Balise Achszähler Achszähler Gefahrenpunkt Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 4

5 Ortung Sicht des Fahrzeugs Stellwerk Geschwindigkeit Bremskurve Balise Achszähler Balise Achszähler Gefahrenpunkt Position relativ zur letzen Balise Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 5

6 Zugfolgesteuerung Blockabschnitte Geschwindigkeit Bremskurve Balise Achszähler Balise Achszähler Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 6

7 Zugfolgesteuerung Absoluter Bremswegabstand Geschwindigkeit Bremskurve Balise Achszähler Balise Achszähler Rückfallebene Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 7

8 Stand heute Streckenseitige Ortung: Achszähler Gleisstromkreise Fahrzeugseitige Ortung: Wegimpulsgeber Radar Balisen als Referenzpunkte Global Navigation Satellite System (GNSS): Einsatz nur für nicht sichere Zwecke, z. B. für Wartung, Diagnose Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 8

9 Vorteile beim Einsatz von GNSS Kenntnis der kontinuierlichen Position auf der Streckenseite bietet Vorteile: Dichtere Zugfolge durch Fahren im Bremswegabstand Reduzierte streckenseitige Ausrüstungs- und Instandhaltungskosten Bessere Disposition aufgrund der Orts- und Geschwindigkeitsinformation Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 9

10 GNSS-Anwendungsklassen Aufwand Sicherungssysteme Informationssysteme Steuerungssysteme (Assistenz) Zeit Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 10

11 Mögliche GNSS-Anwendungen (Beispiele) Sicherungssysteme Zugbeeinflussung: Orts- und Geschwindigkeitsbestimmung Zugfolgesteuerung: Ortsbestimmung Türsteuerung Baustellenwarnung Steuerungssysteme Antriebssteuerung Neigezugsteuerung Informationssysteme Frachtverfolgung Reisendeninformation Instandhaltungsdatensammlung Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 11

12 Mögliche GNSS-Anwendungen (Beispiele) Sicherungssysteme Zugbeeinflussung: Orts- und Geschwindigkeitsbestimmung Zugfolgesteuerung: Ortsbestimmung Türsteuerung Baustellenwarnung Steuerungssysteme Antriebssteuerung Neigezugsteuerung Informationssysteme Frachtverfolgung Reisendeninformation Instandhaltungsdatensammlung Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 12

13 Technische Beispiele zur Realisierung Problem: Odometrie driftet GNSS als überlagertes System zur Genauigkeitssteigerung Zusätzliche Referenzpunkte zur Rekalibrierung Problem: Einschalten mit unbekannter Position GNSS und digitale Karte liefern exakte Zugposition Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 13

14 GNSS-Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 1: Verbesserte Odometrie Funktion: Erhöhung der Genauigkeit der Odometrie Sichere digitale Karte: Nicht notwendig GNSS Genauigkeit Genauigkeit Odometrie Genauigkeit Odometrie und GNSS Referenzpunkt Referenzpunkt Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 14

15 GNSS-Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 2: Bestimmung absoluter Positionen Funktionen: 1) Erkennen eines definierten Referenzpunktes 2) Rücksetzen der Odometrie auf die Anfangsgenauigkeit Sichere digitale Karte: Notwendig GNSS Genauigkeit Genauigkeit Odometrie Genauigkeit Odometrie und GNSS virtueller Referenzpunkt Referenzpunkt Referenzpunkt Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 15

16 GNSS-Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 3: Aufstarten eines Zugs Funktionen: 1) Erkennen der Bewegung eines abgeschalteten Fahrzeugs 2) Übertragen einer neuen, sicheren Position an einen neu eingeschalteten Zug 3) Absichern eines Starts in Vollüberwachung Sichere digitale Karte: Notwendig Quelle: UNISIG ETCS subset 26 Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 16

17 Satellitengestützte Ortung in der Eisenbahnforschung Europäische Kommission: Grünbuch zum Satellitennavigationssystem Galileo European Rail Research Advisory Council (ERRAC): Strategic Rail Research Agenda (SRRA) Galileo Joint Undertaking (GJU) / European GNSS Supervisory Authority (GSA): GNSS Introduction in the Rail Sector GRAIL European GNSS Supervisory Authority (GSA): Zertifizierung von Applikationen Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 17

18 GRAIL GNSS-Einführung im Bahnsektor Europäisches Forschungsprojekt Förderer: Europäische Kommission / GNSS Supervisory Authority (GSA) Laufzeit: 24 Monate Volumen: 6,6 Mio Euro Budget 50 % Förderung Siemens und DLR als Konsortialpartner beteiligt Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 18

19 GRAIL Konsortium Quelle: GRAIL Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 19

20 GRAIL Ziele Integration der GNSS-Technologie in das European Train Control System (ETCS) Erstellen einer Spezifikation für das GNSS-Subsystem (gemeinsam von Nutzern und Industrie vereinbart) Entwickeln und Testen eines Demonstrators Erstellen einer Studie über sicherheitskritische Systeme und über die Einführung von GNSS in den Bahnsektor Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 20

21 GRAIL Forschungsinhalte Anwendung von GNSS für sicherheitsrelevante Anwendungen im European Train Control System (ETCS) Anwendungen ohne digitale Karte Enhanced Odometry (EO): Genauigkeitssteigerung der Odometrie durch zusätzlichen Sensor Anwendungen mit digitaler Karte Absolute Positioning (AP): Ortung durch virtuelle Referenzpunkte Cold Movement Detection (CMD) und Enhanced Train Awakening (TA): Vergleich der letzten Position vor dem Abschalten und der ersten nach dem Einschalten Train Integrity (TI): Feststellen der Zugvollständigkeit Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 21

22 GRAIL aktueller Stand Abgeschlossen: Überblick über mögliche Anwendungen Definition sicherheitsrelevanter Anwendungen Spezifikation des GNSS-Subsystems Noch in Bearbeitung: Entwicklung eines Demonstrators und Demonstration in Spanien Strategie für Einbettung in ETCS Untersuchung lokaler Elemente Geplanter Abschluss: Dezember 2007 Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 22

23 Zusammenfassung und Ausblick Galileo ist in der Systementwicklung weit fortgeschritten. Die Entwicklung sicherheitsrelevanter Anwendungen ist Gegenstand gemeinsamer Forschungsaktivitäten. Der Einsatz für sicherheitsrelevante Anwendungen bei der Eisenbahn ist heute bereits in der Diskussion und Entwicklung. GNSS ist immer nur Technologie für eine Anwendung. GNSS kann helfen, die Eisenbahn effizienter und leistungsfähiger zu machen. Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sat-Nav > Köln > 31. Mai 2007 > Folie 24