CH693308A5

CH693308A5 - Rail track path monitoring method uses evaluation of reflected component of laser beam directed ahead of rail vehicle

Info

Publication number: CH693308A5
Application number: CH212698A
Authority: CH
Inventors: Urs Peier
Original assignee: Schunk Ag
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2003-05-30

Abstract

The monitoring method has a laser beam directed along the rail track path ahead of a rail vehicle (2), for scanning at least the track width, with evaluation of the reflected component of the laser beam, for detecting an obstacle across the track rails, initiating automatic control of the rail vehicle and/or an alarm signal. An Independent claim for a device for rail track path monitoring is also included.

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device for carrying it out.

Es ist bekannt, die von schienengebundenen Fahrzeugen zu befahrenden Strecken und Stationen mittels einer Video-Anlage zu überwachen. Bei solchen Anlagen wird das Uberwachungspersonal über Bildschirme alarmiert, wenn gefährliche Hindemisse auf dem Schienenweg auftauchen. Es be-einflusst jedoch die Anlage das Fahrzeug nicht direkt, z.B. durch Betätigen der Bremsen, weil die Beurteilung einer eventuell auftretenden Gefahr dem den Bildschirm beobachtenden Personal überlassen wird. Von sich aus verhindern solche Anlagen also keine Zusammenstösse, sondern sie übertragen, sofern sie nicht durch widrige Umstände wie Nebel oder strömenden Regen daran gehindert werden, nur die zur Beurteilung der Freiheit der Strecke nötige Information, ohne aktiv in das Fahrverhalten der Bahn einzugreifen, und können daher von sich aus Zusammenstösse nicht vermeiden. Es ist das Ziel der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und einen automatischen, aktiven Eingriff in den Betrieb des Fahrzeuges zu ermöglichen, wenn sich ein unerwartetes Hindernis auf der Strecke befindet. It is known to monitor the routes and stations to be traveled by rail-bound vehicles by means of a video system. In such systems, the surveillance personnel are alerted via screens if dangerous obstacles appear on the railroad. However, the system does not directly affect the vehicle, e.g. by applying the brakes, because the assessment of a possible danger is left to the personnel watching the screen. Such systems do not in themselves prevent collisions, but transmit them unless they are prevented by adverse conditions such as fog or pouring rain, only the information necessary to assess the freedom of the route, without actively interfering with the driving behavior of the train, and cannot therefore avoid collisions on their own initiative. The aim of the invention is to eliminate this disadvantage and to enable automatic, active intervention in the operation of the vehicle if there is an unexpected obstacle on the route.

Zu diesem Zweck ist die Erfindung wie im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 beschrieben, definiert. Dieses Verfahren ermöglicht es zudem, auf dem Schienenweg befindliche Hindemisse unabhängig von allen Witterungsverhältnissen - d.h. auch bei Nebel, dichtem Schneetreiben usw. - sicher zu erkennen, weil die Abtastung der zu befahrenden Strecke durch einen Laserstrahl von solchen Sichtbehinderungen im Wesentlichen unberührt bleibt. For this purpose, the invention is defined as described in the characterizing part of independent claim 1. This method also makes it possible to prevent obstacles on the railways regardless of all weather conditions - i.e. even in fog, dense snow, etc. - to be recognized reliably because the scanning of the route to be traveled by a laser beam remains essentially unaffected by such visual impairments.

Die entsprechende Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 bei einer Vorrichtung gelöst. The corresponding object is achieved with the characterizing features of claim 6 in a device.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und mithilfe der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt die einzige Figur eine schematische Aufsicht eines von einem Fahrzeug befahrenen Streckenabschnittes einer Standseilbahn. Dabei sei noch betont, dass im Folgenden der Ausdruck «vorne» den in Fahrtrichtung vorne befindlichen Teil einer Komposition bezeichnet, der sich bei hin- und herfahrenden Bahnen an irgendeinem Ende der Komposition befinden kann. The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment and with the aid of the drawing. The sole FIGURE shows a schematic plan view of a section of a funicular railway that a vehicle travels on. It should also be emphasized that in the following the expression “front” denotes the part of a composition located in the front in the direction of travel, which can be located at any end of the composition in the case of back and forth tracks.

In der Figur bezeichnet 1 einen Teil des Schienenwegs der Bahn, 2 einen darauf befindlichen, in der Zeichnung nach oben fahrenden Wagen der Standseilbahn, 3 das Kabel, von dem dieser Wagen gezogen wird, und 4 zwei der in üblicher Weise entlang der Strecke angeordnete Führungsrollen für das Kabel. Eine Reihe von auf dem durchfahrenden Gelände befindlichen Bäumen und Büschen sind mit 5 und 6 bezeichnet, während der Buchstabe B einen bestimmten, im Folgenden näher betrachteten Baum und H einen beispielsweise infolge eines vorangehenden Sturmes auf den Schienenweg gefallenen Baum bezeichnet. Die gestrichelten Linien 8 zeigen den Verlauf, den der Schienenweg annehmen würde, wenn es an der mit A bezeichneten Stelle geradeaus weitergeführt würde, anstatt wie in der Figur dargestellt, nach links abzubiegen. In the figure, 1 denotes a part of the railroad track of the railway, 2 a trolley of the funicular railway located thereon, which rises upwards in the drawing, 3 the cable from which this trolley is pulled, and 4 two of the guide rollers arranged in the usual way along the route for the cable. A number of trees and bushes located on the passage area are denoted by 5 and 6, while the letter B denotes a specific tree which is considered in more detail below and H denotes a tree which has fallen onto the railroad track, for example as a result of a preceding storm. The dashed lines 8 show the course that the rail path would take if it were to be continued straight ahead at the point labeled A, instead of turning to the left as shown in the figure.

Am Vorderteil des Wagens 2 ist ein um eine vertikale Achse schwenkender Laserstrahler 7 angeordnet, dessen Strahlen einen Winkel von beispielsweise je 60° rechts und links von der Fahrzeug-Längsachse abtasten, um eventuell auftretende Hindernisse zu erfassen. Um einen etwa der Wagenhöhe entsprechenden vertikalen Bereich abzutasten, können entweder mehrere, getrennte, an der Wagenfront übereinander angeordnete Laserstrahler eingesetzt werden, von denen jeder in einer horizontalen Ebene schwenkt, oder es kann auch ein einziger Strahler verwendet werden, der sowohl um eine horizontale wie um eine vertikale Achse schwenkt, um einen ganzen Raumwinkel vor dem Fahrzeug zu erfassen. Der Laserstrahler kann ein handelsüblicher, als Entfernungsmesser einsetzbarer Strahler sein, dessen Ausgangssignale von einer (nicht gezeigten) Computeranlage ausgewertet und zum Teil gespeichert werden. In der einfachsten Form des erfindungsgemässen Verfahrens testet der Laserstrahler nur den vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitt nach eventuell auf oder bei den Schienen befindlichen Hindernissen ab. Die Ausgangssignale des Laserstrahlers werden von einer (nicht gezeigten) Schaltung ausgewertet, und diese gibt beim Auftreten von Hindernissen Alarm oder löst die nötigen Massnahmen, wie etwa ein Bremsen des Fahrzeuges, aus. On the front part of the carriage 2 there is a laser beam 7 pivoting about a vertical axis, the beams of which scan an angle of, for example, 60 ° to the right and left of the longitudinal axis of the vehicle in order to detect any obstacles that may occur. In order to scan a vertical range corresponding approximately to the height of the wagon, either several separate laser emitters, one above the other, arranged on the wagon front, each of which pivots in a horizontal plane, can be used, or a single emitter can be used, which is both horizontal and pivots around a vertical axis to capture a full solid angle in front of the vehicle. The laser emitter can be a commercially available emitter that can be used as a range finder, the output signals of which are evaluated by a computer system (not shown) and partially stored. In the simplest form of the method according to the invention, the laser emitter only tests the section of the route lying in front of the vehicle for obstacles that may be on or near the rails. The output signals of the laser emitter are evaluated by a circuit (not shown) and this gives an alarm when obstacles occur or triggers the necessary measures, such as braking the vehicle.

In einem bei kurvenreicher Strecke bevorzugten Verfahren wird in Abhängigkeit der Streckenführung entweder der Laserstrahler so geschwenkt oder die Auswertung so durchgeführt, dass stets das im nächsten Augenblick zu befahrende Schienenstück überwacht wird, welches bei Kurven nicht in der Fahrzeugachse liegt, sondern rechts oder links davon. Die für eine solche seitliche Regulierung des überwachten Gebietes bezüglich der Fahrzeugachse notwendigen Daten können entweder aus einer direkten Eingabe des Streckenverlaufes in die Auswerteschaltung stammen oder bei einem probeweisen Abfahren der ganzen Strecke gewonnen werden, wie jetzt beschrieben werden soll. Um Fehlalarme zu vermeiden und die Anlage gleichzeitig so einstellen zu können, dass auch verhältnismässig kleine Abweichungen des Streckenbildes von dem eine normale Fahrt erlaubenden Zustand registriert werden, wird wie folgt vorgegangen. Dabei kann auf einfache Weise nicht nur der Schienenweg selbst, sondern auch dessen nähere Umgebung überwacht werden. In a preferred method for a curved route, depending on the route, either the laser emitter is pivoted or the evaluation is carried out in such a way that the rail section to be driven in the next instant is always monitored, which is not on the vehicle axis during curves, but on the right or left of it. The data necessary for such a lateral regulation of the monitored area with respect to the vehicle axis can either come from a direct input of the route into the evaluation circuit or can be obtained by testing the entire route, as will now be described. In order to avoid false alarms and at the same time to be able to set the system in such a way that even relatively small deviations of the route image from the state permitting normal driving are registered, the procedure is as follows. In this way, not only can the rail route itself be monitored, but also its immediate surroundings.

Zunächst wird durch geeignete Massnahmen, wie etwa das Ablaufen des ganzen Schienenweges oder eine Hin-und Herfahrt, sichergestellt, dass die Strecke frei von Gefahr bringenden Hindernissen ist. Sodann werden der Laserstrahler und sein nachgeschalteter Computer eingeschaltet, und es wird die betreffende Strecke nochmals abgefahren, wobei der Computer programmiert ist, um das Bild aller während dieser Eichfahrt vom Laserstrahler erfass-ten Gegenstände, zusammen mit ihrer jeweiligen Lage längs des Schienenweges, in Form eines Weg-Protokolles zu speichern. Bei einem nachfolgenden, automatisch überwachten Befahren derselben Stre- First of all, suitable measures, such as the running of the entire rail route or a return trip, ensure that the route is free of dangerous obstacles. The laser emitter and its downstream computer are then switched on, and the relevant route is traveled again, the computer being programmed to form the image of all objects detected by the laser emitter during this calibration run, together with their respective position along the rail path save a path log. Subsequent, automatically monitored driving on the same road

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cke arbeitet der Laserstrahler in analoger Weise, es ist dann aber der Computer programmiert, um die während der Fahrt ermittelten Daten laufend mit den während der Eichfahrt an gleicher Stelle der Strecke im Protokoll gespeicherten Daten zu vergleichen. Dabei werden alle vom Laserstrahler gemeldeten Hindernisse, deren Existenz an derselben Stelle im Protokoll verzeichnet ist, ignoriert. Der Computer ist also programmiert, um während einer Normalfahrt nur dann in den Betrieb der Bahn einzugreifen, wenn auf dem Schienenweg ein an der betreffenden Stelle der Strecke nicht protokolliertes Hindernis auftaucht. Es ist der Computer eingerichtet, um in diesem Fall Steuerbefehle zu erzeugen, die Massnahmen wie etwa Hupen, Pfeifen, eine Verlangsamung der Fahrt oder fallweise sogar eine Vollbremsung auslösen. Dabei können diese Massnahmen je nach den Werten einer Reihe von Parametern, wie etwa die Grösse des Hindernisses, seine Höhe über dem Boden, Geschwindigkeit und Richtung seiner allfälligen Bewegung, und eine augenblickliche Entfernung vom Wagen, in einer für den Fachmann selbstverständlichen Weise bestimmt werden. In der Regel wird die Anlage so programmiert sein, dass, nachdem sie ein vollständiges Anhalten des Wagens veranlasst hat, eine Wiederaufnahme des Normalbetriebes erst dann möglich ist, wenn das Personal die Strecke als frei quittiert hat. The laser emitter works in an analogous manner, but the computer is then programmed to continuously compare the data determined during the journey with the data stored in the log at the same point on the route during the calibration journey. All obstacles reported by the laser emitter, the existence of which is recorded in the same place in the log, are ignored. The computer is therefore programmed to intervene in the operation of the train during normal travel only if an obstacle not recorded at the relevant point on the route appears on the rail route. The computer is set up in this case to generate control commands which trigger measures such as horns, whistles, a deceleration of the journey or, in some cases, even full braking. Depending on the values of a number of parameters, such as the size of the obstacle, its height above the ground, speed and direction of its possible movement, and an instantaneous distance from the car, these measures can be determined in a manner which is obvious to the person skilled in the art. As a rule, the system will be programmed in such a way that after it has caused the car to stop completely, normal operation can only be resumed when the staff has acknowledged the route as free.

Durch den Vergleich mit dem bei freier Bahn aufgenommenen Weg-Protokoll kann erreicht werden, dass wenn sich der Wagen beispielsweise an der in der Figur mit A bezeichneten Stelle befindet, der gerade voraus - d.h. in der mutmasslichen Bahn des Fahrzeuges - liegende (protokollierte) Busch B ignoriert wird, während der seitlich davon und in etwa gleicher Entfernung vom Fahrzeug über den Schienenweg gefallene Baumstamm H als gefährliches (nicht protokolliertes) Hindernis erkannt und gemeldet wird. Dadurch werden nicht nur lästige Fehlalarme wirkungsvoll vermieden, sondern es wird die Sicherheit durch ein frühes Erkennen von Gefahr bringenden Hindernissen erhöht. Denn solange sich der Wagen 2 etwa in A befindet, liegt der Baumstamm H seitlich von der in A geradlinig nach vorne projizierten Bahn des Wagens und kann ohne Vergleich mit dem Weg-Protokoll ebenso wenig als Hindernis identifiziert werden, wie sonstige, harmlos beidseitig des Schienenweges befindliche Objekte, wie etwa der Baum 6. Demgegenüber erlaubt der Vergleich der augenblicklichen Signale mit den im Protokoll gespeicherten Daten ein frühzeitiges Erkennen von Gefahr bringenden Objekten in dem vom Laserstrahler aufgenommenen Bild der vor dem Wagen befindlichen Strecke und ihrer Umgebung. Ähnliches gilt für die teilweise beweglichen Objekte, wie etwa Passagiere, die beim Einfahren in eine Station vom Laserstrahler erfasst werden, denn auch hier erlaubt der Vergleich mit einem vorgängig aufgenommenen Protokoll eine feinere Beurteilung eventueller Gefahren, als sonst möglich wäre. By comparing it with the path protocol recorded in the case of a free path, it can be achieved that, for example, if the carriage is in the position designated A in the figure, it is just ahead - i.e. (Recorded) bush B lying in the alleged path of the vehicle is ignored, while the tree trunk H which has fallen to the side of it and at approximately the same distance from the vehicle via the rail path is recognized and reported as a dangerous (not recorded) obstacle. This not only effectively avoids annoying false alarms, but also increases safety by early detection of dangerous obstacles. Because as long as the carriage 2 is located approximately in A, the tree trunk H lies to the side of the path of the carriage projected straight ahead in A and cannot be identified as an obstacle without comparison with the path protocol, just as other, harmless on both sides of the rail path located objects, such as the tree 6. In contrast, the comparison of the instantaneous signals with the data stored in the protocol allows early detection of dangerous objects in the image of the route in front of the car and its surroundings, recorded by the laser emitter. The same applies to the partially moving objects, such as passengers, which are detected by the laser emitter when entering a station, because here too the comparison with a previously recorded protocol allows a more precise assessment of possible dangers than would otherwise be possible.

Claims

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1. Procedure for automatic monitoring of the rail path of a rail-bound

Vehicle, characterized in that the route section in front of the vehicle is scanned at least in the width of the rail by means of a laser beam, and that the output signals of the laser emitter are evaluated in order to influence the travel of the vehicle and / or to trigger alarm signals when an obstacle occurs on the route.

2. The method according to claim 1, characterized in that the orientation of the scanning with respect to the longitudinal axis of the vehicle is determined by stored data representing the course of the route.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least a portion of the data obtained during scanning by a computer with the previously obtained with an obstacle-free travel at the same point on the rail path with a substantially identical laser beam and in the form of a coded Calibration-Protolles stored data is compared, and that, depending on the differences found between the two data sets, control signals are generated which influence the travel of the vehicle and / or trigger alarm signals.

4. The method according to claim 3, characterized in that the calibration protocol is composed of the data obtained in the course of several trouble-free journeys.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the course of the railroad path is stored in the computer and used to determine, depending on the locations of the path along which the vehicle is located, via which parts of it Instead of the area scanned by the laser beam, the data comparison is to be carried out.

6. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by at least one attached to the front of the vehicle, pivoting about a substantially vertical axis and working as a range finder.

7. The device according to claim 6, characterized in that it comprises several laser emitters attached to the vehicle at different heights.

8. The device according to claim 6, characterized in that it comprises at least one laser beam pivoting in the vertical and horizontal direction.

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