Dissertation Plan

 

GIS-gestützte Verfolgung von Lokomotiven im Werkbahnverkehr

 

Verfasser:  Oliver PLAN

Dissertation, Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Neubiberg.

Schriftenreihe des Studiengangs Geodäsie und Geoinformation der Universität der Bundeswehr München, Heft 78, Neubiberg, 2004, 115 S.
ISSN: 0173-1009
 

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Promotionsausschuss:

Vorsitzender und
1. Berichterstatter:

2. Berichterstatter:


3. Berichterstatter:
 

Tag der Einreichung:
Tag der mündlichen Prüfung:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt
Universität der Bundeswehr München

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Caspary
Universität der Bundeswehr München

Apl.-Prof. Dr.-Ing. Hansbert Heister
Universität der Bundeswehr München

14.05.2003
04.09.2003

 

 

Zusammenfassung
 

Die Kenntnis der Position von Lokomotiven und Waggons ist für die Logistik von zentraler Bedeutung. Eine reine GPS/DGPS Lösung ist aufgrund der schwierigen Empfangsverhältnisse für eine gleisgenaue Positionsbestimmung bei Werkbahnen nicht ausreichend. Durch die Integration zusätzlicher Sensoren sowie eines digitalen Gleisnetzes und unter Zuhilfenahme von Methoden der Geoinformatik ist es gelungen, ein System (Hard- und Software) zu entwickeln, das die Position von Lokomotiven gleisgenau und zuverlässig ermittelt. Die Praxistauglichkeit des Gesamtsystems wurde in zahlreichen Testfahrten nachgewiesen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:

 

Kombination von Geoinformatik und Sensorik

Der vorgestellte Ansatz der GIS-basierten Ortung führt aktuelle Entwicklungen aus den Bereichen Geoinformatik, Navigation, Ingenieurgeodäsie und Kommunikationstechnologie in einem System zusammen. Durch die schwierigen Empfangsverhältnisse des GPS-Signals bei Industriebahnen wird der Schwerpunkt der Ortung auf das geometrisch/topologische Modell der Gleise gelegt. Dies bedeutet, dass alle Messungen direkt auf die Position der Lokomotive auf dem digitalen Gleisnetz bezogen werden. Dadurch lässt sich der langzeitige Fehlereinuss der Sensorik vermindern und es eröffnen sich neue Korrektionsmöglichkeiten der Sensorik mit Hilfe des hochgenauen Verkehrsnetzes. Ein wichtiger Teil ist hierbei das vorgestellte Verfahren zur Korrektion des Wegfehlers durch die Erkennung von Weichenüberfahrten.

 

Datenqualität

Voraussetzung zur GIS-basierten Ortung ist ein qualitativ hochwertiger Datenbestand der Gleisdaten. Die Erfahrung beim Aufbau konsistenter Datenbestände aus CAD-Daten zeigen deutlich die Notwendigkeit eines durchgängigen Qualitätsmanagements. Dies bedeutet, dass während Erfassung und Fortführung stets die Qualitätskriterien Konsistenz, Genauigkeit, Richtigkeit, Vollständigkeit im Hinblick auf die spätere Topologiebildung berücksichtigt werden müssen. Es wurden Verfahren erläutert, die den Aufbau topologischer Strukturen aus Geometriedaten ermöglichen.

 

Gezielter Einsatz von GPS

Auch bei der GIS-unterstützen Ortung wird auf GPS nicht gänzlich verzichtet sondern gezielt während der Initialisierungsphase und zur Kontrolle der Position verwendet. Dabei wird eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der GPS-Lösung angestrebt. Eine Sichtweise, die im Low-Cost Bereich bislang selten eingenommen wird.

Die Integration des GPS-Empfängers in das Gesamtsystem erfolgt über die standardisierte NMEASchnittstelle. Dies bedeutet, die Berechnung der GPS-Lösung erfolgt komplett im Empfänger. Eine höhere Integrationsstufe, also die Positionsberechnung im Positionsrechner aus den proprietären Rohdaten des GPS-Empfängers, wurde absichtlich nicht verfolgt sondern das Ortungsproblem hauptsächlich mit Mitteln der Geoinformatik gelöst.

 

Praktische Ergebnisse

Die Umsetzung des Konzepts der GIS-basierten Ortung wurde anhand zweier Prototypen realisiert. Daneben wurden auch die Kommunikation zwischen mehreren Lokomotiven und einer Leitstelle sowie ein Auskunftssystem entwickelt. Dabei wurde eine Client/Server-Architektur für die Beauskunftung der Positionsdaten der Lokomotive sowie eine Anbindung an ein Dispositionssystem bewerkstelligt.

In einer umfangreichen Testkampagne konnte die Praxistauglichkeit des Systems unter Beweis gestellt werden. Dabei wurde die Anforderung der gleisgenauen Ortung in Bereichen ohne GPS über mehrere Tage erfüllt. Mehrere Weiterentwicklungen während der Testphasen sind heute zur Erkennung und Beseitigung von Datenfehlern in den Geodaten sowie zur Korrektion verschiedener Sensorfehler im Einsatz.

 

Weiterentwicklung in der Zukunft

Neue Entwicklungen im Bereich der Mikrotechnik führen zu einem raschen Technologiefortschritt, nicht nur in der Computertechnik, sondern auch in der Sensortechnik. So sind möglicherweise in der Zukunft berührungslose Wegmesser, GPS-Empfänger, MEMS- und faseroptische Kreisel zu günstigeren Preisen und mit steigenden Genauigkeitseigenschaften zu erwarten. Es wurde gezeigt, dass der Einsatz von MEMS-Kreiseln in der Zukunft im Bereich des Möglichen liegt. Mit diesen Entwicklungen könnten Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Gesamtsystems in der Zukunft weiter gesteigert werden.

In der Geoinformatik ist derzeit ein eindeutiger Trend zum Aufbau positionsbezogener Dienste (location based services) zu erkennen. In dieser Hinsicht stellt das vorgestellte System bereits einen Schritt in diese Richtung dar. Es verbindet einerseits die Positionsermittlung mit der Telematik und stellt andererseits eine Infrastruktur zur Verfügung, über die die Positionsinformationen verschiedenen Anwendungen (Auskunfts-, Dispositionssystem) zur Verfügung gestellt werden können. Vielleicht kann hiermit das visionäre Ziel erreicht werden, die Position als essentielle Eigenschaft eines Objekts leichter begreifbar und zugänglich zu machen.

 

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