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
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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
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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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Agenda
Einführung
SiPoS-Rail Konzept
Umsetzung
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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: [email protected]
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