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Dokumentenidentifikation DE102004035991B4 01.06.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Verfügbarkeit einer Gleisfreimeldung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Peter, Dirk, 38126 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 21.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004035991
Offenlegungstag 16.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse B61L 27/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B61L 21/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit einer Gleisfreimeldung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Der Ausfall von Zustandstelegrammen, d. h. die Unterbrechung der Übertragung des Belegt- oder Freizustandes von einem ersten Achszählsystem zu einem in Befahrungsrichtung nächst folgenden Achszählsystem wird bei bekannten Systemen, beispielsweise gemäß der DE 195 15 345 A1, während einer bestimmten vorkonfigurierten Zeitdauer toleriert. Diese Zeitdauer, in der bezüglich der Gleisfreimeldung quasi ein Blindzustand besteht, wird üblicherweise pauschal auf zwei Sekunden festgelegt. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird aus Sicherheitsgründen automatisch der Besetztzustand angenommen. Daraus resultieren Betriebsstörungen. Insbesondere bei ungünstigen Infrastrukturen, die zu Problemen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) führen, reicht die tolerierbare Ausfallzeit von zwei Sekunden häufig nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit einer gattungsgemäßen Gleisfreimeldung zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Für die Erhöhung der tolerierbaren Ausfallzeit wird dabei der künftige Zustand einer Gleisfreimeldung bei Ausfall des Übertragungsmediums vorausschauend ermittelt. Die Gleisfreimeldung bleibt trotz der erhöhten tolerierbaren Zeitdauer sicher, da zur Zeit der Telegrammunterbrechung kein Fahrzeug in dem Gleisfreimeldeabschnitt war, der dem betrachteten vorangeht, und dieser Abschnitt auch während der tolerierten Telegrammunterbrechung nicht durch ein Fahrzeug durchfahren werden kann. Mit zunehmender Länge des Gleisfreimeldeabschnittes und abnehmender Streckengeschwindigkeit wird die tolerierbare Zeitdauer für eine Telegrammunterbrechung folglich immer länger. Erst wenn diese tolerierbare Zeitdauer überschritten wird, muss der sichere Zustand durch Besetztmeldung des vorausliegenden Gleisfreimeldeabschnitts für diesen Abschnitt hergestellt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Reduktion der Betriebsbehinderungen, wobei Gleisfreimeldungen weniger häufig durch Übertragungsfehler ausfallen. Ohne Beeinträchtigung der Sicherheit ergibt sich eine höhere Verfügbarkeit der Gleisfreimeldung. Die verlängerte Zeitdauer für die Ausfalltolerierung lässt sich durch Nutzung bekannter Verfahren auf einfache Weise ermitteln. Für jede Streckentopologie gibt es gleisfreimeldeabschnittsspezifische Ausfalltoleranzzeiträume, die sich aus dem Verhältnis von Abschnittslänge und maximaler Streckengeschwindigkeit ergeben.

Die Belegt- und Freizustände der ersten Gleisfreimeldeabschnitte werden ermittelt, wodurch festgestellt wird, ob tatsächlich alle ersten Gleisfreimeldeabschnitte im Freizustand befindlich sind. Nur wenn das der Fall ist, wird die verlängerte Zeitdauer zur Tolerierung einer Unterbrechung der Übertragung berechnet oder vorgegeben.

Gemäß Anspruch 2 wird die tolerierbare Dauer ttol einer Unterbrechung aus dem Zustand der ersten Gleisfreimeldeabschnitte zum Zeitpunkt der letzten gültigen Telegrammübertragung nach folgender Formel ermittelt:

wobei neben dem Verhältnis der Länge s des Gleisfreimeldeabschnittes zu der maximalen Streckengeschwindigkeit vmax die aus dem Stand der Technik bekannte vorkonfigurierte Zeit tkonf hinzukommt. Der Faktor clear des ersten Summanden kennzeichnet dabei den boolschen Zustand, nämlich 1 für frei und 0 für belegt der undverknüpften ersten Gleisfreimeldeabschnitte. Die Abschnittslänge s ist dabei die Länge des kürzesten der ersten Gleisfreimeldeabschnitte. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in der tolerierbaren Zeitdauer ttol kein Fahrzeug in den nächsten Gleisfreimeldeabschnitt eingefahren sein kann. Die maximale Streckengeschwindigkeit vmax wird in der angegebenen Formel in der Maßeinheit km/h berücksichtigt. Selbst wenn die vorkonfigurierte Zeit tkonf mit 0 vorgegeben wird, ergibt sich bei einer kleinsten Gleisfreimeldeabschnittslänge s von 500m und einer maximalen Streckengeschwindigkeit von 250km/h eine minimal zulässige Zeitdauer für eine Unterbrechung der Telegrammübertragung von ca. 7s. Wenn man davon ausgeht, dass in 7 Sekunden 14 Telegramme übertragbar sind, und davon zwei Telegramme zur Widerherstellung der ordnungsgemäßen Telegrammübertragung benötigt werden, hat sich die Verfügbarkeit der Gleisfreimeldung gegenüber der üblichen Zeit von 2s um den Faktor sechs erhöht, obwohl die konfigurierte Telegrammunterbrechung mit 0 Sekunden angesetzt wurde.

Um eine Anwendungsregel abzuleiten, kann eine Pauschalierung gemäß Anspruch 3 vorgenommen werden. Da die maximale Streckengeschwindigkeit 420km pro Stunde zur Zeit nicht überschreiten kann und unter der Voraussetzung, dass der kürzeste der ersten Gleisfreimeldeabschnitte mindestens 1200m lang ist, kann ohne Sicherheitseinbuße eine tolerierbare Zeitdauer von 10s vorgegeben werden. Letztlich muss nur die Bedingung » alle direkt vorangehenden Gleisfreimeldeabschnitte > 1200m « eingehalten werden, damit jeglicher Rechenaufwand nach Anspruch 2 zur Ermittlung der gleisfreimeldeabschnittsspezifischen Toleranzdauer entsprechend der Streckentopologie entfallen kann.

Gemäß Anspruch 4 wird ein Zustandstelegramm in maximal 500ms übertragen. Dabei ist vorausgesetzt, dass ein 40Byte langes Zustandstelegramm bei einer Übertragungsrate von

9600Baud ~ 40ms,

4800Baud ~ 80ms und

1200Baud ~ 360ms

benötigt. Wenn zusätzlich zwischen den Telegrammen eine Übertragungspause von ca. 100ms berücksichtigt wird, ergibt sich von der Aufnahme der Zustandsdaten am ersten Achszählsystem bis zur Auswertung dieser Zustandsdaten am zweiten Achszählsystem ein Zeitraum zwischen ca. 150ms und ca. 500ms. Bei einer nach dem Stand der Technik tolerierbaren Unterbrechung von 2s und einer Übertragungsrate von 1200Baud ergibt sich für den Ausfall von 2 Telegrammen bereits eine kurzzeitige Belegung am zweiten Achszählsystem. Dieser Belegungszustand wird durch eine eventuelle Wiederfreimeldeverzögerung noch verlängert. Üblicherweise werden zwei Telegramme benötigt, um die Telegrammübertragung wieder korrekt aufzunehmen. Demgegenüber kann die tolerierbare Unterbrechung erfindungsgemäß nach Anspruch 3 pauschal auf 10s und nach Anspruch 2 gegebenenfalls auf noch längere Zeiträume ausgedehnt werden.

Ist die serielle Verbindung gemäß Anspruch 5 durch Modems realisiert, dauert die Wiederaufnahme der Modemverbindung über eine Zwei-Draht-Standleitung in der Regel 2s. Bei einem kurzzeitigen Ausfall der Verbindung ist die Gleisfreimeldung in jedem Fall für die Dauer des Ausfalls und die Dauer der Wiederaufnahme der Verbindung nicht verfügbar.

Zusätzliche Informationen über den Belegt- oder Besetztzustand der dem ersten Gleisfreimeldeabschnitt voranliegenden Gleisfreimeldeabschnitte können die zulässige Dauer einer Telegrammunterbrechung noch weiter erhöhen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens ist in Anspruch 7 gekennzeichnet, wobei ein UND-Gatter zur Vrknüpfung der Belegt- und Feizustände der ersten Gleisfreimeldeabschnitte vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Streckentopologie mit ersten Gleisfreimeldeabschnitten 1a und 1b zwischen Achszählpunkten 2a und 2b bzw. 2c und 2d und zweiten Gleisfreimeldeabschnitten 3a und 3b zwischen Achszählpunkten 2b und 2e bzw. 2d und 2e. Die Achszählpunkte 2a, 2b, 2c und 2d übertragen Informationen an ein erstes Achszählsystem 4. Das erste Achszählsystem 4 ermittelt aus diesen Informationen den Befahrungszustand der ersten Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b, nämlich belegt oder frei. Ein zweites Achszählsystem 5 ermittelt aus den Informationen des Achszählpunktes 2e und den Frei- bzw. Besetztinformationen des ersten Achszählsystems 4 die Befahrbarkeit der zweiten Gleisfreimeldeabschnitte 3a und 3b. Dazu werden die relevanten Daten des ersten Achszählsystems 4 mittels Zustandstelegrammen auf einer Übertragungsstrecke 6 an das zweite Achszählsystem 5 übertragen. Die Verbindung kann beispielsweise über Modems, die mit den Achszählsystemen 4 und 5 verbunden sind, mittels einer Zwei-Draht-Leitung als Übertragungsstrecke 6 zwischen den Modems hergestellt werden.

Um die Verfügbarkeit der Gleisfreimeldung für die Abschnitte 3a und 3b bei Unterbrechung der Übertragung der Zustandstelegramme von dem ersten Achszählsystem 4 zu dem zweiten Achszählsystem 5 zu erhöhen, werden die zuletzt durch das erste Achszählsystem 4 ermittelten Zustände der Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b herangezogen. Die tolerierbare Dauer einer Unterbrechung ist dabei die Zeitdauer ttol, die ein Fahrzeug bei Einfahrt in einen ersten Gleisfreimeldeabschnitt 1a oder 1b benötigt, um noch vor Einfahrt in den zweiten Gleisfreimeldeabschnitt 3a oder 3b zum Stehen zu kommen. Diese tolerierbare Zeitdauer ttol hängt im Wesentlichen von der Länge s des kürzesten der ersten Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b – in der 1b – und von der maximal auf diesen Abschnitten zulässigen Geschwindigkeit ab. Die tolerierbare Dauer ttol kann nach folgender Formel ermittelt werden:

mit
tkonf
= vorkonfigurierte Zeit, die eine Unterbrechung immer toleriert werden kann,
s
= Länge des kürzesten ersten Gleisfreimeldeabschnittes 1a bzw. 1b – hier 1b –,
vmax
= maximale Streckengeschwindigkeit und
clear
= boolscher Zustand der undverknüpften ersten Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b mit 1 = frei und 0 = belegt.

Für die Feststellung des boolschen Zustandes clear ist ein UND-Gatter 7 vorgesehen, dem die aktuellen Belegungszustände der ersten Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b zugeführt sind und dessen Ausgangssignal nur für den Fall, dass beide erste Gleisfreimeldeabschnitte 1a und 1b frei sind, den binären Zustand 1 erzeugt, welcher die Gleisfreimeldung derart beaufschlagt, dass eine tolerierbare Zeitdauer angesetzt wird. Diese Zeitdauer ttol kann entweder nach der obigen Formel berechnet oder pauschal festgelegt werden. Die pauschale Festlegung kann z. B. 10s betragen, wenn sichergestellt ist, dass kein Gleisfreimeldeabschnitt kürzer als 1200m ist. Dabei ist eine relativ geringe Übertragungsrate von 1200Baud vorausgesetzt. Wenn die Übertragungsrate z. B. auf 9600Baud erhöht wird, reduziert sich die Übertragungszeit für ein 40 Byte langes Telegramm von ca. 500ms auf ca. 150ms, so dass die tolerierbare Zeitdauer ohne Sicherheitseinbuße mehr als das dreifache, z. B. statt 10s dann 30s betragen kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit einer Gleisfreimeldung, wobei der Belegt- oder Freizustand eines mindestens einen ersten Gleisfreimeldeabschnitt (1a, 1b) repräsentierenden ersten Achszählsystems (4) seriell mittels Zustandstelegrammen an ein mindestens einen zweiten Gleisfreimeldeabschnitt (3a, 3b) repräsentierendes zweites Achszählsystem (5) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterbrechung der Übertragung der Zustandstelegramme für eine Zeitdauer (ttol) toleriert wird, die proportional zur Länge (s) des kürzesten (1b) der ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) und umgekehrt proportional zur maximalen Streckengeschwindigkeit (vmax) ist, wobei die Belegt- und Freizustände der ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) ermittelt werden und nur für den Fall, dass für alle ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) der Freizustand detektiert wurde, die Zeitdauer (ttol) zur Tolerierung der Unterbrechung der Übertragung berechnet oder vorgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die tolerierbare Zeitdauer (ttol) nach der Formel
    berechnet wird, wobei

    s die Länge des kürzesten der ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b),

    vmax die maximale Streckengeschwindigkeit in km/h,

    clear der binäre Zustand der UND-verknüpften ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) mit clear = 1 für frei und clear = 0 für belegt und

    tkonf eine vorkonfigurierte immer tolerierbare Zeit darstellen.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Länge s des kürzesten (1b) der ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) von mindestens 1200m und einer Streckengeschwindigkeit von maximal 420km/h bei einer Übertragungsrate von mindestens 1200Baud eine tolerierbare Zeitdauer (ttol) von 10s vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung eines Zustandtelegramms einer Länge von ca. 40Byte bei einer Übertragungsrate von ca. 1200Baud eine Übertragungszeit von maximal 500ms erforderlich ist, wobei zwei Telegramme für den Wiederaufbau der Übertragung benötigt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Übertragung mittels Modems, die über eine Zwei-Draht-Standleitung verbunden sind, 2s für den Wiederaufbau der Übertragung benötigt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der tolerierbaren Zeitdauer (ttol) zusätzlich der Belegt- oder Freizustand mindestens eines dem ersten Gleisfreimeldeabschnitt (1a, 1b) in Befahrungsrichtung voranliegenden weiteren Gleisfreimeldeabschnittes berücksichtigt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein UND-Gatter (7) zur Verknüpfung der Belegt- und Freizustände der ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) vorgesehen ist, wobei die Achszählsysteme (4, 5) Mittel aufweisen, die nur für den Fall, dass für alle ersten Gleisfreimeldeabschnitte (1a, 1b) mittels des UND-Gatters (7) der Freizustand detektiert wurde, eine Zeitdauer (ttol) zur Tolerierung einer Unterbrechung der Übertragung berechnen oder vorgeben.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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