(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 1774 (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (1) Int. Cl. B61L2/02 (06.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 09/09 EP 1774 B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób i urządzenie do niezawodnego wyznaczania położenia obiektu (30) Pierwszeństwo: US040077P EP (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 06/46 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 07/09 (73) Uprawniony z patentu: ALSTOM BELGIUM S.A., Charleroi, BE PL/EP 1774 T3 (72) Twórca (y) wynalazku: ROUSSEAU Michel, Verviers, BE (74) Pełnomocnik: WTS Rzecznicy Patentowi rzecz. pat. Witek Rafał Wrocław ul. R. Weigla 12 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 Opis Dziedzina wynalazku [0001] Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób niezawodnego wyznaczania położenia obiektu poruszającego się według kursu, który jest znany poprzez urządzenie lokalizujące. [0002] Stosowany tu termin "kurs" oznacza podzbiór przestrzeni wytyczonej przez powierzchnię cylindryczną o arbitralnym i zmiennym przekroju poprzecznym, w której pojazd jest ściśle ograniczony do ruchu. W przypadku, gdy przekrój poprzeczny tej rury może być zaniedbany, uzyskuje się dwa równania łączące długość geograficzną, szerokość geograficzną i wysokość obiektu będącego w ruchu. [0003] Niniejszy wynalazek dotyczy bardziej dokładnie sposobu wyznaczania położenia pociągu poruszającego się po torze kolejowym, którego dokładna ścieżka jest znana. [0004] Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wyznaczania położenia i/lub pozycjonowania pojazdu w kategoriach bezpieczeństwa transportu kolejowego. Obejmuje on możliwość wyznaczenia w sposób niemal natychmiastowy i z określonym prawdopodobieństwem, położenia pojazdu poruszającego się według znanego kursu, lub bardziej dokładnie strefy, w których nie jest obecny wspomniany pojazd na odcinku. 2 Stan techniki [000] W sygnalizacji kolejowej, pociąg nie może wjechać na specyficzny odcinek toru kolejowego dopóki nie będzie pewne, że pociąg jadący przed nim już opuścił ten odcinek, tj.

3 3 wymieniony odcinek toru kolejowego jest wolny. Dlatego też, konieczne jest pewne wyznaczenie, z uprzednio określonym, skrajnie małym marginesem błędu (na przykład z maksymalnym poziomem błędu rzędu -9 i korzystnie rzędu -12 ) strefy, w której można wierzyć w brak obecności pociągu, postępując w ten sposób przy każdym powtórzeniu obliczeń. [0006] Znane jest wyznaczanie dokładnego położenia pojazdu, i w szczególności pociągu, przy zastosowaniu przytorowego urządzenia detekcyjnego (obwody torowe, liczniki wałów osiowych, itp.) dla celów detekcji pociągu. [0007] Znane jest także wykorzystanie montowanych w pociągach systemów oznaczania położenia pociągu dla celów niezawodnej kontroli pociągu. Takie systemy oznaczania położenia pociągu oparte są na montowanych w pociągach czujnikach (czujniki kół, radary, itp.), które dają względne położenie pociągu w odniesieniu do przytorowego położenia wyznaczonego przez zainstalowane przytorowe światła ostrzegawcze (lub równoważne urządzenia). Takie przytorowe punkty odniesienia są wymagane, co wynika z właściwości stosowanych czujników, w celu umożliwienia zerowania błędu nagromadzonego przez system lokalizacji pociągu w jednostkach czasu (radary) i/lub odległości (czujniki kół). [0008] Te rozwiązania mają poważny wpływ na koszt cyklu życiowego systemu kontrolowania/sterowania pociągu: 2 - Przytorowe systemy wykrywania mają znaczące koszty nabycia, instalacji i konserwacji, z powodu ilości instalowanego wyposażenia oraz jego połączenia przez kable do systemu blokującego.

4 4 - Istniejące rozwiązania montowane w pociągach, oparte na zastosowaniu czujników kół i/lub czujników radarów mają także znaczące koszty nabycia, instalacji i konserwacji, głównie z powodu ich umiejscowienia, ponieważ są one mocowane pod spodem lokomotywy. [0009] Położenie pojazdu może być wyznaczone przy zastosowaniu systemu komunikacji satelitarnej, za pomocą GNSS (ogólnoświatowy system nawigacji satelitarnej, ang. Global Navigation Satellite System), jak GPS, GLONASS, i przyszłościowy system Galileo. W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO 02/03094 ujawniono sposób pewnego oznaczania położenia obiektu, korzystnie pojazdu poruszającego się według znanego kursu. Ten sposób wykorzystuje trajektorię deterministyczną pociągu do uzyskania optymalnego kompromisu pomiędzy bezpieczeństwem, dostępnością i dokładnością. Niemniej jednak, system ten nie zapewnia większej dokładności, gdy jest ona wymagana, np. w pobliżu stacji lub skrzyżowań. [00] W europejskim opisie patentowym EP-B ujawniono zastosowanie poszczególnych czujników do oznaczenia położenia pociągu. Wyniki dotyczące położenia i przedziału błędu od poszczególnych czujników, obejmujące światła ostrzegawcze i GPS, są stosowane do wyznaczania położenia pociągu. Niemniej jednak, system ten wymaga obliczeń, obejmujących poszczególne 2 operacje, w tym całkowanie. Dlatego też, jest on uważany za zbyt złożony. Znane rozwiązania opisano także w europejskim opisie patentowym nr EP A2,z 2 grudnia 1998 oraz w

5 opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr US , z 6 kwietnia Cele wynalazku [0011] Dlatego też, celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu oraz urządzenia, które umożliwią niezawodne ustalenie położenia i/lub pozycjonowanie obiektu, tak więc, tym bardziej pojazdu takiego jak pociąg, poruszającego się według znanego kursu. [0012] Stosowany tu termin niezawodne ustalenie położenia dotyczy ustalania położenia lub bardziej dokładnie, nieobecności pociągu poza strefą, która jest przedefiniowywana przy każdych obliczeniach, z poziomem błędu mniejszym niż -9 i korzystnie możliwym do osiągnięcia poziomem wynoszącym -12 [0013] Innym celem wynalazku jest poprawienie dokładności lokalizowania pociągu, oraz poprawienie osiągów przepustowości szlaku, takiego jak linia kolejowa. [0014] Inne cele wynalazku obejmują poprawienie kosztów cyklu życiowego pociągów/systemu sterowania, redukcję ilości wyposażenia instalowanego pod spodem lokomotywy, redukcję ilości wyposażenia instalowanego wzdłuż torów kolejowych. Istota wynalazku [00] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu zdefiniowanego według zastrzeżenia 1. 2 [0016] Korzystnie, wspomniane bezwzględne położenie jest wyznaczane przez bezpieczny dla transportu kolejowego sposób pozycjonowania obejmujący cyfrowe odwzorowanie możliwych

6 6 trajektorii, i co najmniej jeden odbiornik komunikacji satelitarnej, np. odbiornik GNSS lub urządzenie równoważne. [0017] W korzystnej realizacji, wspomniane położenie względne jest obliczane z wykorzystaniem wykrywania obecności światła ostrzegawczego, oraz przez całkowanie prędkości obiektu, w odniesieniu do położenia wymienionego światła ostrzegawczego. [0018] Korzystnie, wspomniana prędkość jest obliczana z wykorzystaniem sygnału dopplerowskiego GNSS. [0019] W typowej realizacji, pierwszy przedział ufności dla położenia bezwzględnego jest rzędu 0 m. [00] Inny przedmiot niniejszego wynalazku jest także związany z urządzeniem lokalizującym, zdefiniowanym według zastrzeżenia 8. Zwięzły opis figur rysunku [0021] Na Fig. 1 zilustrowano pociągi wykorzystujące rozwiązanie według wynalazku. [0022] Na Fig. 2 przedstawiono wykres pokazujący główne zasady wynalazku. Szczegółowy opis wynalazku [0023] Niniejszy wynalazek zostanie opisany w odniesieniu do pociągu poruszającego się po torach, lecz należy rozumieć, że wynalazek może być uogólniony w zakresie objętym zastrzeżeniami patentowymi. [0024] Na Fig. 1 przedstawiono pociąg poruszający się na 2 torach. Tor kolejowy jest podzielony na odcinki, i gdy pociąg opuszcza odcinek, kolejny pociąg może uzyskać pozwolenie na wjechanie na ten odcinek. Dlatego też musi być wyznaczone położenie pociągu.

7 7 [002] To położenie jest wyznaczane, w kategoriach bezpieczeństwa transportu kolejowego, z błędem bezwzględnym długości, nazywanym przedziałem ufności. Oznacza to, że pociąg znajduje się w przedziale ufności z prawdopodobieństwem błędu mniejszym niż -9 i korzystnie mniejszym niż -12. Im mniejszy jest przedział ufności, tym szybciej odcinek może być wykorzystywany przez kolejny pociąg. Dlatego też ulega poprawie przepustowość linii/torów kolejowych. [0026] Pociąg jest wyposażony w system wyznaczania położenia bezwzględnego (APDS). System APDS zawiera elementy umożliwiające cyfrowe odwzorowanie możliwych trajektorii, i co najmniej jeden odbiornik GNSS lub urządzenie równoważne. System APDS umożliwia wyznaczenie położenia pociągu, z przedziałem ufności wynoszącym około 0 m. Można to osiągnąć z wykorzystaniem sposobu opisanego w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nr WO 02/ [0027] Pociąg jest także wyposażony w system wyznaczania względnego położenia (RPDS). System RPDS zawiera elementy służące do wykrywania obecności światła ostrzegawczego wzdłuż torów kolejowych. Gdy wykrywane jest światło ostrzegawcze, system RPDS wie, że położenie pociągu odpowiada położeniu światła ostrzegawczego, z przedziałem ufności wynoszącym na przykład około m. Położenie światła ostrzegawczego może być 2 wysyłane przez samo światło ostrzegawcze, lub przechowywane w bazie danych dostępnej z pociągu. System RPDS zawiera także elementy służące do pomiaru prędkości pociągu. Takimi elementami może być na przykład wyposażenie GNSS systemu

8 8 APDS, pozwalające na oznaczanie prędkości z wykorzystaniem sygnału dopplerowskiego GNSS. [0028] Położenie względne jest obliczane przez system RPDS metodą całkowania prędkości pociągu, w odniesieniu do położenia światła ostrzegawczego. Przedział ufności, który jest bardzo mały, gdy światło ostrzegawcze właśnie zostanie minięte, wzrasta z ruchem pociągu, na skutek nagromadzania błędów. [0029] System APDS i system RPDS stanowią część montowanego w pociągu systemu lokalizacji. Montowany w pociągach system lokalizacji wyznacza położenie pociągu sposobem według wynalazku. [0030] Zasada wynalazku jest pokazana na Fig. 2. Przedział ufności położenia pociągu poruszającego się na torze kolejowym został pokazany w odniesieniu do odległości przebytej przez pociąg. Pierwsza krzywa ( APDS ) przedstawia przedział ufności systemu APDS. Przedział ufności w tym przykładzie wynosi około 0 metrów. Druga krzywa ( RPDS ) przedstawia przedział ufności systemu RPDS. Gdy mijane są pierwsze światła ostrzegawcze, przedział ufności wynosi na przykład od 1 do m. Gdy pociąg porusza się dalej, przedział ufności wzrasta, na skutek gromadzenia błędów, do momentu minięcia kolejnego światła ostrzegawczego. [0031] Sposób według wynalazku polega na oznaczaniu położenia 2 pociągu według następującej zasady: za każdym razem, gdy światło ostrzegawcze jest mijane przez pociąg, montowany w pociągach system lokalizacji pracuje w trybie rozszerzonym na światło ostrzegawcze, z wykorzystaniem systemu RPDS:

9 9 położenie światła ostrzegawczego jest stosowane jako odniesienie i faktyczne położenie pociągu jest obliczane w odniesieniu do tego światła ostrzegawczego, metodą całkowania faktycznej prędkości pociągu. Gdy uzyskana tym sposobem dokładność, jest mniejsza niż dokładność dostarczona przez system APDS, lub innymi słowy, gdy przedział ufności dostarczony przez system RPDS jest większy niż przedział ufności, który można uzyskać przy zastosowaniu systemu APDS, montowany w pociągach system lokalizacji zatrzymuje zbieranie informacji w trybie rozszerzonym na światło ostrzegawcze i przełącza się na stosowanie systemu APDS. W ten sposób utrzymuje pracę w trybie APDS, do momentu minięcia kolejnego światła ostrzegawczego. [0032] Wynikiem tego, położenie pociągu jest wyznaczane z przedziałem ufności oznaczonym krzywą optimal na Fig. 2. [0033] Niniejszy wynalazek umożliwia wyznaczenie położenia pociągu z dużą dokładnością, rozmieszczając w odpowiednich, wymagających tego miejscach, światła ostrzegawcze, na przykład w pobliżu stacji lub skrzyżowań torów kolejowych, i z dobrą dokładnością i bez konieczności stosowania takich świateł ostrzegawczych, w przypadku, gdy taka duża dokładność nie jest wymagana.

10 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób niezawodnego wyznaczania położenia obiektu, w szczególności pojazdu, takiego jak pociąg, poruszającego się według znanego kursu, obejmujący następujące etapy, w odniesieniu do odległości jaką przebył obiekt będący w ruchu: - wyznaczanie położenia bezwzględnego wspomnianego obiektu z pierwszym przedziałem ufności, - wyznaczanie położenia względnego wspomnianego obiektu z drugim przedziałem ufności, znamienny tym, że zawiera następujące etapy, w których: - gdy obiekt porusza się według kursu, wybiera się najmniejszy przedział ufności spośród rzeczonego pierwszego i rzeczonego drugiego przedziału ufności, w odniesieniu do odległości przebytej przez obiekt będący w ruchu, - wyznacza się wspomniane położenie i/albo pozycjonuje się wspomniany obiekt za pomocą położenia względnego, gdy drugi przedział ufności jest najmniejszym przedziałem ufności, i - zmienia się na stosowanie położenia bezwzględnego do wyznaczania wspomnianego położenia i/albo pozycjonowania wymienionego obiektu, gdy drugi przedział ufności jest większy niż pierwszy przedział ufności.

11 11 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniane położenie bezwzględne wyznacza się przy zastosowaniu bezpiecznego dla transportu kolejowego sposobu pozycjonowania z wykorzystaniem cyfrowego odwzorowania możliwych trajektorii, i co najmniej jednego odbiornika komunikacji satelitarnej. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wspomnianym odbiornikiem komunikacji satelitarnej jest odbiornik GNSS. 4. Sposób według zastrz. 1, 2 albo 3, znamienny tym, że wspomniane położenie względne oblicza się z wykorzystaniem wykrywania obecności światła ostrzegawczego, oraz przez całkowanie prędkości wspomnianego obiektu, w odniesieniu do położenia wspomnianego światła ostrzegawczego.. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wspomnianą prędkość oblicza się z wykorzystaniem sygnału dopplerowskiego GNSS. 6. Sposób według któregokolwiek z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że wspomniane przedziały ufności, determinują położenie wymienionego obiektu z prawdopodobieństwem błędu rzędu -9, korzystnie Sposób według któregokolwiek z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że wspomniany pierwszy przedział ufności dla wspomnianego położenia bezwzględnego jest rzędu 0 m. 8. Urządzenie lokalizujące do niezawodnego wyznaczania położenia obiektu, w szczególności pojazdu, takiego jak pociąg, poruszającego się według znanego kursu, w odniesieniu

12 12 do odległości jaką przebył obiekt będący w ruchu, obejmujące system wyznaczania położenia bezwzględnego dostarczający pierwszy przedział ufności i zawierający elementy umożliwiające cyfrowe odwzorowanie możliwych trajektorii, i co najmniej jeden odbiornik komunikacji satelitarnej, oraz system wyznaczania położenia względnego dostarczający drugi przedział ufności i obejmujący elementy służące do wykrywania obecności świateł ostrzegawczych rozmieszczonych wzdłuż wspomnianego kursu, znamienny tym, że zawiera elementy, służące do wybierania, gdy obiekt porusza się według kursu, najmniejszego przedziału ufności spośród wspomnianego pierwszego i wymienionego drugiego przedziału ufności w odniesieniu do odległości przebytej przez obiekt będący w ruchu oraz tym, że ustalanie położenia i/albo pozycjonowanie wspomnianego obiektu jest prowadzone sposobem według któregokolwiek z zastrz. od 1 do Urządzenie lokalizujące według zastrz. 8, znamienne tym, że wspomnianym odbiornikiem komunikacji satelitarnej jest odbiornik GNSS.

13 13