Verfahren zur Anpassung der Ortungsgenauigkeit an die Leistungsanforderung bei Eisenbahnstrecken

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Falko Straub
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1 HEFT 57 BRAUNSCHWEIG 1997 SCHRIFTENREIHE INSTITUT FÜR EISENBAHNWESEN UND VERKEHRSSICHERUNG TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG DR.-ING. JÖRN PACHL, UNIVERSITÄTSPROFESSOR Verfahren zur Anpassung der Ortungsgenauigkeit an die Leistungsanforderung bei Eisenbahnstrecken Dissertation von Rainer Hinz

2 1 Einleitung 7 2 Ortung und Navigation im schienengebundenen Verkehr Allgemeines zur Ortung und Navigation Die Ortung und Navigation von Eisenbahnzügen in Deutschland Historische Entwicklung Gegenwärtig angewandte Methoden der Ortung und Navigation ,1 Die Bedeutung der Zugortung Das Haupt-A/orsignalsystem Das linienförmige Zugbeeinflussungssystem LZB Das punktförmige Zugbeeinflussungssystem ZUB Fahrwegsteuerung und Betriebsleitung Die Zugortung und -navigation bei anderen europäischen Eisenbahnen Allgemeines Merkmale europäischer Zugortungs- und -navigationssysteme.17 3 Allgemeine Anforderungen an ein Zugortungs- und -navigationssystem Notwendigkeit eines neuartigen Ortungs- und Navigationssystems Bestrebungen zur europäischen Vereinheitlichung Das ETCS als Anforderungsrichtlinie Funktionale Aufgaben eines aufwandsarmen Ortungs- und Navigationssystems 23

3 4 Betriebliche Anforderungen an ein Zugortungs- und -navigationssystem Die Genauigkeit der Zugortung in Abhängigkeit von der Streckenl e i s t u n g s f ä h i g k e i t Vorgehensweise zur Ermittlung der erforderlichen Zugortungsgenauigkeit bei geänderten Leistungsanforderungen 27 5 Festlegung der Ausgangsdaten Festlegung der maßgeblichen Zugfolgefälle in Abhängigkeit von den Höchstgeschwindigkeiten Definition der allgemeinen Mindestzugfolgezeiten Voraussetzung Mindestzugfolgezeiten auf der freien Strecke Mindestzugfolgezeiten im Bahnhofsausfahrbereich Voraussetzung Mindestzugfolgezeit für Fahrtverlauf Mindestzugfolgezeit für Fahrtverlauf 2a Mindestzugfolgezeit für Fahrtverlauf 2b Mindestzugfolgezeiten im Bahnhofseinfahrbereich Voraussetzung Fahrzeit des Zuges i beim Fahrtverlauf Fahrzeit des Zuges i beim Fahrtverlauf Fahrzeit des Zuges j beim Fahrtverlauf Fahrzeit des Zugesj beim Fahrtverlauf Ermittlung der Mindestzugfolgezeiten Beispielhafte Berechnung der Mindestzugfolgezeiten Voraussetzung Bestimmung der Zuggattungsgruppen Maßgebliche Orte zur Berechnung der Mindestzugfolgezeiten Aufbereitung der Daten zur Verarbeitung mit einem EDV-Programm Voraussetzung Zuordnung der Zugfolgezeitgleichungen Zuordnung der Modellzugparameter

4 Behandlung der Infrastrukturdaten Erstellung der Matrix der Mindestzugfolgezeiten für alle Zugfolgefälle Berechnung der mittleren Mindestzugfolgezeit Voraussetzung Mittlere Mindestzugfolgezeit für alle Zugfolgefälle Mittlere Mindestzugfolgezeit für gleichrangige Zugfolgefälle Wahrscheinlichkeit des Auftretens gleichrangiger Zugfolgefälle Mittlere Mindestzugfolgezeit für ungleichrangige Zugfolgefälle.63 6 Berechnung der zum Erreichen der Leistungsanforderung notwendigen Zugfolgezeiten Pufferzeitberechnung Voraussetzung Vorgehensweise zur Ermittlung der erforderlichen mittleren Pufferzeit Aufbereitung der Gleichung zur Berechnung der erforderlichen mittleren Pufferzeit Ermittlung geeigneter Startwerte für Fund Bestimmung der zulässigen Summe der Folgeverspätungen Berechnung des Anteils der Reisezüge an der Gesamtzugzahl Bestimmung der mittleren Einbruchsverspätung und der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Einbruchsverspätungen Bestimmung der mittleren Zugfolgezeiten für gleich- und ungleichrangige Zugfolgefälle Beispielhafte Berechnung der erforderlichen mittleren Pufferzeit und der mittleren Zugfolgezeit Erstellung der Matrix der Zugfolgezeiten für alle Zugfolgefälle Beispielhafthafte Berechnung der Streckenleistungsfähigkeit unter Einhaltung der minimalen Zugfolgeabstände 78

5 7 Definition der erforderlichen Ortungsintervalle Allgemeine Darstellung des erforderlichen Ortungsintervalls Erforderliche Ortungsintervalle auf der freien Strecke Erforderliche Ortungsintervalle im Bahnhofsausfahrbereich Voraussetzung Erforderliches Ortungsintervall für Zug j bei Durchfahrt von Zug i ß Erforderliches Ortungsintervall für Zug j bei Halt von Zug i Unterschiede im Fahrtverlauf von Zug i Fahrtverlauf 1 ß Fahrtverlauf Erforderliches Ortungsintervall für Zug i bei Durchfahrt Erforderliches Ortungsintervall für Zug i bei Halt Unterschiede im Fahrtverlauf von Zug i Fahrtverlauf Fahrtverlauf Erforderliche Ortungsintervalle im Bahnhofseinfahrbereich 92 8 Berechnung der erforderlichen Ortungsintervalle Voraussetzung Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle auf der freien Strecke Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle im 95 Bahnhofsausfahrbereich Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle für Zug j bei Durchfahrt von Zug i Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle für Zug j bei Halt von Zug i Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle für Zug i bei Durchfahrt Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle für Zug i bei Halt 99

6 8.4 Berechnung der Matrix der erforderlichen Ortungsintervalle im Bahnhofseinfahrbereich Zusammenfassung der Matrizen der erforderlichen Ortungsintervalle Einteilung der Beispielstrecke in die maßgeblichen Ortungsintervalle Erforderliche Ortungsintervalle im Zweirichtungsbetrieb Voraussetzung Minimale Zugfolgezeit bei unterschiedlichen Fahrtrichtungen Minimale Zugfolgezeit bei Halt von Zug i im Bahnhof B Minimale Zugfolgezeit bei Durchfahrt von Zug i Erforderliche Ortungsintervalle bei unterschiedlichen Fahrtrichtungen 1" Anforderungen an die Genauigkeit der Zugortung beim Einsatz von Satellitenortungssystemen Allgemeines Zulässige Ungenauigkeit der GPS-gestützten Ortung Zulässige GPS-Ortungsungenauigkeit auf der freien Strecke Zulässige GPS-Ortungsungenauigkeit im Bahnhofseinfahrbereich Zulässige GPS-Ortungsungenauigkeit im Bahnhofsausfahrbereich Zulässige GPS-Ortungsungenauigkeit im Zweirichtungsbetrieb 119

7 11 Anforderungen an die Zugortung bei Betriebsstörungen Voraussetzung Möglichkeiten zur Verfeinerung der Zugortung bei vorgegebenen Ortungsintervallen 121 Möglichkeiten zur Verringerung der GPS-Ortungsungenauigkeit 123 Zusammenfassung und Ausblick 124 Literaturverzeichnis Verzeichnis der Formelzeichen Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang 143

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