SiPoS-RailDifferentielles GNSS-Verfahren mit ortsfestenElementen

GMA Fachausschuss 7.61, Braunschweig, 14.06.2013

René Rütters, Michael Breuer, Daniel LüdickeRWTH Aachen

Agenda

Einführung

SiPoS-Rail Konzept

Umsetzung

1

2

3

Zusammenfassung und Ausblick4

2 SiPoS-RailR. Rütters | Institut für Regelungstechnik | GMA FA 7.61 | 14.06 2013

Einsatz von GNSS im Bahnbereich

Nichtsicherheitskritische Anwendungen Monitoring von Güterwagen mit mehreren Sensoren Diagnose und Tracking von Lokomotiven

Wissenschaftliche Projekte im Bereichsicherheitskritische Anwendung

Onboard Verarbeitung

GNSSVerarbeitung

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Brauchen wir SiPoS-Rail?

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Fehlerquellen Satellitenuhr Stabilität ± 3 m Schwankungen der

Satellitenumlaufbahnen ± 1 m Andere (Wärmestrahlung, …) ± 0,5 m

Bahndatenvorhersage ± 4,2 m Andere

(Triebwerksleistung,…) ± 0,9 m

Ionosphäre (80 km -100 km)

Troposphäre (bis 10 km)

Ionosphäre ± 2,3 m Troposphäre ± 2,0 m Empfängerrauschen ± 1,5 m Multipfad ± 1,2 m Andere ± 0,5 m

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Differential GNSS

Fehlereinflüsse

GNSS Antenne

DatenlinkAntenne

User

Referenzstation

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Ausstattung einer aktuellen Lokomotive

Balisen-Empfänger

ETCS unit

GNSSEmpfänger

Balise

Idee:Datenaustausch zwischen GNSS-Empfänger und ETCS unit

ETCS onboard-unit

Wegmessung im sicherheits-kritischen Bereich der Zugsicherung mit• Radimpulsgeber• Geschwindigkeitsradar und• Balisen-Empfänger

GNSS-Empfänger

Anwendung im nicht sicherheitskritischem Bereich, wie Logistik und Güterverfolgung

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Agenda

Einführung

SiPoS-Rail Konzept

Umsetzung

1

2

3

Zusammenfassung und Ausblick4

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Ziele SiPoS-Rail

Automome Positionsbestimmung des Zuges Hohe Verfügbarkeit, Genauigkeit und Integrität Verwendung in sicherheitskritischen Anwendungen Minimierung der streckenseitigen Ausrüstung

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Idee

Probleme mit GNSS in sicherheitskritischen Anwendungen• GNSS-Positionsgenauigkeit ist nicht gleisselektiv• Integritätsinformationen (wie z. B. von EGNOS) eingeschränkt gültig am

Boden (Störungen wie Multipath)

Lösungsansatz SiPoS-Rail• Korrektur der GNSS-Position mit sicherer Wegmarke• Integritätsinformationen durch sichere Wegmarke

Onboard Einheit

GNSSVerarbeitung

Elektronische Wegmarke

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Balise # Pos.

x y z 12356

Onboard Computer

Fehlermodell

Funktionsprinzip

Wegmarke

GNSS-Satellit

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Agenda

Einführung

SiPoS-Rail Konzept

Umsetzung

1

2

3

Zusammenfassung und Ausblick4

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Ausstattung IFS-Versuchsfahrzeug

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2-Frequenz GNSS Receiver

IMU

Correvit Geschwindigkeitssensor

Digitale Karte

Laser-Sensor

RFID-Antennen

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Navigationsfilter

Eingang: Sensoren mit unterschiedlicher Datenrate Ausgang: Position, Geschwindigkeit, Orientierung Bewegungsmodell nichtlinear Verfolgung verschiedener Positionslösungen (Weiche) Berücksichtigung GNSS-Fehlermodell

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Versuchsfahrt in Aachen

Source: www.tim-online.de

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0 40 80 120 160 200 2200

40

80

120

140

x [m]

y [m

]

Test Scenario Description

(1)

(2)

(3)

0 20 40 60 80 100 120 140 160-1

0

1

2

3

4

time [s]

spee

d[m

/s]

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Ergebnis

Source: Google Maps

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Mehrere Positionslösungen an Weichen

0 40 80 120 160 200 2200

40

80

120

140

x [m]

y [m

]

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„Versuchsaufbau“ Testfahrt Dezember 2012

Durchführung im Siemens PCW Teststrecke T1 mit 6 km Länge 4 Stunden Testdauer Geschwindigkeiten bis zu 80

km/h Inbetriebnahme des

Sensorsystems Aufnahme von Messdaten zur

Entwicklung des Navigationsalgorithmus

Erprobung der Meilensteine

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(Quelle: http://www.tim-online.nrw.de/)

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Meilensteine

SiPoS-Rail Meilenstein Ersetzen Balisen im Rahmen

des Projektes 10 Meilensteine montiert an

Schwellen während Testfahrt Erkennung durch RFID-Reader

und Laser-Distanzsensor

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Was messen wir bei den Meilensteinen?

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Einführung

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Umsetzung

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2

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Zusammenfassung und Ausblick4

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Zusammenfassung und Ausblick

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GNSS-Fehlermodell

Filter Redesign

Weitere Testfahrten in Wildenrath

Filter-Implementierung fürEchtzeithardware

MeilensteinbasiertesKonzept SiPoS-Rail

Erste Version des Navigationsfilter

Ergebnisse der ersten Messfahrterfolgversprechend

Zusammenfassung Ausblick

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Institut fürRegelungstechnik

Danke für die Aufmerksamkeit!

René RüttersRWTH Aachen UniversityInstitute of Automatic ControlSteinbachstraße 5452074 AachenPhone: +49 (0) 241 80-27483E-Mail: r.ruetters@irt.rwth-aachen.de

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