交通网络和在交通网络中运行轨道车辆的方法与流程

本发明涉及一种在交通网络中运行轨道车辆的方法。此外，本发明涉及一种用于使轨道车辆的运行区现代化的方法。此外，本发明涉及一种用于运行轨道车辆的交通网络，其具有由不同于轨道车辆的道路使用者的共用运行区。此外，本发明涉及在交通网络中运行的轨道车辆，该交通网络具有由不同于轨道车辆的道路使用者共用运行区，以及本发明涉及处理单元，其用于在交通网络中运行，该交通网络具有由不同于轨道车辆的道路使用者共用运行区。最后，本发明涉及一种计算机程序，以及该计算机程序的提供装置，该计算机程序配备了用于执行该方法的程序指令。

背景技术：

1、例如，cbtc(基于通信的列车控制)用于地下运行的有轨电车的列车保护运行(在为轨道车辆保留运行区)。因此，将实施一种基于双向通信的计算机辅助方法，用于中央的列车监控和运行管理，其具有自动的列车保护、自动操作和自动监控的部分功能。在没有自动的列车保护的目视驾驶运行中(即在与其他道路使用者共用运行区)，列车和路段之间进行点状单向通信(例如，使用imu耦合线圈，imu代表电感信号传输)。这些领域将在执行过程中分开处理。因此，运行商不可能在与其他道路使用者共用的目视驾驶运行区内精确跟踪列车运行。在控制技术方面，只显示专门为轨道车辆保留运行区。在列车的驾驶舱内有一个hmi，用于保留的运行区，其具有自动的列车保护(列车保护运行)。

2、例如，共用运行区中的制动通常由轨道中的路段设备(电感，磁性或机械传输原理，如耦合线圈、应答器或类似设备)实现，该设备在通过路段设备时向相应的天线发送制动释放(对应于去激活的行驶锁闭)或停止(对应于激活的行驶锁闭)的信息。然后，当接收到“停止”时，车辆设置触发制动。

3、在地铁和长途铁路系统中，经常使用连续监测来防止行经危险点，例如涉及etcs(欧洲列车控制系统)ptc(正列车控制)和cbtc(基于通信的列车控制)。连续监测允许使用连续列车运行进行自动列车控制，并且不需要在轨道上安装大量设备，然而在其他地方的连续监测系统要复杂得多。对于部分在地下运行或通过较长隧道的有轨电车，进行持续监测，例如cbtc。然而，在地面运行中，由于交通情况较为复杂(必须考虑汽车，自行车和行人等道路使用者)，列车运行必须由车辆驾驶员进行(目视驾驶运行)。在这种情况下，对于安装在轨道侧的设施、如耦合线圈(其在道路中安装在轨道上)需要在车辆中设有相应的部件以用于通信。

4、目视驾驶运行的上述部件需要一定的安装空间。特别是低平台车辆(如有轨电车)，其地板和轨道之间的空间受到限制，在安装上述部件时会遇到空间问题。此外，这些部件需要一定的维护，以避免故障。特别是安装在有轨电车轨道上的部件，不仅被有轨电车驶过，而且被其他使用道路的车辆驶过。这导致部件的机械应力增加，这也增加了它们的易故障性。

5、本发明的目的是给出一种方法，一种用于运行轨道车辆的交通网络(包括由轨道路线组成的路段)，以及一种轨道车辆，其在与其他道路使用者共用的交通区域中、以对于尤其在轨道上或轨道中安装的部件的最小的耗费来确保尽可能大的功能范围。此外，本发明的目的在于提供一种计算机程序，以及该计算机程序的提供装置，利用该计算机程序可以执行上述方法。

6、所述技术问题通过本发明(方法)这样解决，所述轨道车辆和所述路段元件之间使用v2x标准进行相互通信，并且所述轨道车辆在用于所述轨道车辆的保留运行区中通过不同于v2x标准的通信标准与所述路段元件通信。

7、v2x标准的使用有利于双向的、连续的列车-路段-通信，并且在不同于v2x标准的通信标准(例如cbtc)的情况下也可以进行双向通信。v2x也是基于无线电传输的。因此，轨道上不需要硬件。所有部件都很容易访问，运行商的基础设施也可以调整，而不需要任何施工措施。特别是，可以使用已经安装在路段的附属区的基础设施元件，以便与轨道车辆以外的道路使用者通信，例如汽车或公共汽车。

8、v2x作为一个公共标准在汽车工业中使用，因此是前途可靠的，而不是专有的。一方面，v2x在路段元件和轨道车辆之间提供直接连接(wlan技术802.11p)。因此，客户不依赖于公共网络的可用性。作为蜂窝v2x的替代方案，v2x提供了一个移动数据连接，通过该连接，可以实现(对运行不是直接决定性的)方便功能(增值服务)。然后，通过基于网络的通信，可以很容易地实现增值服务。

9、一个特别的优点是迁移能力其功能与传统的通信技术(imu、红外线、模拟无线电)大致相同。因此，根据本发明，各个传输点可以彼此独立地迁移，因此也可以连续地迁移。与道路基础设施部件的通信是可能的。在此可以简单地引入城市现有的基础设施(例如交通信号灯)，因为使用的是统一的通信标准。安装的v2x路侧单元(路段上的接入点不一定仅由列车使用，而是也由轨道车辆以外的其他道路使用者使用)接收its-g5(v2x)格式的消息。

10、在目视驾驶运行中，该解决方案既节省了轨道中的路段设施，也节省了相应的车辆天线，而这些天线在传统的点式列车干预中是必须要被使用的。这实现了相当大的节省，并解决了安装车辆天线的问题，特别是在低平台的有轨电车中。取而代之的是，根据本发明，使用v2x标准来传输与所实现的应用相关的数据。可以在轨道上安装适应目视驾驶运行的修改功能范围的部件(对于v2x标准)，或者可以使用已经安装在共用运行区中的v2x基础设施。因此，至少在已经安装的部件可以使用的范围内，可以节省安装成本。由于为此目的使用了车辆的数据通信系统，例如v2x，因此该解决方案可以以相对较低的成本实现。例如，由于可以省去列车保护运行，可以使用cots部件(cots表示components of the shelf，即现成的和因此易于获得的、具有成本效益的部件)。

11、因此，根据本发明，基于v2x的系统提供了易于实现的数字节省空间的功能，特别是对于有轨电车系统，无需轨道装置和轨道车辆中的定制天线。因此，数字或虚拟功能也可优先用于空间有限的低平台车辆(例如有轨电车)。

12、进一步的优点将在下面逐点说明。

13、·连续检测和报告车辆位置，以实现准实时列车跟踪。

14、·路段和列车之间的双向数据交换。这可以由保留运行区的自动的列车保护系统提供的传输技术有利地保证，从而避免了在保留运行区和共用运行区双向通信中的系统切换。

15、·双向通信，允许从调度员向驾驶员发送消息(文本/语音)，反之亦然。v2x标准也保证了这一点。

16、·简化和统一了用于路段基础设施和车辆上的接口。这意味着，最迟在完全取代现有的安装在轨道上的、通常是单向的传输技术之后，可以完全使用统一的传输技术，然后在保留运行区和共用运行区使用。

17、·特别是在既有共用运行区又有保留运行区的交通网络中，将实现将不同运行区整体整合到一个共同的交通管理系统中，以便列车在整个交通网络(即在共用运行区和保留运行区)中具有整体可视性和干预可能性(尽管在共用运行区受到限制)。

18、·例如，将有轨电车纳入一个城市/市镇/大都市地区的综合的、标准化交通管理系统的可行方案是可能的。这可以超越轨道交通，也可以包括公路交通系统，例如，交通信号灯或公共汽车路段。

19、·在共用运行区中使用自动的列车干预系统的完整基础设施设备既不经济，也没有必要。运行商希望根据需求配置(列车保护运行对比目视驾驶运行)，为路段网络提供以需求为导向的，投资优化的设备。本发明的一种设计在此开始，根据该设计，为可视范围提供了修改后的功能范围。这优选减少了与安全有关的功能，这些功能必须由目视驾驶运行中的列车司机执行。因此，可以在目视模式下安装功能范围缩小的基础设施。例如，可以省略自动驾驶运行所需的传感器。

20、·尽可能少地使用轨道/轨道体中的硬件，以减少维护和维护工作，同时在更改或扩展时提供更大的灵活性。v2x标准很好地保证了这一点。

21、·报告传输技术的更换/迁移，因为现有系统很快就会过时。在这方面，安装自动列车干预基础设施可以产生协同效应，理想情况下，基础设施通过标准化和面向未来的技术提供投资保护。这也适用于所使用的硬件。这也应尽可能以标准化部件为基础。

22、·另一个优点是可扩展性。例如，如果技术足够成熟，可以逐步将自动列车运行(列车保护运行)转移到共用运行区。在这种情况下，只需要安装自动列车运行基础设施的部件，在这种情况下，改装比首次装备更具成本效益。例如，从前景来看，无人驾驶有轨电车既可以在保留运行区使用，也可以在共用运行区使用。

23、在本发明的上下文中，“计算机辅助的”或“计算机实现的”可被理解为至少一个计算机或处理器执行该方法的至少一个方法步骤的方法的实现。

24、在本发明的上下文中，“计算环境”可以被理解为由诸如计算机、存储单元、程序和由程序处理的数据等部件组成的it基础设施，这些部件用于执行至少一个需要执行任务的应用程序。特别是，it基础设施可以由上述部件的网络组成。“计算实例”(或简称实例)在计算环境中可以理解一个功能单元，该功能单元可以分配给一个应用程序(例如由多个程序模块给出)，并且可以执行该应用程序。在应用程序的执行过程中，该功能单元形成一个物理上(例如计算机，处理器)和/或虚拟上(例如程序模块)独立的系统。

25、术语“计算机”或“电脑”涵盖所有具有数据处理特性的电子设备。例如，计算机可以是客户端、服务器、手持计算机、通信设备和其他用于数据处理的电子设备，这些设备可以具有处理器和存储单元，也可以通过接口连接成网络。

26、在本发明的上下文中，“处理器”可被理解为例如转换器、用于产生测量信号的传感器或电子电路。处理器特别可以是中央处理器(cpu)，微处理器，微控制器或数字信号处理器，可能与用于存储程序指令和数据的存储单元相结合。处理器也可以理解为虚拟化处理器或软cpu。

27、在本发明的上下文中，“存储单元”可以被理解为例如随机存取存储器(ram)或数据存储器(硬盘或数据载体)形式的计算机可读存储器。

28、允许根据本发明的方法步骤的程序序列的单个软件功能单元应被理解为“程序模块”。这些软件功能单元可以在单个计算机程序中实现，也可以在多个相互通信的计算机程序中实现。这里实现的接口可以在单个处理器内实现，也可以在硬件技术上实现，如果使用多个处理器。

29、“接口”可以通过硬件实现，例如有线或无线连接，和/或通过软件实现，例如作为一个或多个计算机程序的单个程序模块之间的交互。

30、根据本发明的一种形式规定，v2x标准的协作感知消息(cam)被用于通信。

31、在这个应用例中，使用cam(协作感知消息)，这也可以在v2x协议中使用不同类型的消息来实现。在该消息中，有利地包含可以从该消息中导出路段元件的期望动作的信息。这例如可以是路线、线路和目的地，在单道岔控制的情况下，可以从中确定要设置的道岔位置。

32、优选地规定，通过v2x标准附加涵盖的扩展的(即，超出了特定的路段设备的更换)功能范围仅包括被归类为与轨道车辆运行与安全性无关的功能。

33、根据国际标准iec 61508或根据欧洲标准en 50129专门针对铁路领域，安全功能(英文safety)分为四个安全完整性级别(或英文：safety integrity level(sil-1bissil-4))或安全要求级别。安全完整性级别4代表最高的安全完整性级别，安全完整性级别1代表最低的安全完整性级别。各自的安全完整性水平影响测量值的置信区间，因为所述设备必须满足的安全完整性水平越高，置信区间就越小。因此，由于相对不精确的测量值和相关的相对较大的置信区间，特别是对于满足较高安全完整性级别sil-4或sil-3的系统，存在限制。不同安全完整性级别的安全维度可以用与安全相关的系统的预期故障频率来描述，也称为mtbf(平均故障间隔时间)。sil-1在10-100a范围内，sil-2在100-1000a范围内，sil-3在1000-10000a范围内，sil-4在10000-100000a范围内。

34、如果扩展的功能范围只包括与安全无关的功能，则这样做的优点是，伴随目视驾驶运行的、在轨道上的硬件基础设施本身不必满足提高安全性的要求。它利用了这样一个事实，即在目视驾驶运行中，列车司机负责与安全有关的功能，因此自动执行的功能本身不会危及轨道车辆的运行安全。

35、轨道车辆在共用运行区内的连续定位可以作为一个例子。这不用于铁路运行的安全相关的功能。换句话说，无论确定的位置如何，驾驶员都将根据自己的判断对目视驾驶中的车辆作出驾驶决定。然而，该定位可用于与安全无关的应用(所谓的舒适功能)，例如自适应时刻表。在这种情况下，如果通过定位确定的位置与实际位置不一致，这不会影响轨道车辆本身的安全，而只会导致可能不够优化的时刻表。然而，由此造成的延误不会对轨道车辆的使用者构成安全风险。

36、有利的是，扩展的功能范围实现了以下功能中的至少一个：确定轨道车辆的到达信息，具有优化时刻表的时刻表管理。

37、这些功能也可以称为舒适功能。舒适功能的特点是，从安全考虑的角度来看，它们不是轨道车辆运行所必需的。然而，舒适功能的实现可以提高轨道车辆在相关网络中运行的可用性。改进可以是在运行效率方面的，例如在交通网络中增加连续列车的间隔。或者可以改善乘客的使用，例如通过预测轨道车辆到达车站的实际时间。总体而言，所提供的舒适功能使乘客更容易接受，从而有利于更广泛的使用。

38、根据本发明的一种设计规定，使用v2x标准的路段元件被修改，使得其使用处理单元，处理单元将根据v2x标准接收的消息转换为用于调控元件的控制指令，或从接收的消息生成控制指令，并在这两种情况下将控制指令发送到用于所述调控元件的控制器，其中控制器用控制指令驱动所述调控元件。

39、因此，在处理单元内计算，可以从接收到的信息中推导出什么动作。例如：“列车已经靠近了一段距离，往a方向行驶并且属于b线路，另外，符合所有的边界条件。”由此可以推断出：“我给道岔控制器下达控制指令”。此信息现在被发送到路段元件的控制器。使用与先前的常规系统(例如所谓的imu91)所使用的相同的输入，这有利地支持从常规系统到本发明系统的连续迁移。这是因为在不改变有源元件的情况下替换传输链路。另一个优点是可以连接其他制造商的控制器。在将系统转换为v2x时，可以替换路段侧的单个imu环路，并安装单个处理单元。由于通信可以1：1去中心地进行，因此迁移能力特别容易。

40、根据本发明的一种设计规定，转换后的控制指令(控制请求)具有与针对所述调控元件开发的特定路段元件的语法相对应的语法。

41、特定的路段元件指的是那些需要被处理单元修改或更新(或已经被修改或更新)的元件。如果在根据v2x标准转换消息之后，可以以先前使用特定的路段元件的语法转发消息，则有利地可行的是，控制器和控制单元接收与在更新(通过根据v2x标准的处理单元交换特定路段元件)之前相同的消息。这有利地意味着控制器和调控元件不需要软件更新。这也大大简化了可能与系统更改相关联的控制器或执行器的新批准。

42、根据本发明的一种设计规定，在共用运行区中，既使用修改的路段元件，也使用特定的路段元件。

43、如前所述，以允许修改后的路段元件和特定路段元件同时使用的方式设置的共用运行区允许共用运行区的连续更新(modernisierung或称为现代化)。这意味着特定的路段元件，例如路面上的接触回路，可以逐渐被修改的路段元件所取代，例如根据v2x标准的无线电模块(在本发明的范围内，也集成到所谓的v2x单元或轨道车辆中)。在这种情况下，轨道车辆在有关交通网络中的运行几乎不会受到干扰，因此不需要长时间的路段锁闭。此外，系统的改变可以逐步进行，从而以需求为导向并具有成本效益。

44、根据本发明的一种设计规定，固定安装在轨道体中的特定的路段元件被替换。

45、轨道体理解为整体设施，铁路运输工具可以在其上行驶，即铁轨及其固定装置，例如具有在碎石路基上使用的枕木，或在有轨电车情况中使用作为路基的道路。

46、根据本发明的一种设计规定，嵌入轨道周围的路面中的特定的路段元件被替换。

47、在更换固定安装在轨道体中的特定的路段元件的情况下，将系统转换为本发明的修改的路段元件的优点变得特别明显。特定的路段元件可以保留在安装位置，因此不需要施工。同时，修改后的路段元件可以安装在交通网络中，而不需要进行重大的土木工程。这些不需要在轨道体中安装位置，但可以安装在轨道附近。然后，通过v2x标准通过无线电进行有利的通信。

48、根据本发明的一个设计因此规定，使用安装在轨道体外部的修改的路段元件(例如以v2x单元的形式)，与安装相关的建筑工程如所解释的那样可以减少到最低限度。

49、所述问题也可选地通过前述方法按照本发明地解决：为了更新，安装在运行区的路段上的特定于所述调控元件的路段元件被修改的路段元件依次替换，所述修改的路段元件被配置为处理单元，所述处理单元将根据通信标准接收的消息转换为调控元件的控制指令，或从接收的消息生成控制指令，并在这两种情况下将控制指令发送到所述调控元件的控制器，所述控制器使用所述控制指令控制所述调控元件，所述控制指令具有与安装在轨道车辆的路段上的特定路段元件所述控制指令的语法相对应的语法，其中，在共用运行区中，既使用实施为处理单元的路段元件，也使用特定的路段元件。

50、根据本发明的一种设计规定，使用v2x标准作为通信标准。

51、根据本发明的一种设计规定，运行区位于与轨道车辆以外的道路使用者共用的交通网络中。

52、所述的进一步方法提供了与上述方法有关的已经解释的优点。根据本发明的方法的阐述的同样适用于根据本发明的进一步方法(用于更新)。可选地，所述问题还通过前述的交通网络按照本发明地如此解决，即交通网络具有路段元件，所述路段元件设置成执行按照本发明的方法。

53、可选地，所述问题还通过前述的轨道车辆按照本发明地如此解决，即轨道车辆被设置成在按照本发明的方法中与路段元件通信。

54、可选地，所述问题还通过前述的处理单元按照本发明地如此解决，即处理单元被设置成在按照本发明的方法中与路段元件通信。

55、根据本发明的一种设计规定，所述路段元件是已修改的路段元件。

56、上述装置提供了与上述方法有关的已经解释的优点。与本发明的方法有关的阐述也相应地适用于本发明的设备。

57、此外，要求保护包括程序模块的计算机程序，该程序模块具有用于执行本发明的上述方法和/或其实施例的程序指令，并且借助于该计算机程序，本发明的方法和/或其实施例是可实施的。

58、此外，还要求保护一种用于存储和/或提供计算机程序的提供装置。所述提供装置是例如存储和/或提供所述计算机程序的存储单元。备选和/或补充地，提供装置例如是网络服务器、计算机系统、服务器系统，特别是分布式的，例如基于云的计算机系统和/或虚拟计算机系统，其优选地以数据流的形式存储和/或提供计算机程序。

59、提供的形式是计算机程序的程序数据集，其作为数据、尤其作为下载数据、或作为数据流，特别是作为下载数据流。但是，这种提供也可以作为由几个部分组成的部分下载进行。这样的计算机程序例如利用提供装置被读入系统，因此根据本发明的方法在计算机上执行。

60、本发明的进一步细节在附图的基础上描述如下。相同或相应的附图元素具有相同的附图标记，并且仅在单个图形之间存在差异的情况下多次解释。

技术实现思路