Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Disposition oder Steuerung der Bewegun gen einer Mehrzahl von Fahrzeugen über ein Netzwerk von Verkehrswegen, des sen Knoten und Kanten durch Verkehrsweg-Elemente gebildet sind.

Die Sicherheit von spurgebundenen Verkehrssystemen beruht nach gegenwärti gem Stand der Technik auf einem streng regulierten zentralen System, in dem sämtliche Elemente des Fahrweges, wie beispielsweise Weichen, Gleisabschnitte und Signale, durch eine zentrale Instanz in Form eines Stellwerkes gesteuert und einzelnen Zugfahrten zugewiesen werden. So wird beispielsweise die Freigabe bzw. Erlaubnis zur Durchführung einer Zugfahrt erst dann vom Stellwerk an das jeweilige Fahrzeug übertragen, wenn durch das Stellwerk in einem ersten Schritt die Verfügbarkeit aller für die Zugfahrt erforderlichen Feldelemente festgestellt und diese Feldelemente sodann in einem zweiten Schritt für die Zugfahrt verbindlich belegt und gesichert worden sind. Bisherige Automatisierungsansätze orientieren sich zum einen daran, die Anzahl der Stellwerke und die Anzahl der zu deren Be dienung benötigten Mitarbeiter durch Vergrößerung von deren jeweiligen räumli chen Stellbezirken zu verringern. Zum anderen wird die Signalisierung mittels orts fester Signale zunehmend durch eine Signalisierung auf dem Führerstand der Fahrzeuge ersetzt, womit weitere Einsparungen durch Wegfall ortsfester Infra strukturen (in Form von Signalen und deren Kabelanbindungen) ermöglicht wer den. Allerdings ist ein solches System äußerst empfindlich gegen Störungen, die entweder von außen in das System hineingetragen werden oder durch interne Fehler im System selbst auftreten können. So kann bereits eine relativ kleine Ur sache, wie z.B. eine durch einen von einem Zug herabgefallenen Eisklumpen blo ckierte Weichenzunge, dazu führen, dass sämtliche während der Dauer des Stö rungszustands über diese Weiche abzuwickelnden Zugfahrten zunächst blockiert sind und durch manuelles Eingreifen von Personal in der zentralen Instanz des örtlich zuständigen Stellwerks neu disponiert werden müssen. Obwohl es zahlrei che Ansätze gibt, das Umdisponieren durch Einsatz softwaregestützter Algorith men zur automatisierten Konflikterkennung und Vermeidung von Fahrwegkonflik ten zu automatisieren und zu beschleunigen, sind hierdurch bedingte Verzögerun- gen im Betriebsablauf nicht vollständig zu beseitigen. Noch größere Auswirkungen haben eine Unterbrechung der Kommunikationsverbindungen zwischen dem Stellwerk und einem Feldelement oder sogar der vollständige Ausfall eines Stell werks an sich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Disposition oder Steuerung der Bewegungen einer Mehrzahl von Fahrzeugen über ein Netz werk von Verkehrswegen, dessen Knoten und Kanten durch Verkehrsweg- Elemente gebildet sind, bereitzustellen, welches eine Vereinfachung der innerhalb des Netzwerkes vorzuhaltenden technischen Infrastruktur ermöglicht sowie deren Verfügbarkeit und damit auch die Resistenz des Netzwerkes gegen technische Störungen verbessert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1 dadurch gelöst, dass jedes Fahrzeug als eine in einem Distribu- ted Ledger-System repräsentierte Entität Transaktions-Vereinbarungen mit den ebenfalls als Entitäten in diesem Distributed Ledger-System repräsentierten Ver kehrsweg-Elementen abschließt, wobei jede Transaktions-Vereinbarung eines Fahrzeugs mit einem Verkehrsweg-Element mindestens eine Zeitangabe umfasst, die den Zeitraum der Belegung des Verkehrsweg-Elementes durch das Fahrzeug festlegt. Auf diese Weise ist der aktuelle Zustand aller Verkehrswegelemente je derzeit allen Teilnehmern im Distributed Ledger-System transparent und bekannt, ohne dass eine nachträgliche Manipulation oder Veränderung dieses Zustandes durch die Teilnehmer möglich ist. Distributed Ledger-System sind für sich genom men aus dem Stand der Technik bekannt. Die Kernidee der Erfindung besteht darin, dass gemäß der erfinderischen Verfahrens jedes Fahrzeug im direkten Kon takt mit den einzelnen Verkehrswegelementen entlang der vom jeweiligen Fahr zeug im Netzwerk von Verkehrswegen prognostizierten und vorgeplanten Bewe gungsroute Bewegungsberechtigungen für prognostizierte Zeitpunkte aushandelt. Das wesentliche Kriterium für das Zustandekommen einer solchen Transaktions- Vereinbarung ist die von konkurrierenden Vereinbarungen durch andere Fahrzeu ge oder Blockierung durch Störungen freie Verfügbarkeit des jeweiligen Verkehrs weg-Elements. Durch den auf diese Weise ermöglichten Wegfall einer zentralen Instanz als Intermediär zwischen Fahrzeug und Verkehrsweg-Element wird die Verfügbarkeit des Dispositions- bzw. Steuerungsverfahrens deutlich erhöht. Hie raus resultiert eine wesentliche Erleichterung für die dynamische Disposition und Zuteilung von Verkehrsweg-Elementen zu Fahrzeugen, die deren Nutzung zur Realisierung einer vorgesehenen Bewegungsroute benötigen.

Dabei können nicht nur schienengebundene Verkehrssystem der Gegenstand eines solchen erfindungsgemäßen Dispositions- bzw. Steuerungsverfahrens sein, sondern auch andere Verkehrssysteme, wie z.B. benutzungsregulierte Straßen. Daneben können auch benutzungsregulierte Stellplätze für Fahrzeuge, wie z.B. Parkplätze, aber auch Halteplätze für Fahrzeuge an Gates, Haltestellen des öf fentlichen Personenverkehrs sowie Be- oder Entladestellen im Warenverkehr Ge genstand eines solchen erfindungsgemäßen Dispositions- und Steuerungsverfah rens sein. So lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Dispositions- bzw. Steue rungsverfahrens nicht nur die Bewegung von Luftfahrzeugen auf dem Vorfeld zwi schen Start- bzw. Landebahn und Abfertigungsgate sondern auch die Bewegung von Flurförderfahrzeugen zwischen den verschiedenen Stationen eines Hochre gallagers disponieren und steuern. Darüber hinaus können auch Bewegungen von Luftfahrzeugen auf vorgegebenen Flugtrassen Gegenstand eines solchen erfin dungsgemäßen Dispositions- und Steuerungsverfahrens sein, sofern die Flugtras se in räumliche Elemente segmentierbar ist. Hierzu bucht das Luftfahrzeug im Voraus (d.h. vor Nutzungsbeginn) seine geplante Flugbewegung auf der Flugtras se, bestehend aus einer Mehrzahl von als Entitäten in einem Distributed Ledger System repräsentierten räumlichen Elementen zu definierten Zeitpunkten. Auf diese Weise ist auch unbemannten Luftfahrzeugen, wie z.B. Drohnen, die verbind liche und kollisionsfreie Belegung bzw. Buchung von Flugtrassen möglich. Das erfindungsgemäße Dispositions- und Steuerungsverfahren kann zu einer Verein heitlichung der Verkehrssteuerung im länderübergreifenden Luftraum beitragen. Unter„Fahrzeugen“ sind im Sinne der Erfindung als jegliche Arten von Verkehrs oder Transportmitteln zu sehen, unabhängig davon, ob diese sich zu Lande, im Wasser oder in der Luft fortbewegen.

Gemäß einer besonders sinnvollen Weiterentwicklung des erfinderischen Grund konzeptes ist vorgesehen, dass jede Transaktions-Vereinbarung eines Fahrzeugs mit einem Verkehrsweg-Element ein weiteres Transaktionskriterium umfasst, das ein für die Belegung des Verkehrsweg-Elementes durch das Fahrzeug zu entrich- tendes Entgelt bezeichnet. Auf diese Weise können Fahr- oder Nutzungsberechti gungen für Verkehrsweg-Elemente in Abhängigkeit anderer Transaktionsbedin gungen bepreist werden. Hierfür denkbare Anwendungsbeispiele könnten bei spielsweise darin, dass für die Nutzung desselben Verkehrsweg-Elementes unter schiedliche Entgelte vereinbar sind, z.B. in Abhängigkeit von qualitativen Kriterien bei der verkehrswegseitigen Leistungsbereitstellung. So könnte beispielsweise ein geringeres Entgelt vereinbart werden, wenn ein Verkehrsweg-Element nur mit einer vom Soll-Zustand abweichenden langsameren Geschwindigkeit befahrbar ist oder zu einem definierten Zeitpunkt die Nachfrage zur Belegung eines Verkehrs weg-Elements nur sehr schwach ist. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass konkurrierende Anfragen verschiedener Fahrzeuge anhand eines monetären Transaktionskriteriums entschieden werden können. So könnte bei spielsweise in einem benutzungsregulierten Straßensystem die Benutzung einer beschleunigten Fahrspur, die frei von Schwerlastverkehren und langsamen Ver kehrsteilnehmern ist, höher bepreist sein als die Benutzung einer langsameren Fahrspur. Konkurrierende Nutzungsanfragen verschiedener Fahrzeuge für das selbe Verkehrsweg-Element kann durch Abschluss einer Transaktionsvereinba rung zwischen zwei oder mehreren als Entitäten repräsentierten Fahrzeugen über deren zeitliche Nutzungs-Reihenfolge geregelt werden.

Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht dabei vor, dass das Distributed Ledger-System als eine Blockchain ausgeführt ist.

Die Erfindung sieht ferner vor, dass das Verfahren mindestens eine Transaktions- Vereinbarung eines ersten Fahrzeugs mit einem zweiten Fahrzeug über den Tausch oder die Freigabe eines vom ersten Fahrzeug während eines festgelegten Zeitraums belegten Verkehrsweg-Elements umfasst. Dies bedeutet also, dass Fahrzeuge, sobald sie eine Belegung eines Verkehrsweg-Elements mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt haben, als jeweils im selben Distri buted Ledger-System repräsentierte Entitäten Transaktions-Vereinbarungen un tereinander, d.h. mit jeweils anderen im Distributed Ledger-System als Entitäten repräsentierten Fahrzeugen, abschließen. Auf diese Weise ist basierend auf dem erfindungsgemäßen Disposititons- und Steuerungsverfahren auch ein nachgela gerter Tausch oder Handel von zur Nutzung freigegebenen Verkehrsweg- Elementen direkt zwischen den Fahrzeugen und ohne Zwischenschaltung eines Intermediärs möglich.

Es ist deshalb sehr sinnvoll, wenn die Transaktions-Vereinbarung eines ersten Fahrzeugs mit einem zweiten Fahrzeug über den Tausch oder die Freigabe eines vom ersten Fahrzeug während eines festgelegten Zeitraums belegten Verkehrs weg-Elements ein weiteres Transaktionskriterium beinhaltet, welches ein für den Tausch oder die Freigabe des Verkehrsweg-Elements durch das zweite Fahrzeug zu entrichtendes Entgelt bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Verkehrsweg-Elemente eines Schienen-Verkehrswegs (d.h. die für die Fahr bewegungen der Fahrzeuge notwendigen Infrastruktur-Elemente wie z.B. Gleise, Weichen und Signale) sowie deren aktueller Zustand sind in einer Blockchain re präsentiert. Hinsichtlich des Zustands wird in erster Linie erfasst, ob das Ver kehrsweg-Element durch eine Transaktions-Vereinbarung für einen bestimmte Zeitspanne in der Gegenwart oder Zukunft durch ein anderes Fahrzeug belegt ist. Störungszustände können mittels einer zeitlich unbefristeten Belegung durch eine eigenständige Entität im erfindungsgemäßen Verfahren verfügbar gemacht wer den. Dabei enthält die Blockchain nicht nur die aktuellen Ist-Zustände, sondern auch die aus früheren Transaktionen resultierenden Belegungs-Zustände der Ver gangenheit, sowie Transaktionen mit Wirkungen für zukünftige Belegungs- Zustände.

Die Schienenfahrzeuge sind in der Blockchain durch ein Schlüsselpaar, welches einen privaten und einen öffentlichen Schlüssel umfasst, repräsentiert. Transakti onsanforderungen der Schienenfahrzeuge werden mit diesen Schlüsseln signiert. Der private Schlüssel ermöglicht die eindeutige Zuordnung jeder Transaktionsan forderung zu einem Schienenfahrzeug.

Zur Reduzierung des Rechenaufwandes beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Zugang zur Blockchain gemäß der an sich bekannten„proof of authority“-Methode beschränkt. Für die Reservierung einer für eine Zugfahrt notwendigen Trasse, welche die Be legung mindestens eines Verkehrsweg-Elements umfasst, sendet das Schienen fahrzeug eine mehrere Transaktionsparameter (wie z.B. den Abfahrtsort, den frü hestmöglichen Abfahrts-Zeitpunkt, den Zielort und den Spätestmöglichen An- kunfts-Zeitpunkt) umfassende Transaktions-Anfrage an ein— Distributed Ledger- System, welches die gespeicherten Transaktionen nach möglichen Bewegungs routen durchsucht und alle möglichen Varianten an das Schienenfahrzeug zurück übermittelt. Die an das Schienenfahrzeug zurück übermittelten Transaktionspara meter können den Preis der Benutzung der verschiedenen Verkehrsweg-Elemente als ein zusätzliches Transaktionskriterium beinhalten.

Mittels eines im Steuerrechner des Schienenfahrzeuges implementierten Algo rithmus wird eine Auswahl aus der Mehrzahl von Routenalternativen getroffen und die Fahrbewegung gestartet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber selbst verständlich auch eine zusätzliche manuelle Bestätigung durch menschliches Be- dienpersonal als eine Voraussetzung für den Start der Fahrzeugbewegung vorse hen. Während die Konfliktfreiheit der Belegung der Verkehrsweg- Elemente durch die Widerspruchsfreiheit der Transaktions-Vereinbarungen im Distributed Ledger- System gewährleistet ist, kann eine zusätzliche Sicherung jeder über die Ver kehrsweg-Elemente des Schienenverkehrsweges erfolgenden Fahrbewegung (z.B. gegen zu dicht auffahrende oder kreuzende Zugfahrten) mittels der her kömmlichen Sicherungssysteme des Schienenverkehrswegs (z.B. ortsfeste Signa le) erfolgen.