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
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Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn
EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte
GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)
Ausblick
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Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn
EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte
GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)
Ausblick
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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
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Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn
EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte
GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)
Ausblick
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GNSS – Anwendungsklassen
Informations-systeme
Steuerungs-systeme
(Assistenz)
Sicherungs-systemeA
ufw
and
Zeit
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GNSS Anwendungen –Zusammenfassung der Ergebnisse der Galileo TaskForce
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GNSS Anwendungen im Detail
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 16Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn
EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte
GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)
Ausblick
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GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorDas Konsortium
Quelle: GRAIL
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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)
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GRAIL – GNSS Introduction in the Rail SectorDie Projektstruktur
Quelle: GRAIL
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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 > 24. Juli 2007 > Folie 21Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
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
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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
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 23Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
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
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 24Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
DemoOrt Grundidee
Sichere, Fahrzeug-autonome Ortung
durch Einsatz von:
GNSS (GPS)WirbelstromsensorikDigitaler Karte
Quelle: DemoOrt
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 25Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
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
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 26Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Railway Collision Avoidance System (RCAS)mit GALILEO
EBULA
Alert!
Quelle: DLR
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 27Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Ortung mit GNSS bei der Eisenbahn
EinleitungEinsatz von GNSS bei der EisenbahnProjekte
GRAIL (GJU)DemoOrt (BMWi)RCAS (DLR)
Zusammenfassung und Ausblick
GRAIL > 24. Juli 2007 > Folie 28Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
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 > 24. Juli 2007 > Folie 29Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
GRAIL – GNSS Introduction in the Rail Sector
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