WO2001087685A1 - Method for determining the position of rail vehicles - Google Patents

Method for determining the position of rail vehicles Download PDF

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WO2001087685A1
WO2001087685A1 PCT/CH2001/000305 CH0100305W WO0187685A1 WO 2001087685 A1 WO2001087685 A1 WO 2001087685A1 CH 0100305 W CH0100305 W CH 0100305W WO 0187685 A1 WO0187685 A1 WO 0187685A1
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WO
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rail
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network
determining
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PCT/CH2001/000305
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Inventor
Christoph Dworzak
Marcel Aeschlimann
Peter Stauffer
Original Assignee
Creaholic Sa
Secheron Ag
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Publication date
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0269—Inferred or constrained positioning, e.g. employing knowledge of the physical or electromagnetic environment, state of motion or other contextual information to infer or constrain a position
    • 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 vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed
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    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the method serves to determine the position of a rail vehicle, for example a locomotive of a railroad train, on a known rail network.
  • the invention further relates to a system and a user device for performing the method, i.e. a system and a user device according to the preamble of the further independent claims.
  • the second method is based on satellite-based positioning using GPS signals. However, this method fails in mountainous regions, where many tunnels etc. prevent the transmission of the GPS signals.
  • the invention is based on the object of providing a method, a system and a user device for locating rail vehicles on a rail network which does not have the disadvantages of existing systems, and which in particular functions independently of the topography and independently of the position Sufficiently precise location is permitted and, if possible, requires no complex infrastructure to be installed in addition to the existing rail network infrastructure.
  • location information is determined by means of a user device which is present in the rail vehicle and is provided with a receiving and / or transmitting unit.
  • This user device is in contact with at least one accessible transmission station with a known position of a mobile radio transmission system, from which a location area is determined in which the rail vehicle is safely located according to the location information.
  • location information with cartographic information about the Rail network correlated to determine the position of the rail vehicle on the rail network.
  • the method allows the use of an existing mobile radio network, for example a GSM or GSM-R (a railway's own GSM network) or a UMTS network and can therefore be implemented quickly and inexpensively. It is even possible to use an existing location system based on such an existing mobile radio network and offered by the corresponding mobile radio operator.
  • an existing mobile radio network for example a GSM or GSM-R (a railway's own GSM network) or a UMTS network
  • Speed information that may is determined by a difference measurement of position information obtained according to the invention. This enables a greater traffic density. Signaling can also be simplified and made more flexible. While forwards and
  • Main signals have been used, a display mounted in the operator's console can directly show current signals. Furthermore, depending on the method of use of the method according to the invention, the number of bays in a rail network that are expensive to maintain can also be reduced.
  • the mobile radio transmission system has a transmission network and a multiplicity of mobile user devices which cooperate with the transmission network.
  • the installations of the transmission network in particular its transmission stations (base stations) are essentially stationary.
  • the simplest method for determining the location information is to assign the user device to the transmission station of the network that is closest to its location.
  • the location area corresponds to the sphere of activity of the transmission station.
  • the location area is the overlap area of the spheres of activity.
  • Even more precise information about the location of the user device can be determined if not only the functional groups of transmission stations are evaluated, but also the duration of the signal transmission (signal duration) between user device and transmission station is recorded and included in the determination of the location. With the inclusion of such a distance measurement over the signal duration in the location, the location area is recorded as essentially lying on an arc around a transmission station. If the user device can make contact with three or more transmission stations of a current mobile phone network, the location of a mobile device can be determined with accuracy to a location area with a maximum dimension of approx. 30 m by recording the signal duration and using a suitable calculation algorithm. Further improvements can be achieved if, in addition to the signal runtime, transmission characteristics such as reflections are also included.
  • the transmission intensity which also characterizes the distance between the user device and the transmission station, and / or the bearing angle can also be used for the location.
  • E-OTD Enhanced Observed Time Difference
  • Positioning systems based on this principle are offered by mobile operators. For the location by means of a transmission network and also for location-dependent information gathering is here on the international patent application PCT / CH99 / 00530 and the documents cited therein.
  • cartographic data about the rail network are used in addition to the location information.
  • data can, for example, be a vector representation of the rail network.
  • Such is a set of points of the rail network, together with direction information assigned to each point, which essentially includes, for example, the direction of the tangent to the rail line at the point in question.
  • the points can, for example, be distributed at regular intervals, but they can also be arranged depending on the rail geometry, for example by having a higher point density in tight curves.
  • the vectorial representation of the rail network contains ambiguous information in that more than one direction vector is assigned to a point.
  • the vectorial representation of the rail network can, for example, be available as a whole in a memory of the user device. However, only one sector of the rail network can be stored on the user device, which stored information is continuously updated in accordance with the method described in the international patent application PCT / CH99 / 00530 and adapted to the current vehicle location.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a rail section with a rail vehicle and with transmission stations and arranged next to the rail section
  • FIG. 2 shows a view of the rail section with a location area determined using E-OTD.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle 2 and mobile radio transmission stations 3 located on a rail section 1.
  • the rail network is intersected with the location area 4, the intersection corresponds, for example, to a section 5. If more than one section is present within the location area 4 , for example in the vicinity of a branch, can be used depending on the further means for determining the correct position. Information about the turnouts, radio signals transmitted from the immediate edge of the track, etc. can also be considered as such. Such means can be expanded so far that the rail section on which the rail vehicle is currently located is always available.
  • the rail section lying between two branches of the rail network is referred to here.
  • the center 6 of the determined section 5 is defined as the position of the rail vehicle 2.
  • a mathematical parametric representation of the sections describing the relevant sections can be used, which, for example, has the form of polynomial functions (splines) or the like connecting the points.
  • the correlation of the cartographic information with the location information is preferably carried out by data processing means integrated in the user device.
  • the location area does not necessarily have to have the shape indicated in FIG. 1 with circular-arc-shaped edges.
  • a location area 14 determined with E-OTD can be approximated, for example, by an area whose edges are essentially parallel straight lines.
  • speed information and / or path information can also be used.
  • Speed information can be measured conventionally, for example. However, they can also be determined on the basis of a measurement and previous measurements, for which purpose only the exact time of each measurement has to be recorded in addition to the position. Speed information can be used in particular to determine the position of the rail vehicle in the time between two measurements, since the acceleration behavior of a train does not allow abrupt changes in speed.
  • the location information is correlated with a cartographic information for determining the position
  • the position accuracy increases considerably in comparison to the pure location information. If, for example, the rail section on which the vehicle is located is continuously available, the cartographic information has only one degree of freedom.
  • the user device present in the rail vehicle for example in the locomotive of a railroad train, has, for example, in addition to a receiving unit and possibly a transmitting unit for receiving or transmitting the location signals Microprocessor for determining the position according to the above method and a data memory for storing the cartographic and possibly further data. It can also have a display or a communication link to a vehicle display and possibly a keyboard. The current position of the vehicle can be shown continuously on the display. It also has, for example, means by which the transmitting unit can transmit the location information or, if available, the position to a central office. This transmission takes place, for example, via the same mobile radio network through which the location is also carried out.
  • Position information can be increased with speed information and there is an increased result due to the independence of the various sources
  • the combination of different position determinations can also be used to provide reliability information. Such may be standards imposed by railway operators. It can also be provided that such reliability information in the
  • Rail vehicle is determined and continuously transmitted to a central office together with the position information.
  • a position indication of a rail vehicle provided with reliability information can also be transmitted continuously from one control center to other ones located nearby

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Abstract

The invention relates to a method for determining the position of a rail vehicle (2) that runs on a system of railroads. A user device that is present in the rail vehicle and that is provided with a receiver and/or transmitter unit contacts at least one accessible communication station (3) of a mobile radio communication system, thereby obtaining a location information. The location information thereby obtained is used to determine the position of the rail vehicle by correlating it with cartographic information about the system of railroads. The inventive system allows to use already existing mobile radio communication systems in combination with already existing, for example vectorial, representations of the system of railroads and is therefore inexpensive and easy to implement.

Description

VERFAHREN ZUR POSITIONSBESTIMMUNG FÜR SCHIENENFAHRZEUGE METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF RAIL VEHICLES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Verfahren dient zur Bestimmung der Position eines Schienenfahrzeuges, bspw. einer Lokomotive eines Eisenbahnzuges, auf einem bekannten Schienennetz. Die Erfindung betrifft ferner ein System und ein Benutzergerät zur Durchführung des Verfahrens, d.h. ein System und ein Benutzergerät gemäss dem Oberbegriff der weiteren unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. The method serves to determine the position of a rail vehicle, for example a locomotive of a railroad train, on a known rail network. The invention further relates to a system and a user device for performing the method, i.e. a system and a user device according to the preamble of the further independent claims.
Gegenwärtig stehen zur Ortung im Schienenverkehr im Wesentlichen zwei Systeme zur Verfügung: Das erste beruht auf einer fahrzeugseitigen Wegmessung, die durch die Synchronisation über ortsfest am Schienennetz installierte1 Sendestationen (Baiisen) gestützt wird. Eine Wegmessung ist aber häufig ungenau, da bei tiefen Geschwindigkeiten Radar-Geschwindigkeitsmessungen ungenau sind, während Wegmessungen aufgrund von Radumdrehungszahlen bei Beschleunigungen ungenau sind. Hohe Kosten für Baiisen u.a. als eine teure fahrwegseitige Infrastruktur fallen ebenfalls nachteilig ins Gewicht. Aufgrund der in Funktion vom Abstand von den Baiisen abnehmenden Genauigkeit ergibt sich ein weiterer, entscheidender Nachteil dieses Verfahrens: Es können nur fixe, d.h. stationäre sog. Blocks und keine variablen, von Zugpositionen abhängigen Blocks unterstützt werden. Blocks sind Teilstrecken in die ein Schienennetz eingeteilt wird, fixe Blocks erstrecken sich bspw. zwischen zwei Baiisen. Die Verkehrsleitung beruht darauf, dass jeder Eisenbahnzug in einem Notfall auch unter den ungünstigsten Umständen bremsen kann, bevor er in einen Block gelangt, in dem sich ein weiterer Zug aufhält. Variable Blocks erlauben, dass Züge dichter beieinander verkehren können und dass damit das Schienennetz besser ausgelastet werden kann.There are currently essentially two systems available for locating in rail traffic: The first is based on a vehicle-side distance measurement, which is supported by synchronization via 1 transmitter stations (baiisen) installed on the rail network. However, a distance measurement is often inaccurate, since at low speeds radar speed measurements are inaccurate, while distance measurements are imprecise due to the number of wheel revolutions during accelerations. High costs for baiisen, among other things, as an expensive infrastructure on the way, are also disadvantageous. Due to the decreasing accuracy as a function of the distance from the rails, there is a further, decisive disadvantage of this method: only fixed, ie stationary, blocks and no variable blocks dependent on train positions can be supported. Blocks are sections into which a rail network is divided; fixed blocks, for example, extend between two banks. Traffic management is based on the fact that every rail train brakes in an emergency, even under the most unfavorable circumstances can before he gets into a block in which there is another train. Variable blocks allow trains to travel closer together and the rail network to be better utilized.
Das zweite Verfahren beruht auf einer satellitengestützten Ortung mittels GPS- Signalen. Dieses Verfahren versagt aber in bergigen Regionen, wo viele Tunnels etc. die Übermittlung der GPS-Signale verhindern.The second method is based on satellite-based positioning using GPS signals. However, this method fails in mountainous regions, where many tunnels etc. prevent the transmission of the GPS signals.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren, ein System und ein Benutzergerät zur Ortung von Schienenfahrzeugen auf einem Schienennetz zur Verfügung zu stellen, das Nachteile bestehender Systeme nicht aufweist, und das insbesondere eine unabhängig von der Topographie funktionierende und unabhängig von der Position ausreichend genaue Ortung erlaubt und mit möglichst keine aufwändige, zusätzlich zur bereits bestehenden Schienennetz-Infrastruktur zu installierende Infrastruktur benötigt.The invention is based on the object of providing a method, a system and a user device for locating rail vehicles on a rail network which does not have the disadvantages of existing systems, and which in particular functions independently of the topography and independently of the position Sufficiently precise location is permitted and, if possible, requires no complex infrastructure to be installed in addition to the existing rail network infrastructure.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren, ein System und ein Benutzergerät, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind.These objects are achieved by a method, a system and a user device as defined in the patent claims.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird eine Ortungsinformation mittels eines im Schienenfahrzeug vorhandenen, mit einer Empfangs- und/oder einer Sendeeinheit versehenen Benutzergerätes ermittelt. Dieses Benutzergerät ist in Kontakt mit mindestens einer erreichbaren Übermittlungsstation mit bekannter Position eines Mobilfunk-Übermittlungssystemes, woraus ein Ortungsgebiet bestimmt wird, in dem sich das Schienenfahrzeug gemäss der Ortungsinformation sicher befindet. Zusätzlich wird die Ortungsinformation mit kartografischen Informationen über das Schienennetz korreliert, um die Position des Schienenfahrzeuges auf dem Schienennetz zu bestimmen.In the method according to the invention, location information is determined by means of a user device which is present in the rail vehicle and is provided with a receiving and / or transmitting unit. This user device is in contact with at least one accessible transmission station with a known position of a mobile radio transmission system, from which a location area is determined in which the rail vehicle is safely located according to the location information. In addition, the location information with cartographic information about the Rail network correlated to determine the position of the rail vehicle on the rail network.
Das Verfahren erlaubt die Benutzung eines bestehenden Mobilfunknetzes, bspw. eines GSM- oder GSM-R (eines bahneigenen GSM-Netzes) oder eines UMTS- Netzes und ist daher rasch und kostengünstig implementierbar. Eventuell kann sogar ein bereits vorhandenes, auf einem solchen bestehenden Mobilfunknetz beruhendes und vom entsprechenden Mobilfunkbetreiber angebotenes Ortungssystem benutzt werden.The method allows the use of an existing mobile radio network, for example a GSM or GSM-R (a railway's own GSM network) or a UMTS network and can therefore be implemented quickly and inexpensively. It is even possible to use an existing location system based on such an existing mobile radio network and offered by the corresponding mobile radio operator.
Dadurch, dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren und System nicht von der Position, bspw. vomBecause the accuracy of the position determination according to the method and system according to the invention does not depend on the position, eg
Abstand von einer Balise, abhängt, wird die Einführung von variablen Blocks ermöglicht, welche abhängig sind von der Positionsinformation und einerDistance from a balise depends on the introduction of variable blocks, which are dependent on the position information and one
Geschwindigkeitsinformation, die u.U. durch eine Differenzmessung von erfindungsgemäss erhaltenen Positionsinformationen ermittelt wird. So ist eine grössere Verkehrsdichte möglich. Auch die Signalisation kann vereinfacht und flexibilisert werden. Während bisher fest am Schienenrand platzierte Vor- undSpeed information that may is determined by a difference measurement of position information obtained according to the invention. This enables a greater traffic density. Signaling can also be simplified and made more flexible. While forwards and
Hauptsignale verwendet wurden, kann ein im Fahrstand angebrachter Display direkt aktuelle Signale anzeigen. Weiter kann je nach dem bei einer Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auch die Anzahl der im Unterhalt teueren Baiisen eines Schienennetzes reduziert werden.Main signals have been used, a display mounted in the operator's console can directly show current signals. Furthermore, depending on the method of use of the method according to the invention, the number of bays in a rail network that are expensive to maintain can also be reduced.
Das Mobilfunk-Übermittelungssystem weist ein Übermittlungsnetz und eine Vielzahl von mobilen, mit dem Übermittlungsnetz kooperierenden Benutzergeräten auf. Die Installationen des Übermittlungsnetzes, insbesondere seine Übermittlungsstationen (Basisstationen) sind im Wesentlichen stationär. Das einfachste Verfahren zur Bestimmung der Ortungsinformation besteht darin, das Benutzergerät der seinem Standort am nächsten liegenden Übermittlungsstation des Netzes zuzuordnen. Das Ortungsgebiet entspricht in diesem Falle dem Wirkungskreis der Übermittlungsstation. Eine bedeutend bessere Genauigkeit kann erreicht werden, wenn der Standort des Schienenfahrzeuges innerhalb des Überlappungsbereiches der Wirkungskreise verschiedener Übermittlungsstationen liegt. In diesem Fall ist das Ortungsgebiet der Überlappungsbereich der Wirkungskreise. Noch genauere Angaben über den Standort des Benutzergerätes sind ermittelbar, wenn nicht nur die Wirkungskreise von Übermittlungsstationen ausgewertet werden, sondern auch die Dauer der Signalübermittlung (Signal- Laufdauer) zwischen Benutzergerät und Übermittlungsstation erfasst und in die Bestimmung des Standortes miteinbezogen wird. Unter Einbezug einer derartigen Distanzmessung über die Signal-Laufdauer in die Ortung wird der das Ortungsgebiet als im Wesentlichen auf einem Kreisbogen um eine Übermittlungsstation liegend erfasst. Kann das Benutzergerät mit drei oder mehr Übermittlungsstationen eines heutigen Mobiltelephonnetzes Kontakt aufnehmen, kann mit Erfassung der Signallauf dauer und mit Hilfe eines geeigneten Berechnungs- Algorithmus der Standort eines mobilen Gerätes auf ein Ortungsgebiet mit einer Abmessung von maximal ca. 30 m genau bestimmt werden. Weitere Verbesserungen können erzielt werden, wenn zusätzlich zur Signal-Laufdauer auch Übermittlungscharakteristiken wie z.B. Reflexionen miteinbezogen werden. Auch die Übermittlungsintensität, die ebenfalls die Distanz zwischen Benutzergerät und Übermittlungsstation charakterisiert, und/oder der Peilwinkel können ergänzend zur Ortung benutzt werden. Weiter besteht noch die Möglichkeit einer Ortung durch E-OTD (Enhanced Observed Time Difference), in welchem Verfahren paarweise Zeit-synchronisierte Signale zweier Übermittlungsstationenen ausgewertet werden und durch welches eine Ortung mit einer Präzision bis zu 4 m durchgeführt werden kann. Ortungssysteme, die auf diesem Prinzip basieren, werden von Mobilfunkbetreibern angeboten. Zur Ortung mittels eines Übermittlungsnetzes sowie auch zur standortabhängigen Informationbeschaffung sei hier im Übrigen auf die internationale Patentanmeldung PCT/CH99/00530 und die darin zitierten Schriften verwiesen.The mobile radio transmission system has a transmission network and a multiplicity of mobile user devices which cooperate with the transmission network. The installations of the transmission network, in particular its transmission stations (base stations) are essentially stationary. The simplest method for determining the location information is to assign the user device to the transmission station of the network that is closest to its location. In this case, the location area corresponds to the sphere of activity of the transmission station. Significantly better accuracy can be achieved if the location of the rail vehicle lies within the overlap area of the spheres of activity of various transmission stations. In this case, the location area is the overlap area of the spheres of activity. Even more precise information about the location of the user device can be determined if not only the functional groups of transmission stations are evaluated, but also the duration of the signal transmission (signal duration) between user device and transmission station is recorded and included in the determination of the location. With the inclusion of such a distance measurement over the signal duration in the location, the location area is recorded as essentially lying on an arc around a transmission station. If the user device can make contact with three or more transmission stations of a current mobile phone network, the location of a mobile device can be determined with accuracy to a location area with a maximum dimension of approx. 30 m by recording the signal duration and using a suitable calculation algorithm. Further improvements can be achieved if, in addition to the signal runtime, transmission characteristics such as reflections are also included. The transmission intensity, which also characterizes the distance between the user device and the transmission station, and / or the bearing angle can also be used for the location. There is also the possibility of localization using E-OTD (Enhanced Observed Time Difference), in which method time-synchronized signals from two transmission stations are evaluated in pairs and by means of which localization can be carried out with a precision of up to 4 m. Positioning systems based on this principle are offered by mobile operators. For the location by means of a transmission network and also for location-dependent information gathering is here on the international patent application PCT / CH99 / 00530 and the documents cited therein.
Zur Positionsbestimmung des Schienenfahrzeuges werden gemäss der Erfindung zusätzlich zur Ortungsinformation noch kartografische Daten über das Schienennetz verwendet. Solche Daten können beispielsweise eine vektorielle Darstellung des Schienennetzes sein. Eine solche ist eine Menge von Punkten des Schienennetzes, zusammen mit einer jedem Punkt zugeordneten Richtungsinformation, die bspw. im Wesentlichen die Richtung der Tangente an die Schienenstrecke im betreffenden Punkt beinhaltet. Die Punkte können bspw. in regelmässigen Abständen verteilt sein, sie können aber auch abhängig von der Schienengeometrie angeordnet sein, bspw. indem in engen Kurven eine höhere Punktedichte vorhanden ist. An Verzweigungen des Schienennetzes enthält die vektorielle Darstellung des Schienennetzes eine zweideutige Information, indem dort einem Punkt mehr als ein Richtungsvektor zugeordnet ist. Die vektorielle Darstellung des Schienennetzes kann bspw. als Ganze in einem Speicher des Benutzergerätes vorhanden sein. Es kann aber auch nur ein Sektor des Schienennetzes auf dem Benutzergerät gespeichert sein, welche gespeicherte Information gemäss dem in der internationalen Patentanmeldung PCT/CH99/00530 beschriebenen Verfahren laufend aktualisiert und dem aktuellen Fahrzeug-Standort angepasst wird.To determine the position of the rail vehicle, according to the invention, cartographic data about the rail network are used in addition to the location information. Such data can, for example, be a vector representation of the rail network. Such is a set of points of the rail network, together with direction information assigned to each point, which essentially includes, for example, the direction of the tangent to the rail line at the point in question. The points can, for example, be distributed at regular intervals, but they can also be arranged depending on the rail geometry, for example by having a higher point density in tight curves. At branches of the rail network, the vectorial representation of the rail network contains ambiguous information in that more than one direction vector is assigned to a point. The vectorial representation of the rail network can, for example, be available as a whole in a memory of the user device. However, only one sector of the rail network can be stored on the user device, which stored information is continuously updated in accordance with the method described in the international patent application PCT / CH99 / 00530 and adapted to the current vehicle location.
Anhand einer Zeichnung wird hier kurz schematisch und beispielhaft aufgezeigt, wie die Korrelation der Ortungsinformation mit den kartografischen Daten vor sich gehen kann. In der Zeichnung zeigtUsing a drawing, it is briefly shown schematically and by way of example how the correlation of the location information with the cartographic data can proceed. In the drawing shows
- die Figur 1 eine schematische Ansicht eines Schienenabschnittes mit einem Schienenfahrzeug sowie mit neben dem Schienenabschnitt angeordneten Übermittlungsstationen und die Figur 2 eine Ansicht des Schienenabschnittes mit einem mit E-OTD ermittelten Ortungsgebiet.1 shows a schematic view of a rail section with a rail vehicle and with transmission stations and arranged next to the rail section FIG. 2 shows a view of the rail section with a location area determined using E-OTD.
Die Figur 1 zeigt ein sich auf einem Schienenabschnitt 1 befindendes Schienenfahrzeug 2 sowie Mobilfunk-Übermittlungsstationen 3. Zur Ortung wird das Schienennetz mit dem Ortungsgebiet 4 geschnitten, die Schnittmenge entspricht bspw. einem Teilstück 5. Wenn mehr als ein Teilstück innerhalb des Ortungsgebietes 4 vorhanden ist, bspw. in der Nähe einer Verzweigung, können je nach dem weitere Mittel zur Bestimmung der korrekten Position herangezogen werden. Als solche kommen ebenfalls über Mobilfunk übermittelte Informationen über die Weichenstellungen, Funksignale die vom unmittelbaren Gleisrand her übermittelt werden etc. in Frage. Solche Mittel können so weit ausgebaut sein, dass der Schienenabschnitt, auf dem sich das Schienenfahrzeug gerade befindet, immer verfügbar ist. Als Schienenabschnitt wird hier der zwischen zwei Verzweigungen des Schienennetzes liegende Schienenstrang bezeichnet. Als Position des Schienenfahrzeuges 2 wird bspw. der Mittelpunkt 6 des ermittelten Teilstücks 5 festgelegt. Dazu kann je nach dem eine die relevanten Teilstücke beschreibende mathematische parametrische Darstellung der Teilstücke verwendet werden, welche bspw. die Form von die Punkte verbindenden Polynomfunktionen (Splines) o.a. hat. Die Korrelation der kartografischen Informationen mit der Ortungsinformation erfolgt vorzugsweise durch im Benutzergerät integrierte Datenverarbeitungsmittel. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Ortungsinformation vom Benutzergerät über das Mobilfunk-Übermittlungssystem an eine Zentrale übermittelt wird und dass die Korrelation in der Zentrale erfolgt Es ist ferner auch möglich, dass die Ortungsinformation ausserhalb des Benutzergerätes, bspw. in einer Schaltstelle eines Mobilfunkbetreibers ermittelt wird und dass diese Information allenfalls an eine Zentrale und/oder an das Benutzergerät übermittelt wird. Wie das in der Figur 2 dargestellt ist, muss das Ortungsgebiet nicht unbedingt die in der Figur 1 angedeutete Form mit kreisbogenartigen Rändern aufweisen. Ein mit E- OTD ermitteltes Ortungsgebiet 14 kann bspw. durch ein Gebiet angenähert werden, dessen Ränder im Wesentlichen parallele Geraden sind. Im gezeichneten Beispiel, in dem 3 Übermittlungsstationen am Gleisrand angeordnet sind, von denen je die zwei benachbarten Stationen einen Abstand von dx=50 m haben, hat dabei bspw. das Ortungsgebiet eine Ausdehnung senkrecht zum Geleise von ca. d2=25 m, während der Schnitt mit dem Geleise nur eine Ausdehnung von ca. 4 m aufweist.FIG. 1 shows a rail vehicle 2 and mobile radio transmission stations 3 located on a rail section 1. For location purposes, the rail network is intersected with the location area 4, the intersection corresponds, for example, to a section 5. If more than one section is present within the location area 4 , for example in the vicinity of a branch, can be used depending on the further means for determining the correct position. Information about the turnouts, radio signals transmitted from the immediate edge of the track, etc. can also be considered as such. Such means can be expanded so far that the rail section on which the rail vehicle is currently located is always available. The rail section lying between two branches of the rail network is referred to here. For example, the center 6 of the determined section 5 is defined as the position of the rail vehicle 2. For this purpose, depending on the one, a mathematical parametric representation of the sections describing the relevant sections can be used, which, for example, has the form of polynomial functions (splines) or the like connecting the points. The correlation of the cartographic information with the location information is preferably carried out by data processing means integrated in the user device. As an alternative to this, provision can also be made for the location information to be transmitted from the user device to a central office via the mobile radio transmission system and for the correlation to take place in the central office is determined and that this information is at most transmitted to a control center and / or to the user device. As is shown in FIG. 2, the location area does not necessarily have to have the shape indicated in FIG. 1 with circular-arc-shaped edges. A location area 14 determined with E-OTD can be approximated, for example, by an area whose edges are essentially parallel straight lines. In the example shown, in which 3 transmission stations are arranged on the edge of the track, each of which the two neighboring stations are at a distance of d x = 50 m, the location area, for example, has an extension perpendicular to the track of approx. D 2 = 25 m, while the cut with the track is only about 4 m long.
Zusätzlich zur beschriebenen Positionsbestimmung können auch noch Geschwindigkeitsinformationen und/oder Weginformationen verwendet werden. Geschwindigkeitsinformationen können bspw. konventionell gemessen werden. Sie können aber auch anhand einer Messung und vorhergehenden Messungen ermittelt werden, wozu zusätzlich zur Position lediglich der genaue Zeitpunkt jeder Messung festgehalten werden muss. Geschwindigkeitsinformationen können insbesondere dazu verwendet werden, die Position des Schienenfahrzeugs in der Zeit zwischen zwei Messungen zu ermitteln, da das Beschleunigungsverhalten eines Zuges keine abrupten Geschwindigkeitsänderungen erlaubt.In addition to the position determination described, speed information and / or path information can also be used. Speed information can be measured conventionally, for example. However, they can also be determined on the basis of a measurement and previous measurements, for which purpose only the exact time of each measurement has to be recorded in addition to the position. Speed information can be used in particular to determine the position of the rail vehicle in the time between two measurements, since the acceleration behavior of a train does not allow abrupt changes in speed.
Dadurch, dass erfϊndungsgemäss zur Positionsbestimmung die Ortungsinformation mit einer kartografischen Information korreliert wird, erhöht sich die Positionsgenauigkeit im Vergleich zur reinen Ortungsinformation erheblich. Wenn bspw. der Schienenabschnitt, auf dem sich das Fahrzeug befindet, laufend verfügbar ist, hat die kartografische Information lediglich einen einzigen Freiheitsgrad.The fact that, according to the invention, the location information is correlated with a cartographic information for determining the position, the position accuracy increases considerably in comparison to the pure location information. If, for example, the rail section on which the vehicle is located is continuously available, the cartographic information has only one degree of freedom.
Das im Schienefahrzeug, bspw. in der Lokomotive eines Eisenbahnzuges, vorhandene Benutzergerät weist bspw neben einer Empfangseinheit und eventuell einer Sendeeinheit zum Empfangen bzw. Senden der Ortungssignale einen Mikroprozessor zum Ermitteln der Position gemäss obigem Verfahren und einen Datenspeicher zum Speichern der kartografischen sowie eventuell weiterer Daten auf. Weiter kann es ein Display oder eine Kommunikationsverbindung zu einem fahrzeugeigenen Display und eventuell eine Tastatur besitzen. Auf dem Display kann laufend die aktuelle Position des Fahrzeugs angezeigt sein. Weiter weist es bspw. Mittel auf, mit denen die Sendeeinheit die Ortungsinformation oder, falls vorhanden, die Position an eine Zentrale übermitteln kann. Diese Übermittlung erfolgt bspw. über das gleiche Mobilfunknetz, durch das auch die Ortung erfolgt.The user device present in the rail vehicle, for example in the locomotive of a railroad train, has, for example, in addition to a receiving unit and possibly a transmitting unit for receiving or transmitting the location signals Microprocessor for determining the position according to the above method and a data memory for storing the cartographic and possibly further data. It can also have a display or a communication link to a vehicle display and possibly a keyboard. The current position of the vehicle can be shown continuously on the display. It also has, for example, means by which the transmitting unit can transmit the location information or, if available, the position to a central office. This transmission takes place, for example, via the same mobile radio network through which the location is also carried out.
Das vorstehend beschriebene Verfahren und System kann natürlich auch ergänzend zu weiteren und bspw. bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung angewandt werden. Durch Einbeziehen von konventionell ermittelten Positionsdaten undThe method and system described above can of course also be used in addition to other and known methods for position determination. By including conventionally determined position data and
Geschwindigkeitsinformationen kann die Positionsgenauigkeit erhöht werden und es entsteht aufgrund der Unabhängigkeit der verschiedenen Quellen eine erhöhtePosition information can be increased with speed information and there is an increased result due to the independence of the various sources
Aussagesicherheit. Ausserdem kann durch die Kombination verschiedener Positionsbestimmungen auch eine Zuverlässigkeitsangabe gemacht werden. Eine solche wird u.U. durch Bahnbetreibern auferlegte Normen verlangt. Es kann ausserdem vorgesehen sein, dass eine solche Zuverlässigkeits angäbe imCertainty. In addition, the combination of different position determinations can also be used to provide reliability information. Such may be standards imposed by railway operators. It can also be provided that such reliability information in the
Schienenfahrzeug ermittelt und zusammen mit der Positionsangabe kontinuierlich an eine Zentrale übermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine solche mit Zuverlässigkeitsangabe versehene Positionsangabe eines Schienenfahrzeuges auch kontinuierlich von einer Zentrale an weitere, sich in der Nähe befindendeRail vehicle is determined and continuously transmitted to a central office together with the position information. As an alternative or in addition to this, such a position indication of a rail vehicle provided with reliability information can also be transmitted continuously from one control center to other ones located nearby
Schienenfahrzeuge übermittelt werden. Rail vehicles are transmitted.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Positionsbestimmung für auf einem Schienennetz verkehrende Schienenfahrzeuge (2), wobei eine Ortungsinformation dadurch ermittelt wird, dass ein im Schienenfahrzeug vorhandenes, mit einer Empfangs- und/oder einer Sendeeinheit versehenes Benutzergerät mindestens eine erreichbare1. A method for determining the position of rail vehicles (2) running on a rail network, location information being determined in that a user device provided in the rail vehicle and provided with a receiving and / or transmitting unit has at least one accessible device
Übermittlungsstation (3) mit bekannter Position eines Übermittlungssystemes kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungssystem ein Mobilfunk-Übermittlungssystem ist und dass die Position des Schienenfahrzeug (2) aus der Ortungsinformation bestimmt wird, indem diese Ortungsinformation mit kartografischen Informationen über das Schienennetz korreliert wird.Contacted transmission station (3) with a known position of a transmission system, characterized in that the transmission system is a mobile radio transmission system and that the position of the rail vehicle (2) is determined from the location information by correlating this location information with cartographic information about the rail network.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kartografischen Informationen über das Schienennetz eine Vektordarstellung des Schienennetzes beinhalten.2. The method according to claim 1, characterized in that the cartographic information about the rail network includes a vector representation of the rail network.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Mittel vorhanden sind, um festzulegen, auf welchem Schienenabschnitt (1) des3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that additional means are available to determine on which rail section (1) of the
Schienennetzes sich das Schienenfahrzeug (2) befindet, dass die Ortungsinformation die Definition eines Ortungsgebietes (4) aufweist, in welchem sich das Schienenfahrzeug (2) befindet, dass die Schnittmenge zwischen dem Schienenabschnitt und dem Ortungsgebiet gebildet wird, welche Schnittmenge ein Teilstück (5) des Schienenabschnittes (1) ist, und dass derThe rail vehicle (2) is located, that the location information has the definition of a location area (4), in which the rail vehicle (2) is located, that the intersection is formed between the rail section and the location area, which intersection a section (5) of the rail section (1), and that the
Mittelpunkt (6) dieses Teilstücks als Position des Schienenfahrzeugs (2) bestimmt wird. The center point (6) of this section is determined as the position of the rail vehicle (2).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionsbestimmung zusätzlich Geschwindigkeitsinformationen verwendet werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that additional speed information is used for determining the position.
5. System zur Positionsbestimmung für auf einem Schienennetz verkehrende Schienenfahrzeuge (2), welches System mehrere je in einem Schienenfahrzeug vorhandenene, mit einer Empfangseinheit und/oder einer Sendeeinheit versehene Benutzergeräte und ein Netz von im Wesentlichen stationären Übermittlungsstationen aufweist, wobei Mittel zur Ermittelung einer Ortungsinformation über das Schienenfahrzeug bei einer Kontaktierung mindestens einer erreichbaren Übermittlungsstation (3) eines5. System for determining the position of rail vehicles (2) running on a rail network, the system comprising a plurality of user devices each provided in a rail vehicle with a receiving unit and / or a transmitting unit and a network of essentially stationary transmission stations, means for determining location information via the rail vehicle when contacting at least one accessible transmission station (3)
Übermittlungssystems durch das Benutzergerät vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungssystem ein Mobilfunk- Übermittlungssystem ist und dass Datenspeicher zum Speichern kartografischer Daten über das Schienennetz sowie Mittel zum Korrelieren der kartografischen Daten mit der Ortungsinformation vorhanden sind.Transmission system are available by the user device, characterized in that the transmission system is a mobile radio transmission system and that data storage for storing cartographic data via the rail network and means for correlating the cartographic data with the location information are available.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Benutzergerät eine Empfangseinheit besitzt und dass die Mittel zum Ermitteln der Ortungsinformation und/oder die Mittel zum Korellieren der Ortungsinformation mit kartografischen Daten in jedem Benutzergerät vorhanden sind.6. System according to claim 5, characterized in that each user device has a receiving unit and that the means for determining the location information and / or the means for correlating the location information with cartographic data are present in each user device.
7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungsnetz ein GSM-Funknetz, ein GSM-R-Funknetz oder ein UMTS- Netz ist. Zur Positionsbestimmung eines Schienenfahrzeuges (1) dienendes Benutzergerät mit Mitteln zum Kontaktieren einer Übermittlungsstation (3) eines Übermittlungssystems und zum Empfangen von Ortungsinformationen von der Ubermittlungsstation oder zum Ermitteln von Ortungsinformationen aufgrund von von der Ubermittlungsstation abgegebenen Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein Signal einer Mobilfunk- Übermittlungsstation eines Mobilfunk-Übermittlungssystems empfangen können und dass sie entweder Mittel aufweisen, die Ortungsinformationen mit kartografischen Informationen zu korrelieren oder die Ortungsinformationen zur Korrelation mit kartografischen Daten an eine Zentrale zu übermitteln. 7. System according to claim 5 or 6, characterized in that the transmission network is a GSM radio network, a GSM-R radio network or a UMTS network. User device for determining the position of a rail vehicle (1) with means for contacting a transmission station (3) of a transmission system and for receiving location information from the transmission station or for determining location information on the basis of signals emitted by the transmission station, characterized in that the means signal a Mobile radio transmission station of a mobile radio transmission system can receive and that they either have means to correlate the location information with cartographic information or to transmit the location information for correlation with cartographic data to a central office.
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