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GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 1Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene

Sicherheitsrelevante Ortung mit GNSS bei derEisenbahn

16.1.2007, WienDr.-Ing. Michael Meyer zu Hörste


Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn

EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte

GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)

Ausblick





Ausblick


Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn Einleitung

Die Systementwicklung von Galileo schreitet fort: erster Testsatellit GIOVE-A ist im All

Die verschiedenen Services und Parameter sind spezifiziert

Prototypen, Konzepte und Ideen für Anwendungen sind in der Entwicklung





Ausblick


GNSS – Anwendungsklassen

Informations-systeme

Steuerungs-systeme

(Assistenz)

Sicherungs-systemeA

ufw

and

Zeit


GNSS Anwendungen –Zusammenfassung der Ergebnisse der Galileo TaskForce


GNSS Anwendungen im Detail


Satellitengestützte Ortung im DLR„Galileo Task Force“

DLR-interne Arbeitsgruppe zum Thema „Anwendungen von GNSS im bodengebundenen Verkehr“

Beteiligte Institute: Verkehrsführung und FahrzeugsteuerungVerkehrsforschungKommunikation und Navigation

Ergebnis:„“GALILEO im Verkehr – Anwendungs-potenzial und DLR-Expertisen

Download unter: http://www.dlr.de/Portaldata/1/Resources/verkehr/Galileo_Anwendungen.pdf


GNSS Anwendungen bei der EisenbahnSichere Anwendungen GNSS

Integrity RequirementAccuracy Requirement Very High High Low Very High(0.01 – 1m)

Digital Route MapOdometer Calibration

Setting Out (audit)Construction (QA)

Infrastructure SurveyStructural Monitoring

Gauging Surveys

High(1-10m)

Train LocationSpeed Profile Calc.

Train length monitoringCold Movement DetectorLevel Crossing Superv.

Worker protectionTilting Train Supervision

…

Door ControlPower Control

Infrastrct. ChargingHazardous Cargo

DispatchingManagement of

emergencies…

Energy SavingStation Stop AdvisorPassenger Comfort

Internet access pointsDispensing Lubricants

Site Management

Low(>10m)

Low traffic ATP Location ofGSM-R reports

Passenger Info. Sys. Fleet ManagementEnergy Efficiency

…

Quelle: GRAIL WP 2


GNSS Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 1: Verbesserte Odometrie

Funktion:Reduzierung der Ungenauigkeit der Odometrie,wenn die GNSS Ortung höhere Genauigkeit liefert Keine sichere digitale Karte notwendig

GenauigkeitOdometrie

Referenz-Punkt

GNSS

Referenz-Punkt

GenauigkeitOdometrie + GNSS


GNSS Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 2: Bestimmung absoluter Positionen

Funktionen: 1) Erkennen eines definierten Referenzpunktes2) Rücksetzen der Odometrie auf die AnfangsgenauigkeitBenötigt eine sichere, digitale KarteBeim UIC auch „virtuelle Balise“ genannt

GenauigkeitOdometrie

Referenz-Punkt

GNSS

Referenz-Punkt

GenauigkeitOdometrie + GNSS

VirtuellerReferenzpunkt


GNSS Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 3: Unterstützung der Zuginitialisierung

Funktionen:1) Erkennen der Bewegung eines abgeschalteten Fahrzeugs2) Übertragen einer neuen, sicheren Position an einen neu

eingeschalteten Zug3) Absichern eines Starts in Vollüberwachung Benötigt eine sichere, digitale KarteIn ETCS als Cold Vehicle Movement Detection (CMD) undTrain Awakening (TA)Vor allem in Frankreich relevant

Quelle: UNISIG ETCS subset 26


GNSS Anwendungen bei der Eisenbahn Beispiel 4: Überwachung der Zugvollständigkeit

Funktion:Überwachung der Zugvollständigkeit und Erkennen von Zugtrennungen durch den Vergleich der Positionen von Zugspitze und ZugendeBenötigt möglicherweise eine digitale KarteIst eine sichere ApplikationNotwendig für ETCS Level 3

Euro-Balise

ETCSRadio-Block-Centre

ETCSFahr-zeugGerätIntegrität

Stell-werk

Führerstands-signalisierung

Euro-Radio

RTM

BTM

GNSS


Satellitengestützte Ortung in der Europäischen Bahnforschung

Grünbuch

European Rail Research AdvisoryCouncil (ERRAC): Strategic RailResearch 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





Ausblick


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorDas Konsortium

Quelle: GRAIL


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorEinige Daten

Förderer:Galileo Joint Undertaking (GJU, bis Ende 2006)European GNSS Supervisory Authority (GSA, ab 2007)

Laufzeit:Januar 2006 – Dezember 2007

Budget:6,627 Mio € GesamtbudgetDavon 3,685 Mio € durch GJU gefördertDavon 162 T€ DLR Budget (zu 50 % gefördert)


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorDie Projektstruktur

Quelle: GRAIL


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorDie Arbeitspakete

WP 0Management

and CoordinationINECO

WP 1Application

Surveyand Analysis

NSL

WP 2Safety criticalApplicationdefinition

RSSB

WP 3GNSS

SubsystemSpecification for

ETCSTIFSA

WP 4Demonstration

activitiesANSALDOCSEE

WP 5Approach for

ETCSupgrading

TIFSA

WP 6Local Elements

for RailNSL

WP 7Business and

RegulatoryactivitiesTIFSA

WP 8Disseminationand awareness

INECO

WP 6.0GRAIL LE

CoordinationINDRA

WP 6.1GRAIL LE

SpecificationINDRA

WP 6.2GRAIL LE

DesignNSL

WP 6.3GRAIL LE

DevelopmentNSL

WP 6.4GRAIL LE

Integration andTest

INDRA

WP 6.5GRAIL LE

DemonstrationINDRA

WP 7.0WP

CoordinationTIFSA

WP 7.1Cost-benefit

analysisESYS

WP 7.2Regulatoryactivities

IIASL

WP 0.1Consortiumand project

managementINECO

WP 0.2External

CoordinationINECO

WP 1.0WP

CoordinationNSL

WP 1.1Application

surveyTIFSA

WP 1.2Serviceenableranalysis

NSLWP1.3

Action planand

recommend.TIFSA

WP 2.0WP

CoordinationRSSB

WP 2.1ApplicationDefinition

RSSB

WP 2.2Safety

RequirementsRSSB

WP 2.3Acceptance

criteriaRSSB

WP 3.0WP

CoordinationTIFSA

WP 3.1Subsystem

RequirementsSpecification

TIFSA

WP 3.2EnhancedOdometry

TIFSA

WP3.3Enhanced

ETCSapplications

TIFSA

WP3.4Safety

AnalysisRSSB

WP 4.0WP

CoordinationANSALDOCSEE

WP 4.1DemonstrationDefinition and

EvaluationTIFSAWP 4.2

Design & dev. ofGNSS

subsystemAAS

WP 4.3Demo & Test

EnhancedOdometry

ANSALDOCSEEWP 4.4

Demo & TestEnhanced ETCS

ApplicationsANSALDOCSEE

WP 5.0WP

coordinationTIFSA

WP 5.1Coordinationwith ETML

TIFSA

WP 5.2Impact ofEnhanced

ETCS applic.TIFSA

WP 5.3Migrationstrategies

TIFSA

WP 5.4Co-ordination

with ERTMSETCSTIFSA

Quelle: GRAIL


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorInhalte

Anwendung von GNSS für sicherheitsrelevante Applikationen im European Train Control System (ETCS)

Anwendungen ohne digitale KarteEnhanced Odometry (EO): Verbesserung der „klassischen“ Odometrie, um die ETCS Grenzwerte einzuhalten

Anwendungen mit digitaler KarteAbsolute Positioning (AP): Ortung durch Referenzpunkte („virtuelle Balise“)Train Integrity (TI): Feststellung der Zugvollständigkeit mit einem Front End of Train und Rear End of Train deviceCold Movement Detection (CMD) & Enhanced Train Awakening (TA): Vergleich der letzten Position vor dem Abschalten und der ersten nach dem Einschalten


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorETCS Anforderungen (& Galileo SIS Performance)

ERTMS / ETCS Requirement Galileo SISIntegrity Required Only SoLHorizontal Accuracy

< ± 5 m (with 95% confidence level) 4 m (with 95% confidence level)

Vertical Accuracy

- 8 m (with 95% confidence level)

Speed 600 km/h < 463 km/hSpeed accuracy

0 to 30 km/h ± 2 km/h30 to 500 km/h Linear from ±2

to ±12 km/h> 500 km/h ± 12 km/h

20cm/s (with 95% confidence level) = 0,72 km/h

Horizontalacceleration

3,0 m/s² < 2g (< 19,62 m/s²)

TimingAccuracy

0,1% < 30 ns (2 sigma) over any 24 h period

HorizontalAlarm Limit

0,15% 40 m

Qu

elle

: GR

AIL


DemoOrtFakten

Laufzeit: 09/2004 – 01/2006 (Phase 1: Systemaufbau)01/2007 – 06/2008 (Phase 2: Test und Erprobung)

Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Projektträger: TÜV Rheinland GmbH Koordinator: - DLR IFS, BraunschweigPartner: - Bombardier Transportation Rail Control Solution, Mannheim

- Institut für Mess- und Regelungstechnik der Uni Karlsruhe- Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik

der technischen Universität BraunschweigDas Ziel von DemoOrt besteht im Aufbau einer Plattform mit bordautonomer Technik, bei der neue Technologien integriert werden sollen. Besonderer Wert wird dabei auf Ortungstechnologie auf Satelliten- und Wirbelstrombasis gelegt werden. Das System soll hochverfügbar ausgelegt werden und für Anwendungen mit Sicherheitsverantwortung zur Verfügung stehen. DLR Aufgaben: Spezifikation, Sicherheitsbetrachtung, Migrationsstrategie


DemoOrt Grundidee

Sichere, Fahrzeug-autonome Ortung

durch Einsatz von:

GNSS (GPS)WirbelstromsensorikDigitaler Karte

Quelle: DemoOrt


Bedien- und Visualisierungskonzepte„Railway Collision Avoidance System - RCAS“

AnsatzÜbertragung des TCAS aus der Luftfahrt: Detektion von drohenden Kollisionen durch Bestimmung und Verteilung per Broadcast des Bewegungsvektors und Vergleich mit empfangenen Vektoren

KonzeptSichere, fahrzeugautonome Ortung mittels GNSS und weiterer SensorenVerwendung einer digitalen KarteÜbertragung per Nahbereichsfunk Warnung des Fahrzeugführers oder auch automatischer Bremseingriff

Nutzung der Ergebnisse von DemoOrt


Railway Collision Avoidance System (RCAS)mit GALILEO

EBULA

Alert!

Quelle: DLR





Zusammenfassung und Ausblick


Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn Zusammenfassung und Ausblick

Galileo ist in der Systementwicklung weit fortgeschrittenBis Anwendungen kommerziell eingesetzt werden können, vergeht noch ZeitDie Entwicklung – insbesondere sicherheitsrelevanter – Anwendungen benötigt ebenfalls noch ZeitEine breite Palette von Anwendungen bei der Eisenbahn ist heute bereits in der Diskussion oder EntwicklungGalileo ist immer nur Technologie für eine Anwendung


GRAIL – GNSS Introduction in the Rail Sector

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Anregungen?

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