EP0881136A2 - Verfahren zum Bilden des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls einer Ortungslösung - Google Patents

Verfahren zum Bilden des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls einer Ortungslösung Download PDF

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EP0881136A2
EP0881136A2 EP98105117A EP98105117A EP0881136A2 EP 0881136 A2 EP0881136 A2 EP 0881136A2 EP 98105117 A EP98105117 A EP 98105117A EP 98105117 A EP98105117 A EP 98105117A EP 0881136 A2 EP0881136 A2 EP 0881136A2
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EP
European Patent Office
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location
confidence interval
individual
relevant
confidence
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EP0881136B1 (de
EP0881136A3 (de
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Karl-A. Klinge
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Publication of EP0881136A3 publication Critical patent/EP0881136A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0092—Memory means reproducing during the running of the vehicle or vehicle train, e.g. smart cards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • pages 225 to 232 is a Procedure for self-locating a track-bound vehicle in the Route network of a railway system known with facilities is equipped for linear train control.
  • the Self-location there are two independent location facilities, namely one by wheel impulses of a vehicle wheel indexable path counter and a device for Detection of line crossing points.
  • the outgoing and return lines of the line manager are at regular intervals of e.g. B, 100 m crossed and allow one with knowledge of the location an absolute location on the first intersection Track of the route.
  • the actual driving location between neighboring crossing points is operated by the wheel Path pulse generator determined, its location indicated by Sliding and skidding is more or less faulty.
  • the evaluation of the displacement encoder can therefore be done at Passed through a line crossing point postponed are so that the unavoidable measuring deviations of the displacement measuring devices each on a single line section are limited and in successive Sections not becoming one that may no longer be acceptable Add value.
  • the only exception is the case that a line crossing point is not recognized; in this Trap the vehicle accepts that from the displacement encoder updated vehicle position until a subsequent synchronization through a line crossing point. Will neither do the two following line crossing points recognized, the location is lost and the vehicle is braked.
  • the present invention is based on such a method for self-locating a track-guided vehicle in which a first vehicle position that can be determined by any means is updated depending on the route until it is dependent on the route updated position finally through a then determined more current information is replaced.
  • a first vehicle position that can be determined by any means is updated depending on the route until it is dependent on the route updated position finally through a then determined more current information is replaced.
  • a second vehicle position that can be determined by any means is updated depending on the route until it is dependent on the route updated position finally through a then determined more current information is replaced.
  • a first vehicle position that can be determined by any means is updated depending on the route until it is dependent on the route updated position finally through a then determined more current information is replaced.
  • the satellite location results are system-specific with different cases Tolerances afflicted, so that at most determined can be that a vehicle is in a confidence interval between an upper and a lower limit, that can be reflected on the route traveled. in the the rest must also be assumed that for
  • the object of the present invention is to follow the method the preamble of claim 1 to design and to further develop that despite the use of signal technology non-secure facilities for absolute location and relative distance measurement to location results with safety-relevant Confidence intervals leads.
  • the invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1.
  • the provided according to the invention Update of the confidence intervals, the multiple Typically unsynchronized single location results are assignable, it makes this possible based on consistency to check and from this a security-relevant trust interval to form the location; this security relevant Confidence interval may be earlier, so far At this point in time, a security-relevant trust interval was created - the provision of a derived when updating due to unavoidable measurement errors Relative distance measurement to broaden the confidence interval.
  • claim 2 proposes to the Formation of the security-relevant trust intervals of one Localization solution to include trust intervals of the individual location solutions Validate retrospectively using correction data and verify, again referring to the path-dependent confidence interval of the relative path measurement to fall back on.
  • those for updating the individual trust intervals trust intervals to be taken into account the relative path measurement are stored depending on the path or can be determined on the vehicles by estimation be; the predicted measurement errors can e.g. B. dependent be of the track inclination as well as the acceleration or deceleration of vehicles.
  • those involved in education of a security-relevant trust interval involved Single location solutions for consistency with the space curve traveled being checked. This ensures that single location solutions, that are not track-selective, on routes with Then branches are not included in the formation of the safety-relevant Confidence intervals are included when the There is a possibility that the location solution may be refers to a track other than the one under consideration.
  • the individual location solutions should be advantageous according to claim 9 through transit time measurements to terrestrial or extraterrestrial Location transmitters are formed. Stand for it e.g. B. the Loran C and the GPS system are available.
  • the location receivers should be as possible different technical characteristics used will. This creates the guarantee that any wrongdoing the location receiver to the location receiver concerned remain limited and have no effect on the location results of other location recipients; this expression increases the security relevance of the determined Confidence interval.
  • the individual Location solutions also advantageous by correlating current ones Route data obtained with corresponding reference data , for example by correlating radar signals via the route profile or the correlation of acceleration signals.
  • the single location solutions can be according to claim 12 by a certain number of preferably not synchronized Location recipients are formed, their confidence intervals are updated depending on the route. But it is the same possible according to the teaching of claim 13, only one To use the location receiver, which then at several times provides different single location solutions that are in turn updated depending on the path; the latter solution, however, requires a highly reliable, monitorable location receiver because of any misconduct can affect all single location results.
  • the location solutions can be one or more Location recipients come who have their location results to different Deliver times, or from just one only location receiver that at different times different location results and their assigned confidence intervals provides. The confidence intervals in their chronological sequence are shown hatched in FIG.
  • the trust interval VIP1 applies to the point in time t1, the confidence interval VIP2 for the time t2 and that Trust interval VIPn for the time tn. None of these Single location solutions should be viewed as security-relevant, because every single location solution z. B. by a device defect can be totally wrong. Leaves through consistency checks but results from several individual location results with a security-relevant trust interval, by these single location results and their individual Confidence intervals checked for consistency will.
  • a security-relevant trust interval (also one of zero size) was determined recognize the route-related trust interval of the location, as shown in Figure 2 by the two thickly drawn upper and lower limits are defined as t0 * and su, t0 *; t0 denotes the past reset time, for the last time an absolute location result has been recognized as safety-relevant.
  • This can e.g. B. that Passing a fixed influencing device be or the recognition of one determined by runtime measurements
  • the position of the Trust interval limits assigned to the vehicle at time t0 are based on worst-case assumptions by a Vehicle-side distance measurement has been updated, with increasing route the worst case scenario Measuring errors for a constant increase in the confidence interval the location leads.
  • a full compensation of the Influence of measuring errors on the confidence interval of the Localization would be possible if the current new confidence interval can be found without using the relative distance measurement could, e.g. if several location results at the same time would exist for the same location.
  • the limits of the confidence interval VIP1 of the individual location result determined at time t1 P1, t1 taking into account the maximum possible deviation the vehicle-side distance measurement up to Reference time tb updated, the confidence interval of this location result by those to be taken into account Measurement error of vehicle-side distance measurement increased; the broadening of the confidence interval is in figure 1 indicated by dashed lines.
  • the measurement errors can be assumed to be constant along the way or as shown in the figure Embodiment assumed location-related vary. Updating the individual trust interval can z. B. bring about that in one Route atlas the parameters for forming the confidence interval the vehicle-side distance measurement depending on the location are. The measurement errors possible on one side or the other can be different for the individual locations; so arise z. B.
  • a locating device on the vehicle should have determined a second individual location result P2, t2, the the trust interval must be assigned to VIP2.
  • This interval of trust too becomes path-dependent according to the confidence interval of the relative distance measurement, whereby the confidence interval increases.
  • the individual updated confidence intervals equal measurement deviations for use; the updated interval limits run parallel to each other.
  • a security-relevant confidence interval SVIPb the absolute location can be formed.
  • This trust interval is advantageous to refer to the time tn, where the last required single location result is available, can, however, in principle on any other Time tb related.
  • the current location of the vehicle is then determined by updating the confidence interval reset to the reference time tb SVIPb according to the upper and lower Limit of the distance traveled since then Lu, ta or Lo, ta taking into account the possible discrepancies of the Distance measurement between the reference time and the current one Time ta at which the validation and verification of the Single position solutions is completed.
  • the update the reset confidence interval limits can also from the advancing speed of the vehicle between the Reference time and the current time and the thereby Determine the defined travel time, taking into account any Measurement errors the confidence interval limits expand.
  • FIG. 2 shows the times t1, t2 and tn verified single location results in the form of positions P1, P2 and Pn on the leveled space curve RK one Track applied and together with that for them applicable confidence interval. It can be seen that on projected the reference time tb as security-relevant confidence interval SVIPb is greater than that Trust interval VIPn of the individual trust interval at Time tn; the newly determined security-relevant trust interval SVIPb is definitely smaller than the path-dependent, security-relevant trust interval SVIPo * of the location at time t0.
  • the single location solutions, their individual trust intervals in the formation of a security-relevant confidence interval should be involved before the consistency check checked their confidence intervals to determine whether them with the space curve and its physically possible the history of the specified travel paths are consistent.
  • Single location solutions can be ambiguous and affect multiple ones Get space curves; their confidence intervals are therefore allowed in the determination of what is considered to be safety-relevant track-selective confidence intervals do not have to participate from the range of available, in the formation of a security-relevant trust interval of individual trust intervals to be sorted out, unless they are Tracking over this track node is clearly fixed and z. B. guaranteed by an interlocking.
  • the facilities for self-tracking of guided vehicles in a route network can include the terms of terrestrial or extraterrestrial location transmitters to a location receiver determine from this the respective vehicle position to calculate; the use is advantageous of location receivers in different technical configurations, because this makes the danger not recognizable same disturbing influences based on location and measurement errors is reduced.
  • the vehicle-side location devices can the respective Vehicle position but also e.g. by correlating current sensor signals relating to the route with corresponding reference signals stored in a memory determine.

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Abstract

Durch die Verwendung beliebiger Kaufelektronik zur Positionserfassung von Fahrzeugen muß mit der Möglichkeit von Ortungsfehlern gerechnet werden. Um zu einem Ortungsergebnis mit sicherheitsrelevantem Vertrauensintervall (SVIPo) zu gelangen, werden daher mehrere Einzelortungen vorgenommen, wobei die Vertrauensintervalle (VIP1, VIP2, VIPn) dieser Einzelortungsergebnisse durch Anwendung des fahrortabhängigen Vertrauensintervalls der Wegmessung fortgeschrieben werden, d. h. die Vertrauensintervalle der Einzelortungslösungen werden über die Zeit gesehen immer größer. Wenn genügend Ortungslösungen und damit Vertrauensintervalle vorliegen, werden diese daraufhin geprüft, ob sie in sich konsistent sind. Das nach Maßgabe des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschriebene Vertrauensintervall des letzten als sicherheitsrelevant anerkannten Ortungsergebnisses wird dabei auf die oberen und unteren Grenzen der fortgeschriebenen Einzelvertrauensbereiche zurückgesetzt. Unter Berücksichtigung dieser zurückgesetzten Vertrauensintervallgrenzen ermittelt sich das Fahrzeug seinen tatsächlichen Fahrort jeweils durch wegabhängiges Fortschreiben dieser Werte unter zusätzlicher Berücksichtigung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus Signal + Draht 71(1979)11, Seiten 225 bis 232 ist ein Verfahren zur Eigenortung eines spurgebundenen Fahrzeugs im Streckennetz einer Bahnanlage bekannt, die mit Einrichtungen zur linienförmigen Zugbeeinflussung ausgerüstet ist. Für die Eigenortung gibt es zwei voneinander unabhängige Ortungseinrichtungen, nämlich einen durch Radimpulse eines Fahrzeugrades fortschaltbaren Wegzähler sowie eine Einrichtung zum Erkennen von Linienleiterkreuzungsstellen. Die Hin- und Rückleiter des Linienleiters sind in regelmäßigen Abständen von z. B, 100 m gekreuzt und erlauben bei Kenntnis der Lage einer ersten Kreuzungsstelle eine absolute Ortung auf dem betreffenden Gleis der Strecke. Der tatsächliche Fahrort zwischen benachbarten Kreuzungsstellen wird durch den radbetätigten Wegimpulsgeber festgestellt, wobei dessen Fahrortangabe durch Gleiten und Schleudern mehr oder weniger fehlerbehaftet ist. Die Auswertung der Wegimpulsgeber kann deshalb jeweils beim Passieren einer Linienleiterkreuzungsstelle zurückgestellt werden, so daß die unvermeidbaren Meßabweichungen der Wegmeßeinrichtungen jeweils auf einen einzigen Linienleiterabschnitt begrenzt sind und sich in den aufeinanderfolgenden Abschnitten nicht zu einem möglicherweise nicht mehr akzeptablen Wert addieren. Eine Ausnahme bildet nur der Fall, daß eine Linienleiterkreuzungsstelle nicht erkannt wird; in diesem Falle akzeptiert das Fahrzeug die vom Wegimpulsgeber fortgeschriebene Fahrzeugposition bis zu einer folgenden Synchronisierung durch eine Linienleiterkreuzungsstelle. Werden auch die beiden folgenden Linienleiterkreuzungsstellen nicht erkannt, so geht die Ortung verloren und das Fahrzeug wird zwangsgebremst.
Die vorliegende Erfindung baut auf einem derartigem Verfahren zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs auf, bei dem eine erste durch beliebige Mittel feststellbare Fahrzeugposition wegabhängig fortgeschrieben wird, bis diese wegabhängig fortgeschriebene Position schließlich durch eine dann festgestellte aktuellere Information ersetzt wird. Sie geht aber davon aus, daß eine durch an sich beliebige Mittel bestimmte oder erkannte Fahrzeugposition für sich genommen nicht unbedingt auch der tatsächlichen Position eines Fahrzeugs auf der Strecke entsprechen muß. Dies ist z.B. regelmäßig dann nicht der Fall, wenn der Fahrort eines Fahrzeuges z. B. durch Satellitenortung festgestellt wird. Die Satellitenortungsergebnisse sind systembedingt mit von Fall zu Fall unterschiedlichen Toleranzen behaftet, so daß allenfalls festgestellt werden kann, daß sich ein Fahrzeug in einem Vertrauensintervall zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert befindet, der sich auf die befahrene Strecke spiegeln läßt. Im übrigen muß auch davon ausgegangen werden, daß die für die Ortung verwendete Kaufelektronik fehlerhaft arbeitet und so zu fehlerhaften Ortungsergebnissen, d. h. nicht ordnungsgerecht plazierten Vertrauensintervallen der Fahrzeugposition führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszugestalten und weiterzubilden, daß es trotz Verwendung von signaltechnisch nicht sicheren Einrichtungen zur absoluten Ortung und zur relativen Wegmessung zu Ortungsergebnissen mit sicherheitsrelevanten Vertrauensintervallen führt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Die nach der Erfindung vorgesehene Fortschreibung der Vertrauensintervalle, die mehreren üblicherweise nicht synchronisierten Einzelortungsergebnissen zuzuordnen sind, macht es möglich, diese auf Konsistenz zu prüfen und hieraus ein sicherheitsrelevantes Vertrauensintervall der Ortung zu bilden; dieses sicherheitsrelevante Vertrauensintervall kann -sofern zu einem früheren Zeitpunkt bereits ein sicherheitsrelevantes Vertrauensintervall gebildet wurde- die Rückstellung eines daraus abgeleiteten, beim Fortschreiben durch unvermeidbare Meßfehler einer relativen Wegmessung aufgeweiteten Vertrauensintervalls veranlassen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Für den Fall, daß die von einem Fahrzeug ermittelten Einzelortungsergebnisse mit im Satellitenortungssystem zu suchenden Fehlern behaftet sind, schlägt Anspruch 2 vor, die an der Bildung der sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalle einer Ortungslösung zu beteiligenden Vertrauensintervalle der Einzelortungslösungen über Korrekturdaten nachträglich zu validieren und zu verifizieren, wobei hierfür wiederum auf das wegabhängige Vertrauensintervall der relativen Wegmessung zurückzugreifen ist.
Obgleich es prinzipiell egal ist, auf welchen Zeitpunkt ein als sicherheitsrelevant einzustufendes Vertrauensintervall bezogen wird, schlägt Anspruch 3 hierzu den Zeitpunkt des letzten in das zu bildende Vertrauensintervall einfließenden Einzelortungsergebnisses vor. Diese Lösung hat den Vorteil, daß zu diesem Zeitpunkt die fortgeschriebenen Einzelortungsintervalle der übrigen Einzelortungslösungen bereits vorliegen und so sofort an die Bewertung der Einzelvertrauensintervalle herangegengen werden kann.
Gemäß Anspruch 4 sollen die für das Fortschreiben der EinzelVertrauensintervalle zu berücksichtigenden Vertrauensintervalle der relativen Wegmessung wegabhängig abgespeichert vorliegen oder auf den Fahrzeugen durch Abschätzung ermittelbar sein; die prognostizierten Meßfehler können z. B. abhängig sein von der Gleisneigung sowie der Beschleunigung bzw. Verzögerung der Fahrzeuge.
Nach der Lehre des Anspruches 5 sollen die an der Bildung eines sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls beteiligten Einzelortungslösungen auf Konsistenz mit der befahrenen Raumkurve geprüft werden. Dadurch wird erreicht, daß Einzelortungslösungen, die nicht gleisselektiv sind, auf Strecken mit Abzweigungen dann nicht mit in die Bildung des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls einbezogen werden, wenn die Möglichkeit besteht, daß sich die Ortungslösung möglicherweise auf ein anderes als das betrachtete Gleis bezieht.
Gemäß Anspruch 6 sollen alle Einzelortungslösungen, die nicht in das wegabhängig fortgeschriebene letzte Vertrauensintervall passen, weil sie entweder zu groß sind oder sich auf einen physikalisch unmöglichen Verfahrweg beziehen und somit offensichtlich ungeeignet sind, aussortiert und damit nicht an der Bildung des neuen Vertrauensintervalls beteiligt werden.
Für die Konsistenzprüfung der Einzelortungslösungen bedarf es einer gewissen Zeit. Diese Zeit kann insbesondere bei der Verwendung differenzieller Korrekturdaten bei GNSS (Global Navigation Satellit System) in der Größenordnung von einigen Sekunden liegen. Dann soll nach der Lehre des Anspruches 7 die Rückstellung des wegabhängig fortgeschriebenen letzten Vertrauensintervalles auf ein aktuelles neues Vertrauensintervall erst nach Abschluß der Validierung und Verifizierung zu einem dann in der Vergangenheit liegenden Bezugszeitpunkt erfolgen.
Wenn eine solche rückwirkende Zurückstellung eines wegabhängig fortgeschriebenen Vertrauensintervalles auf ein dann aktuelles sicherheitsrelevantes Vertrauensintervall erforderlich ist, dann ist das Fahrzeug inzwischen mehr oder weniger weit vorgerückt und die dann zurückgestellten Vertrauensintervallgrenzen sind für die aktuelle Fahrzeugortung nicht mehr aktuell. Aus diesem Grunde sehen die Merkmale des Anspruches 8 vor, das Vertrauensintervall der bislang anerkannten Ortung bis zum aktuellen Validierungszeitpunkt fortzuschreiben und dann zu korrigieren oder die neuen Grenzen des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervall aus dem auf den Bezugszeitpunkt zurückgestellten Vertrauensintervall durch wegabhängiges Fortschreiben oder durch Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrzeit sowie der dabei auftretenden Meßfehler fortzuschreiben.
Die Einzelortungslösungen sollen gemäß Anspruch 9 vorteilhaft durch Laufzeitmessungen zu terrestrischen oder extraterrestrischen Ortungssendern gebildet werden. Hierfür stehen z. B. das Loran C- und das GPS-System zur Verfügung.
Gemäß Anspruch 10 sollen die Ortungsempfänger dabei in möglichst unterschiedlicher technischer Ausprägung verwendet werden. Dies schafft die Gewähr dafür, daß etwaige Fehlverhalten der Ortungsempfänger auf die betreffenden Ortungsempfänger beschränkt bleiben und keine Auswirkungen haben auf die Ortungsergebnisse anderer Ortungsempfänger; diese Ausprägung erhöht die Sicherheitsrelevanz des jeweils ermittelten Vertrauensintervalls.
Nach der Lehre des Anspruches 11 können die einzelnen Ortungslösungen vorteilhaft auch durch Korrelation aktueller Streckendaten mit entsprechenden Referenzdaten gewonnen werden, beispielsweise durch Korrelation von Radarsignalen über das Streckenprofil oder die Korrelation von Beschleunigungssignalen.
Die Einzelortungslösungen können gemäß Anspruch 12 durch eine bestimmte Anzahl von vorzugsweise nicht synchronisierten Ortungsempfängern gebildet werden, deren Vertrauensintervalle wegabhängig fortgeschrieben werden. Ebenso ist es aber auch nach der Lehre des Anspruches 13 möglich, nur einen einzigen Ortungsempfänger zu verwenden, der dann zu mehreren Zeitpunkten unterschiedliche Einzelortungslösungen liefert, die ihrerseits wieder wegabhängig fortgeschrieben werden; die letztgenannte Lösung erfordert aber einen hochzuverlässigen, überwachbaren Ortungsempfänger, weil sich ein etwaiges Fehlverhalten auf alle Einzelortungsergebnisse auswirken kann.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1
ein Diagramm, aus dem sich das Zurückstellen eines wegabhängig fortgeschriebenen sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalles auf ein dann aktuelles Vertrauensintervall ergibt und in
Figur 2
die Spiegelung der einzelnen Vertrauensintervalle auf eine Raumkurve.
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß auf einem spurgeführten Fahrzeug angeordnete Ortungsempfänger zu verschiedenen Zeitpunkten t1 bis tn Einzelortungsergebnisse geliefert haben, von denen jedes ein Vertrauensintervall VIP1 bis VIPn aufweist, das durch die jeweilige Ortungsgenauigkeit definiert ist. Ein Vertrauensintervall bezeichnet Streckenbereiche beidseits einer konkreten Ortungslösung, innerhalb deren der tatsächliche Fahrort eines Fahrzeugs mit einer definierten hohen Wahrscheinlichkeit gelegen ist; das Vertrauensintervall kann sich symmetrisch oder unsymmetrisch zur Ortungslösung erstrecken und unerschiedlich breit sein. Die Ortungslösungen können von einem oder von mehreren Ortungsempfängern stammen, die ihre Ortungsergebnisse zu verschiedenen Zeitpunkten liefern, oder aber auch von nur einem einzigen Ortungsempfänger, der zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Ortungsergebnisse und ihnen zugeordnete Vertrauensintervalle bereitstellt. Die Vertrauensintervalle in ihrer zeitlichen Folge sind in Figur 1 schraffiert dargestellt; das Vertrauensintervall VIP1 gilt für den Zeitpunkt t1, das Vertrauensintervall VIP2 für den Zeitpunkt t2 und das Vertrauensintervall VIPn für den Zeitpunkt tn. Keine dieser Einzelortungslösungen ist als sicherheitsrelevant anzusehen, weil jede einzelne Ortungslösung z. B. durch einen Gerätedefekt total falsch sein kann. Durch Konsistenzprüfungen läßt sich aber aus mehreren Einzelortungsergebnissen ein Ortungsergebnis mit sicherheitsrelevantem Vertrauensintervall bilden, indem diese Einzelortungsergebnisse und ihre individuellen Vertrauensintervalle untereinander auf Konsistenz geprüft werden. Bis zu diesem Zeitpunkt kann das Fahrzeug -sofern früher schon einmal ein sicherheitsrelevantes Vertrauensintervall (auch ein solches der Größe null) bestimmt wurde, ein fahrwegbezogenes Vertrauensintervall der Ortung anerkennen, wie es in Figur 2 durch die beiden dick ausgezogenen oberen und unteren Grenzwerte so,t0* und su,t0* definiert ist; t0 bezeichnet dabei den in der Vergangenheit liegenden Rücksetzzeitpunkt, zu dem letztmalig ein absolutes Ortungsergebnis als sicherheitsrelevant anerkannt wurde. Dies kann z. B. das Passieren einer ortsfesten Beeinflussungseinrichtung gewesen sein oder das Anerkennen eines durch Laufzeitmessungen ermittelten Ortungsergebnisses mit einem entsprechenden sicherheitsrelevanten Vertrauensintervall. Die der Position des Fahrzeugs zum Zeitpunkt t0 zugeordneten Vertrauensintervallgrenzen sind nach Maßgabe von worst-case Annahmen durch eine fahrzeugseitige Wegmessung fortgeschrieben worden, wobei mit zunehmender Fahrstrecke der ungünstigstenfalls anzunehmende Wegmeßfehler zu einer ständigen Vergrößerung des Vertrauensintervalls der Ortung führt.
Es ist dabei nicht so, daß die Position des Ortungsergebnisses zum Zeitpunkt t0 unter Ansatz des seither zurückgelegten Fahrweges fortgeschrieben wird, wodurch der jeweilige Fahrort eines Fahrzeugs ermittelbar wäre, sondern die Vertrauensintervallgrenzen dieser Positionslösung werden unter Ansatz der maximalen Mißweisung der fahrzeugseitigen Wegmeßeinrichtungen fortgeschrieben.
Das so gebildete Vertrauensintervall der zum Zeitpunkt t0 als sicherheitsrelevant anerkannten absoluten Ortungslösung soll nun durch das sicherheitsrelevante Vertrauensintervall einer neuen absoluten Ortungslösung abgelöst werden, die auf einen späteren Zeitpunkt, nämlich den Bezugszeitpunkt tb, bezogen ist und mit der die bislang aufgelaufenen Ortungsfehler der fahrzeugseitigen Wegmessung im Ergebnis möglichst weitgehend abgebaut werden sollen. Eine vollständige Kompensation des Einflusses von Wegmeßfehlern auf das Vertrauensintervall der Ortung wäre möglich, wenn das aktuelle neue Vertrauensintervall ohne Zuhilfenahme der relativen Wegmessung gefunden werden könnte, z.B. wenn gleichzeitig mehrere Ortungsergebnisse für den gleichen Fahrort vorliegen würden. Das ist aber nicht der Fall, weil die zum Bilden eines als sicherheitsrelevant anzuerkennenden Ortungsergebnisses verwendeten Einrichtungen zur Positionsermittlung annahmegemäß nicht zeitlich synchronisiert sind, sondern ihre Einzelortungsergebnisse zu unterschiedlichen Zeitpunkten t1 bis tn im Abstand von z. B. 1 sec. bereitstellen. Zum Zeitpunkt tn sollen dabei soviele Einzelortungsergebnisse vorliegen, daß daraus durch Konsistenzprüfung nach dem m vom n-Prinzip ein absolutes Ortungsergebnis mit sicherheitsrelevantem Vertrauensintervall gebildet werden kann.
Zu diesem Zweck werden die Grenzen des Vertrauensintervalls VIP1 des zum Zeitpunkt t1 ermittelten Einzelortungsergebnisses P1,t1 unter Berücksichtigung der maximal möglichen Mißweisung der fahrzeugseitigen Wegmessung wegabhängig bis zum Bezugszeitpunkt tb fortgeschrieben, wobei sich das Vertrauensintervall dieses Ortungsergebnisses durch die zu berücksichtigenden Meßfehler der fahrzeugseitigen Wegmessung vergrößert; die Aufweitung des Vertrauensintervalls ist in Figur 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Meßfehler können als über den Weg konstant angenommen sein oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel angenommenen fahrortbezogen variieren. Das Fortschreiben des Einzelvertrauensintervalls läßt sich z. B. dadurch herbeiführen, daß in einem Streckenatlas die Parameter zur Bildung des Vertrauensintervalls der fahrzeugseitigen Wegmessung fahrortabhängig hinterlegt sind. Die nach der einen oder anderen Seite möglichen Meßfehler können für die einzelnen Fahrorte verschieden sein; so ergeben sich z. B. durch an einzelnen Fahrorten zu erwartendes Schleudern oder Gleiten infolge von Anfahr- oder Bremsvorgängen Wegmeßfehler, die in der einen oder anderen Richtung besonders ausgeprägt sind. Diese möglichen Wegmeßfehler können auch während des Fahrens z. B. durch Berücksichtigung von plötzlichen Beschleunigungen oder Verzögerungen in Verbindung mit den Signalen der fahrzeugseitigen Wegmeßeinrichtungen berechnet oder abgeschätzt und dann zur Bildung entsprechender Vertrauensintervalle der fahrzeugseitigen Wegmessung herangezogen werden.
Zum Zeitpunkt t2 soll eine fahrzeugseitige Ortungsvorrichtung ein zweites Einzelortungsergebnis P2,t2 ermittelt haben, dem das Vertrauensintervall VIP2 zuzuordnen ist. Auch dieses Vertrauensintervall wird wegabhängig nach Maßgabe des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschrieben, wobei sich das Vertrauensintervall zunehmend vergrößert. Innerhalb der einzelnen Fortschreibungsbereiche kommen für die einzelnen fortgeschriebenen Vertrauensintervalle gleiche Meßabweichungen zur Anwendung; die fortgeschriebenen Intervallgrenzen verlaufen parallel zueinander.
Zum Zeitpunkt tn liegen soviele absolute Einzelortungsergebnisse und soviele Vertrauensintervalle der Einzelortung vor, daß daraus ein sichheitsrelevantes Vertrauensintervall SVIPb der absoluten Ortung gebildet werden kann. Dieses Vertrauensintervall ist vorteilhaft auf den Zeitpunkt tn zu beziehen, an dem das letzte benötigte Einzelortungsergebnis vorliegt, kann jedoch prinzipiell auch auf jeden beliebigen anderen Zeitpunkt tb bezogen werden. Zum Bezugszeitpunkt tb=tn werden der maximale und der minimale Wert der zum Bilden des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls herangezogenen Vertrauensintervalle der absoluten Einzelortungsergebnisse ermittelt. Es sind dies im dargestellten Ausführungsbeispiel die Werte des fortgeschriebenen Vertrauensintervalls VIP2 des zum Zeitpunkt t2 ermittelten Ortungsergebnisses; die oberen und unteren Grenzen der Einzelvertrauensintervalle können auch zu verschiedenen Vertrauensintervallen gehören. Auf die auf den Zeitpunkt tb fortgeschriebenen oberen und unteren Vertrauensintervallgrenzen der Ortungsergebnisse wird nun das bislang geltende fortgeschriebene Vertrauensintervall der absoluten Ortung SVIPo* zurückgesetzt. Von dort an vergrößert sich das Vertrauensintervall VIPb mit dem Vorrücken des Fahrzeugs zunehmend, bis zu einem späteren Zeitpunkt erneut eine Reduzierung auf einen dann gültigen Wert vorgenommen werden kann. Diese Reduzierung kann wiederum durch Konsistenzprüfung mehrerer Einzelortungsergebnisse mit individuell zugeordneten Vertrauensintervallen geschehen oder auch punktförmig beim Passieren eines dafür vorgesehenen Gleisgerätes. Im letztgenannten Fall wird dann das dieser Position zugeordnete Vertrauensintervall auf den Wert null oder einen sehr kleinen Wert gesetzt, andernfalls auf den Wert, der sich aus dem Fortschreiben der Einzelortungsergebnisse bis zum neuen Bezugszeitpunkt ergibt.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist vereinfachend angenommen worden, daß die Konsistenzprüfung der z. B. drei Einzelortungsergebnisse zum Zeitpunkt tb abgeschlossen ist, so daß zu diesem Zeitpunkt auch die Rückstellung des wegabhängig fortgeschriebenen sicherheitsrelvanten Vertrauensintervalls einer früheren Ortungslösung vorgenommen werden kann. Üblicherweise aber benötigt diese Konsistenzprüfung eine bestimmte Zeitspanne, so daß zwischen dem Zeitpunkt ta der Berechnung eines aktuellen Vertrauensintervalls und dem Zeitpunkt tb, auf den die Rückstellung erfolgen soll, eine gewisse Zeitspanne vergeht. Diese Zeitspanne kann durchaus in der Größenordnung von einigen Sekunden liegen. Die Korrektur des Vertrauensintervalls erfolgt in diesem Fall auf einen in der Vergangenheit liegenden Bezugszeitpunkt tb. Der aktuelle Fahrort des Fahrzeugs ergibt sich dann durch Fortschreiben des auf den Bezugszeitpunkt tb zurückgesetzten Vertrauensintervalls SVIPb nach Maßgabe der oberen und unteren Grenze des seither zurückgelegten Fahrweges Lu, ta bzw. Lo, ta unter Berücksichtigung der möglichen Mißweisungen der Wegmessung zwischen dem Bezugszeitpunkt und dem aktuellen Zeitpunkt ta, an dem die Validierung und Verifizierung der Einzelpositionslösungen abgeschlossen ist. Das Fortschreiben der rückgesetzten Vertrauensintervallgrenzen läßt sich auch aus der Vorrückgeschwindigkeit des Fahrzeugs zwischen dem Bezugszeitpunkt und dem aktuellen Zeitpunkt und der dadurch definierten Fahrzeit ermitteln, wobei etwaige zu berücksichtigende Meßfehler dabei die Vertrauensintervallgrenzen aufweiten.
Im vorstehenden ist vereinfacht angenommen worden, daß die absoluten Einzelortungsergebnisse zu den Zeitpunkten t1, t2 bis tn ermittelt und ihre Vertrauensintervalle ab diesen Zeitpunkten fortgeschrieben werden. Tatsächlich ist es so, daß zwar zu den vorgenannten Zeitpunkten Einzelortungsergebnisse gebildet werden, daß diese aber durch erst später verfügbare Korrekturwerte des Satellitenortungssystems verifiziert werden. Ähnlich dem schon geschilderten Zurücksetzen des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls SVIPb der absoluten Ortung auf den dann in der Vergangenheit liegenden Bezugszeitpunkt tb geschieht auch bei den Einzelortungsergebnissen jeweils nach Verifizierung des Ortungsergebnisses über die dafür vorgesehenen Korrekturdaten eine in die Vergangenheit gerichtete Rücksetzung der Ortungsergebnisse auf die Zeitpunkte t1 bis tn. Die Rücksetzung geschieht unter Berücksichtigung des Vertrauensintervalls der fahrzeugseitigen Wegmessung entlang der in Figur 1 angegebenen gestrichelten Linien für die wegabhängige Berücksichtigung möglicher Meßabweichungen der relativen Wegmessung. Die rückgesetzten Ortungsergebnisse und ihre Vertrauensintervalle sind zahlenmäßig die Werte, die an der Bildung des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls der auf den Bezugszeitpunkt tb bezogenen absoluten Ortung beteiligt sind.
In Figur 2 sind die auf die Zeitpunkte t1, t2 und tn bezogenen verifizierten Einzelortungsergebnisse in Form von Positionen P1, P2 und Pn auf der verebneten Raumkurve RK eines Gleises aufgetragen und zwar jeweils zusammen mit dem für sie geltenden Vertrauensintervall. Es ist erkennbar, daß das auf den Bezugszeitpunkt tb projizierte, als sicherheitsrelevant anzusehende Vertrauensintervall SVIPb zwar größer ist als das Vertrauensintervall VIPn des Einzelvertrauensintervalls zum Zeitpunkt tn; das neu ermittelte sicherheitsrelevante Vertrauensintervall SVIPb ist auf jeden Fall aber kleiner als das wegabhängig fortgeschriebene sicherheitsrelevante Vertrauensintervall SVIPo* der Ortungsposition zum Zeitpunkt t0.
Die Einzelortungslösungen, deren individuelle Vertrauensintervalle an der Bildung eines sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls beteiligt werden sollen, werden vor der Konsistenzprüfung ihrer Vertrauensintervalle daraufhin geprüft, ob sie mit der Raumkurve und deren physikalisch möglichen, durch die Historie vorgegebenen Verfahrwegen konsistent sind. Dabei wird geprüft, ob die Einzelortungslösungen alle auf der gleichen Raumkurve liegen, wobei sicherzustellen ist, daß zwischen aufeinanderfolgenden Einzelortungslösungen kein mindestens dreiwertiger Gleisknoten existiert. Dann nämlich können Einzelortungslösungen mehrdeutig sein und sich auf mehrere Raumkurven beziehen; ihre Vertrauensintervalle dürfen deshalb an der Ermittlung eines als sicherheitsrelevant anzusehenden gleisselektiven Vertrauensintervalls nicht mitwirken und müssen aus dem Spektrum der verfügbaren, in die Bildung eines sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls einfließenden Einzelvertrauensintervalle aussortiert werden, es sie denn, die Spurführung über diesen Gleisknoten liegt eindeutig fest und wird z. B. von einem Stellwerk garantiert.
Entsprechendes gilt auch für solche Einzelvertrauensintervalle, die größer sind als das seitlich korrespondierende als sicherheitsrelevant anerkannte, durch Anwendung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschriebene Vertrauensintervall des letzten absoluten Ortungsergebnisses. Bei solchen Vertrauensintervallen handelt es sich offensichtlich um Ausreißer, die an der sicherheitsrelevanten Vertrauensintervallermittlung nicht zu beteiligen sind, weil sie verhindern würden, daß sich das fortgeschriebene sicherheitsrelevante Vertrauensintervall zurücksetzen ließe.
Die Einrichtungen zur Eigenortung spurgeführter Fahrzeuge in einem Fahrwegnetz können u.a. die Laufzeiten von terrestrischen oder extraterrestrischen Ortungssendern zu einem Ortungsempfänger bestimmen, um hieraus die jeweilige Fahrzeugposition zu berechnen; von Vorteil ist dabei die Verwendung von Ortungsempfängern in unterschiedlicher technischer Ausgestaltung, weil hierdurch die Gefahr nicht erkennbarer, auf gleichen Störeinflüssen beruhender Ortungs- und Meßfehler vermindert wird.
Die fahrzeugseitigen Ortungseinrichtungen können die jeweilige Fahrzeugposition aber auch z.B. durch Korrelation von aktuellen, sich auf die Strecke beziehenden Sensorsignalen mit entsprechenden, in einem Speicher abgelegten Referenzsignalen bestimmen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Bilden des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls einer fahrzeugseitig ermittelten Position eines spurgebundenen Fahrzeugs auf einer Raumkurve,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zeitlich und/oder örtlich versetzt mehrere Einzelortungsmessungen durchgeführt werden und daß die den Einzelortungsergebnissen zugeordneten Vertrauensintervalle (VIP1, VIP2, VIPn) der Ortung durch Anwendung des Vertrauensintervalls einer relativen Wegmessung wegabhängig bis hin zu einem Bezugszeitpunkt (tb) fortgeschrieben werden, zu dem eine vorgegebene Mindestanzahl (n) von Einzelvertrauensintervallen vorliegt und daß die maximalen oderen und unteren Grenzen aller auf den Bezugszeitpunkt (tb) fortgeschriebenen Einzelvertrauensintervalle die Grenzen des zu bildenden sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls (SVIPb) bilden und daß - sofern vorhanden - das zuletzt als sicherheitsrelevant anerkannte und ebenfalls durch Anwendung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschriebene absolute Vertrauensintervall (SVIPo) der Ortung durch das aktuelle sicherheitsrelevante Vertrauensintervall zurückgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die an der Bildung des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls (SVIPb) beteiligten Vertrauensintervalle der Einzelortungslösungen durch rückwirkendes Anwenden differenzieller Korrekturdaten für das verwendete Satellitenortungssystem auf die gefundenen Einzelortungsergebnisse, jeweils unter Berücksichtigung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung für die zwischen dem Bezugszeitpunkt und dem Validierungszeitpunkt der betreffenden Einzelortungslösung zurückgelegte Wegstrecke, gebildet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bezugszeitpunkt (tb) auf den Zeitpunkt (tn) des jeweils zuletzt ermittelten Einzelortungsergebnisses gelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für das wegabhängige Fortschreiben von Einzel-Vertrauensintervallen fahrortbezogen hinterlegte oder fahrortbezogen berechnete und/oder geschätzte Parameter zur Vertrauensintervallbildung der Wegmessung berücksichtigt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die an der Bildung des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls (SVIPb) beteiligten Einzelortungslösungen (P1,t1; P2,t2, Pn,tn) zuvor auf Konsistenz mit einer Raumkurve (RK) und deren physikalisch möglichen, durch die Historie vorgegebenen Verfahrwegen geprüft werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Vertrauensintervall einer Einzelortungslösung, die nicht in das aktuelle als sicherheitsrelevant anerkannte, durch Anwendung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschriebene Vertrauensintervall fällt, an der Bildung des aktuellen sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls (SVIPb) nicht beteiligt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rückstellung des zuletzt als sicherheitsrelevant anerkannten Vertrauensintervalls (SVIPo*) durch das aktuelle Vertrauensintervall (SVIPb) erst nach Abschluß der Validierung der Einzelortungsergebnisse und ihrer Vertrauensintervalle zu einem dann in der Vergangenheit liegenden Bezugszeitpunkt (tb) erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Bestimmung des Vertrauensintervalls der augenblicklichen Position eines Fahrzeugs die Grenzen des sicherheitsrelevanten Vertrauensintervalls (SVIPb) zum Zeitpunkt (tb) ihrer Ermittlung nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrzeit zwischen Bezugszeitpunkt (tb) und Validierungszeltpunkt (ta) oder der seither zurückgelegten Fahrstrecke (Lu, ta; Lo, ta), jeweils unter zusätzlicher Anwendung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung, fortgeschrieben werden oder daß die Rücksetzung des Vertrauensintervalls (SVIPo*) des zuvor als sicherheitsrelevant anerkannten, durch Anwendung des Vertrauensintervalls der relativen Wegmessung fortgeschriebenen Vertrauensintervalls erst zum Validierungszeitpunkt geschieht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelortungslösungen jeweils durch Laufzeitmessungen zu terrestrischen oder extraterrestrischen Ortungssendern gebildet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Bestimmung der Einzelortungslösungen jeweils Ortungsempfänger in möglichst diversitärer technischer Ausprägung verwendet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelortungslösungen jeweils durch Korrelation aktueller Streckendaten auf zuvor in einem Streckenatlas hinterlegte entsprechende Referenzdaten gebildet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelortungslösungen unter Verwendung mehrerer Ortungsempfänger auf einem oder mehreren Fahrzeugen eines Zugverbandes ermittelt und über mindestens ein Ortungsmodul der Streckenkilometrierung zuordnet werden, die den Bezug zur relativen Wegmessung und dem fahrortbezogenen Vertrauensintervall der relativen Wegmessung herstellt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelortungslösungen unter Verwendung mindestens eines Ortungsempfängers auf einem Fahrzeug ermittelt werden, der mehrere Einzelortungslösungen zu aufeinander folgenden Zeitpunkten erstellt, und daß diese Einzelortungslösungen über ein Ortungsmodul der Streckenkilometrierung zugeordnet werden, die den Bezug zur relativen Wegmessung und dem fahrortbezogenen Vertrauensintervall der relativen Wegmessung herstellt.
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