CN106794852B - 用于检测有轨车辆的车辆环境的设备和方法以及有轨车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测有轨车辆(4)的车辆环境的方法和设备，其中，设备(19)包括至少一个第一图像检测装置，其中，第一图像检测装置构造为3D图像检测装置。本发明还涉及有轨车辆，其包括至少一个这种设备(19)。

Description

用于检测有轨车辆的车辆环境的设备和方法以及有轨车辆

技术领域

本发明涉及用于检测有轨车辆的车辆环境的方法和设备以及有轨车辆。

背景技术

对于有轨车辆的可靠运行来说可能需要检测车辆环境。这种检测尤其能够在建立所谓的净空限界的框架内进行。尤其能够检测车辆环境是否允许具有确定几何尺寸的有轨车辆的运行。

此外，可能需要的是，确定用于有轨车辆的轨道的特征，尤其确定轨道的导轨的特征，以便监视例如轨道的功能能力的状态。

也能够期望的是确定轨道方位，以便例如对沿着轨道的物体或障碍物相对于轨道方位的位置进行位置测定。轨道方位尤其能够通过轨道中部、例如形式为轨道的导轨之间的中线给出，但也能够通过轨道的导轨的中线来给出。在此，轨道方位能够是参考线，例如用于检测相对于轨道方位的净空。例如能够检测隧道口相对于所述轨道方位的尺寸，尤其隧道的高度和/或宽度。

GB 2403861 A公开了用于对沿着要监控的路段的对象的位置进行监控和测量的系统。该系统装配在沿着要监控的路段行驶的车辆上。该系统包括扫描装置和数据分析装置。当然，扫描装置位置固定地紧固在有轨车辆上并且构造为所谓的3D扫描装置，其中，激光射束连续地以360°旋转。

EP 1544572 A2公开了用于对在轨道设施旁的物体的间距进行无接触式检测的设备。该设备包括参考方位测量单元，其具有第一激光线发生器和在第一导轨的方向上取向的第一区域摄像机。此外，参考方位测量单元配备有第二激光线发生器以及在第二导轨的方向上取向的第二区域摄像机。所述参考方位测量单元也位置固定地紧固在有轨车辆上。

DE 19801311 A1公开了一种有轨的维护机。其能够使用具有例如激光头的测量设备，用于检测导轨横截面型廓。

DE 4238034 C1公开了用于在确定的测量标准方面检查式、无接触式探测轨道路段的紧邻的环境的方法。在此，在测量车辆沿着轨道路段连续测量行驶期间，为此垂直于该轨道路段地发出径向环绕的测量射束，并且该测量射束在发送器的区域中的反射信号和/或由环境发射的信号被接收、处理和存储。此外附加地，还借助布置在测量车辆上的导航系统对发送器单元和/或接收器单元的、关于大地固定的坐标系或参考点的位置和方位同步地测量，并且由此求取相同的数据。

发明内容

存在的技术问题是，提供用于检测有轨车辆的车辆环境的设备和方法以及有轨车辆，它们能够可靠且准确地检测车辆环境。

由具有本发明的特征的主题得到该技术问题的解决方案。

提出了用于检测有轨车辆的车辆环境的设备。在此，所述设备尤其用于光学式和无接触式检测。所述设备尤其能够用于产生净空限界。在此，术语检测也包括术语确定。

所述设备包括至少一个第一图像检测装置。在此，第一图像检测装置产生图像数据。

在此，图像检测装置能够布置在有轨车辆上，尤其在前部上，例如在有轨车辆的前侧上。第一图像检测装置能够具有检测区域。通过第一图像检测装置能够使位于检测区域中的物体成像。在此，第一图像检测装置能够以如下方式相对于有轨车辆布置，尤其是紧固在所述有轨车辆上，图像检测装置的检测区域能够检测在空间上在有轨车辆之前的区域。附加地，也能够检测在有轨车辆上方或侧面的区域。

第一图像检测装置的检测区域的中央检测方向或检测轴线尤其能够平行于有轨车辆的纵轴线来定向。

根据本发明，第一图像检测装置构造为3D图像检测装置。在此，3D图像检测装置能够在三维上检测环境。因此，由所产生的3D图像数据能够在稍后的时间点确定车辆环境的3D信息。

相对于纯2D图像检测装置，尤其也能够检测在图像检测装置的检测区域中的要成像的对象的距离。

通过把第一图像检测装置构造为3D图像检测装置，得到了一系列优点。

首先，通过检测装置能够以光学方式可靠且尽可能全面地检测车辆环境。基于三个维度，能够以简单的方式例如建立净空限界。为此，能够例如借助已知的图像处理方法来分析利用所产生的图像数据。

因此，例如能够探测在车辆环境中的对象。此外，能够确定所述对象相对于有轨车辆或者——例如下面还将详细阐述的——相对于全局参考坐标系和/或相对于轨道方位的特征、尤其是几何特征，和/或位置和/或定向。

第一图像检测装置也能够以如下方式布置在有轨车辆上：轨道区段、尤其是在空间上在有轨车辆之前的轨道区段布置在第一图像检测装置的检测区域中。在这种情况下，例如也能够在所产生的影像中探测轨道的导轨。基于或者说根据所产生的图像数据，也就是基于图像地，能够确定轨道方位，尤其是轨道中部的位置或者说轨道的或导轨的中线的位置。这能够检测相对于轨道方位的车辆环境、尤其是在车辆环境中的对象的位置和/或定向。

由图像数据在时间上快速的检测、与其他传感器的输出信号的简单实施的可组合性、相对于干扰(例如由于例如污物的环境影响、尤其由于叶子、灰尘或雨)的高鲁棒性，得到了3D图像检测装置的其他优点。其他优点有：能好地检测颜色信息、简单的对象探测以及成本有利地提供3D图像检测装置。也能够在测量区域的每个探测步骤中产生完全的点云。

在此，提出的设备能够以有利的方式安装在任意的城铁、地铁或标准轨上。在这种情况下，所述检测能够在行驶期间或者说在有轨车辆运行期间进行。因此，在任意的有轨车辆运行时能够检测轨道周围的环境。

在其他实施方式中，所述设备包括至少一个另外的图像检测装置，其中，所述至少一个另外的图像检测装置构造为2D图像检测装置。相对于3D图像检测装置，2D图像检测装置能够给车辆环境二维成像，也就是说尤其是没有距离或深度信息的检测。

在此，所述另外的图像检测装置也能够布置在有轨车辆上，尤其在前部、例如在有轨车辆的前侧上。所述另外的图像检测装置也能够具有检测区域。此外，所述另外的图像检测装置能够以如下方式相对于有轨车辆布置，尤其紧固在所述有轨车辆上：所述图像检测装置的检测区域能够检测在空间上在有轨车辆之前的区域。附加地，也能够检测有轨车辆上方和/或有轨车辆侧面的区域。所述另外的图像检测装置的检测区域的中央检测方向或检测轴线尤其能够平行于有轨车辆的纵轴线地定向。

优选地，所述设备包括多个构造为2D图像检测装置的另外的图像检测装置。它们能够以相对于彼此和/或相对于第一图像检测装置预定的位置和/或定向来布置。

优选地，第一图像检测装置的检测区域和所述至少一个另外的图像检测装置的检测区域至少部分地交叠。替代地，所述检测区域也能够不交叠。

通过设置至少一个2D图像检测装置以有利的方式得到图像数据的冗余检测和直接的、在时间上快速且可靠的场景成像。

在其他实施方式中，所述设备包括至少一个激光扫描装置。所述激光扫描装置能够用于检测车辆环境的型廓、尤其是车辆环境中的对象的型廓。在此，型廓能够是二维型廓或三维型廓。在此，型廓例如能够表示对象的外轮廓。激光扫描装置尤其能够实现无接触式检测型廓。

在此，激光扫描装置也能够布置在有轨车辆上，尤其在前部、例如有轨车辆的前侧上。激光扫描装置也能够具有检测区域。此外，激光扫描装置能够以如下方式相对于有轨车辆布置：尤其紧固在所述有轨车辆上，使得激光扫描装置的检测区域能够检测在空间上在有轨车辆之前的区域。附加地，也能够检测有轨车辆上方的和/或有轨车辆侧面的区域。激光扫描装置的检测区域的中央检测方向或检测轴线平行于有轨车辆的纵轴线地定向。

激光扫描装置能够以相对于第一图像检测装置预定的位置和/或定向来布置。优选地，第一图像检测装置的和/或所述至少一个另外的图像检测装置的检测区域和激光扫描装置的检测区域能够至少部分地交叠。替代地，所述检测区域但也能够不交叠。

通过设置至少一个激光扫描装置以有利的方式得到相对于阳光入射、尤其是直接的阳光入射的检测的高鲁棒性。同样得到了光学检测中的冗余。此外，在缺少环境净空的区段中，例如在隧道中也能够确保可靠的检测。也能够简单地通过激光扫描装置检测例如接近有轨车辆的其他车辆。

在优选的实施方式中，激光扫描装置构造为旋转激光扫描装置。在旋转激光扫描装置中，使激光射束尤其连续地围绕参考轴线旋转，用于检测环境。在此，完全的旋转能够具有360°的旋转角。例如，旋转激光扫描装置的参考轴线能够平行于有轨车辆的纵轴线地定向。在此，激光射束能够垂直于参考轴线地定向，或者与参考轴线围成小于90°但大于0°的角。

通过设置至少一个旋转激光扫描装置以有利的方式得到相对于阳光入射、尤其是直接的阳光入射的检测的高鲁棒性。同样得到了光学检测中的冗余。此外，在缺少环境净空的区段中，例如在隧道中也能够确保可靠的检测。此外，以有利的方式确保三维检测。

在其他实施方式中，所述设备包括用于确定有轨车辆的绝对位置和/或绝对定向的至少一个方位确定装置。在此，绝对位置能够表示在全局参考坐标系中的位置。在此，绝对定向能够表示在全局参考坐标系中的定向。位置确定装置例如能够构造为惯性传感器(INS)。方位确定装置也能够构造为GNNS传感器。在本发明的意义下，方位也能够表示位置和/或定向。

有轨车辆能够具有车辆坐标系。通过提出的位置确定装置能够确定该车辆坐标系相对于全局参考坐标系的相对位置和/或相对定向。由此，以有利的方式能够在全局参考坐标系中对有轨车辆并且因此还有型廓数据或者说图像数据进行位置测定，所述型廓数据或者说图像数据由第一图像检测装置、另外的图像检测装置和/或激光扫描装置产生。

由此，以有利的方式得到的是，例如在有轨车辆行驶之后，由图像检测装置产生的图像数据和/或由激光扫描装置产生的型廓数据能够配属于全局参考坐标系中的确定的位置。这使得将所述型廓数据或者说图像数据后续地分析利用并且配属于例如确定的路段区段变得简单。

在其他实施方式中，所述设备包括至少一个轨道方位确定装置。该轨道方位确定装置在此表示为与第一图像检测装置不同的、用于确定或检测轨道方位的装置。轨道方位确定装置用于确定轨道相对于车辆坐标系的方位，尤其是轨道的一个或两个导轨相对于车辆坐标系的方位。轨道方位例如能够表示轨道中部或者说轨道的中线的位置和/或定向。

在此，轨道方位确定装置同样能够紧固在有轨车辆上，尤其在有轨车辆的车厢上，进一步尤其在有轨车辆的下侧上。

由此，以有利的方式，例如在有轨车辆行驶之后，由图像检测装置产生的图像数据和/或由激光扫描装置产生的型廓数据能够配属于相对于轨道方位、例如相对于轨道坐标系的确定的位置。

在其他实施方式中，轨道方位确定装置包括用于检测轨道的至少一个导轨的型廓的至少一个型廓检测装置。此外，轨道方位确定装置包括至少一个定位装置，其中，通过定位装置能够使至少一个型廓检测装置尤其相对于有轨车辆运动。

然而在此，型廓检测装置是与上文阐述的激光扫描装置不同的装置，尤其是在结构上与之分开构造的装置。在此，型廓尤其能够(如下面仍将详细地阐述那样)是二维型廓。在此，型廓例如能够表现为导轨的外轮廓。型廓优选是导轨的横向型廓，其中，该横向型廓在垂直于导轨的纵轴线布置的平面中检测。所述型廓检测装置尤其能够是光学型廓检测装置。因此，型廓检测装置能够实现无接触式的型廓检测。

在此，定位装置尤其能够包括定位装置的位置固定部分和相对于位置固定部分的可运动的部分，例如滑架。型廓检测装置能够紧固在定位装置上或定位装置处，尤其能够紧固在所述可运动的部分上或所述可运动的部分处。在此，型廓检测装置以能松脱或者不能松脱的方式紧固在定位装置上。

此外，型廓检测装置相对于定位装置的位置和/或定向是能改变的或是不能改变的。定位装置、尤其是其位置固定部分能够紧固在有轨车辆上，尤其在有轨车辆的车厢上，进一步尤其在有轨车辆的下侧上。为此，定位装置、尤其是其位置固定部分能够具有至少一个紧固件。在此，定位装置优选能够以如下方式紧固在有轨车辆上，使得至少一个型廓检测装置能够以期望的、尤其笔直的运动沿着平行于有轨车辆的车辆横向轴线定向的轨迹运动。通过定位装置尤其能够使至少一个型廓检测装置沿着预定的、尤其笔直的轨迹运动。自然也能设想的是，通过所述定位装置或多个定位装置能够使型廓检测装置沿着多个、尤其笔直的轨迹运动。自然也能设想的是，通过定位装置或至少一个其他定位装置能改变型廓检测装置的定向。

在此，定位装置能够包括用于产生驱动能量的至少一个器件。所述器件例如能够是电动马达、尤其是步进马达或直流马达或同步马达或异步马达。此外，定位装置能够包括用于运动引导的至少一个器件。所述设备例如能够包括至少一个引导器件，用于引导型廓检测装置沿着尤其笔直的轨迹的运动。引导器件例如能够是支架装置或者能够包括这种支架装置。引导器件尤其能够实现直线引导。例如，所述支架装置能够实现滑动引导、滚动引导、有轨引导、轴引导。此外，定位装置也能够包括用于传递驱动能量的器件。例如，定位装置能够包括至少一个绳索牵引装置，其中，通过绳索牵引装置能将驱动能量从用于产生驱动能量的器件传递到所述可运动的部分上。

定位装置例如能够构造为线性单元，其中，术语线性单元包括位置固定部分、可运动的部分以及用于产生和/或传递驱动能量的器件。

在此，型廓检测装置能够具有检测区域、尤其是二维检测区域，其中，位于检测区域中的物体的型廓由所述型廓检测装置来检测。因此，能够产生型廓数据，所述型廓数据表示物体的型廓或将物体的型廓编码。通过改变型廓检测装置例如相对于定位装置的位置和/或定向，也能够改变检测区域的位置和/或定向。

在此，定位装置和/或型廓检测装置能够以如下方式相对于有轨车辆地布置或者说紧固在其上：检测区域覆盖有轨车辆下方的至少部分区域。检测区域的中央检测方向或检测轴线尤其能够平行于有轨车辆的竖直轴线地定向。因此，通过型廓检测装置能够检测有轨车辆下方的物体，尤其是至少一个导轨。

为此，可运动的部分能够在竖直方向上布置在位置固定部分的下方。在此，竖直方向能够平行于车辆高度轴线地定向。当所述竖直方向从车辆底部向车辆顶部定向时，该竖直方向能够从下向上地定向。在这种情况下，竖直方向也能够反向于重力方向来定向。

例如能设想的是，可运动的部分的滑架在竖直方向上布置在用于运动引导的器件下方。在此，用于运动引导的器件能够紧固在有轨车辆上、尤其是在下侧上。例如，型廓检测装置能够直接地或间接地紧固在滑架上。由此，以有利的方式能够降低型廓检测装置与轨道的导轨之间的间距，这尤其在具有高底板的车辆中是有利的。

替代地或累加地，例如能设想的是，可运动的部分的滑架在纵方向上布置在位置固定部分之前或之后，尤其在用于运动引导的器件之前或之后。由此，能够以有利的方式确保在型廓检测装置与轨道的导轨之间的期望的间距，这尤其在具有低地板的车辆中是有利的。

在此，纵方向能够平行于车辆纵轴线地定向。当所述纵方向从车辆尾部向车辆前部定向时，纵方向能够从后向前地定向。之前阐述的车辆横向轴线能够垂直于车辆纵轴线地并且垂直于车辆高度轴线地定向。

此外，型廓检测装置的坐标系相对于定位装置的坐标系的位置和/或定向能够是已知的或能够确定的。定位装置的坐标系相对于车辆坐标系的位置和/或定向也能够是已知的或能够确定的。

由此，以有利的方式得到的是，通过轨道方位确定装置的型廓检测装置能够产生用于轨道的至少一个导轨的型廓数据。于是根据型廓数据能够确定轨道相对于型廓检测装置并且因此还相对于定位装置的位置和/或定向。这又实现了确定轨道相对于车辆坐标系的位置和/或定向。

然而在此，通过轨道方位确定装置的型廓检测装置产生的型廓数据不仅仅实现轨道方位的确定。更确切地说，根据型廓数据也能够确定轨道的至少一个特征。轨道的特征例如能够是轨道的一个导轨或两个导轨的特征。因此，所述设备也能够用于导轨测量。轨道的特征能够是轨道的磨损，所述磨损例如能够通过轨道的实际型廓与轨道的额定型廓的比较来确定。其他特征能够是轨道的轨距。其他特征能够是轨道超高所述轨道超高例如能够表示在轨道的第一导轨表面与另一导轨表面之间的相对高度差。其他特征能够是轨道的弧度半径或者说竖直曲率。其他特征能够是轨道的斜度，通过该斜度例如能够表示轨道的上坡或下坡。所述特征也能够是导轨型廓，尤其是导轨横向型廓。因此，至少一个特征能够是轨道的几何特征或根据至少一个几何特征能够确定的其他特征。

因此，提出的设备也包括用于确定轨道的至少一个特征的装置，所述装置能够紧固在任意的有轨车辆上，尤其在其下侧，并且实现在静止状态期间或在有轨车辆行驶期间检测所述特征。

型廓检测装置通过至少一个定位装置的可运动性以有利的方式实现了：在有轨车辆相对于轨道的相对方位改变期间或之后，型廓检测装置的位置和/或定向尤其能够通过定位装置以如下方式改变，使得轨道、尤其是导轨，继续位于型廓检测装置的检测区域中。如果有轨车辆例如行驶经过弯道并且由于所述弯道而改变在型廓检测装置与轨道的导轨之间的相对方位，那么，型廓检测装置的位置能够以如下方式改变或者说跟随：所述导轨继续位于检测区域中，尤其是不离开所述检测区域。这尤其能够通过上文阐述的平行于车辆横向轴线的运动来实现。

尤其能够通过确定至少一个特征来探测所述特征的不期望的改变，例如通过确定的特征与期望的额定特征的对比。

因此，以有利的方式在普遍的、灵活的测量系统中提供：所述测量系统实现对轨道的至少一个特征的连续且准确的检测，并且该测量系统能够紧固在任意的有轨车辆上，由此实现对该特征的改进的监控。

此外，轨道方位确定装置能够包括轨道方位确定装置的至少一个图像检测装置。轨道方位确定装置的图像检测装置也能够紧固在定位装置上，尤其在定位装置的可运动的部分上。因此，通过定位装置也能够使轨道方位确定装置的至少一个图像检测装置例如沿着尤其笔直的轨迹运动。在此，轨道方位确定装置的图像检测装置能够以能松脱或不能松脱的方式紧固在定位装置上。轨道方位确定装置的图像检测装置相对于定位装置的位置和/或定向也能够是能改变的或不能改变的。

相应于型廓检测装置，轨道方位确定装置的图像检测装置也能够具有检测区域。通过轨道方位确定装置的图像检测装置，能够使位于检测区域中的物体成像。因此，那么能够产生所述物体的影像或图像数据。在此，轨道方位确定装置的定位装置和/或图像检测装置能够以如下方式相对于有轨车辆地布置、尤其紧固在有轨车辆上：轨道方位确定装置的图像检测装置的检测区域能够检测在有轨车辆下方的区域。轨道方位确定装置的图像检测装置的检测区域的中央检测方向或检测轴线尤其能够平行于有轨车辆的竖直轴线来定向。因此，也能够通过轨道方位确定装置的图像检测装置检测有轨车辆下方的物体，尤其也就是至少一个导轨。

优选地，轨道方位确定装置的图像检测装置和型廓检测装置以如下方式彼此相对地布置：所述检测区域至少部分地相叠。

在此，轨道方位确定装置的图像检测装置相对于型廓检测装置的相对位置和/或相对定向，并且由此还有它们的检测区域的相对位置和/或相对定向彼此能够是预知的或能够确定的。轨道方位确定装置的图像检测装置的坐标系和型廓检测装置的坐标系尤其能够互相记录。例如，轨道方位确定装置的图像检测装置的坐标系相对于定位装置的坐标系的相对位置和/或相对定向能够是已知的或能够确定的。在这种情况下，轨道方位确定装置的图像检测装置的坐标系相对于定位装置的坐标系的位置和/或定向能够是已知的或确定的。在这种情况下，轨道方位确定装置的图像检测装置的坐标系相对于型廓检测装置的位置和/或定向也能够是已知的或能够确定的。

以有利的方式得到了冗余地光学式并且因此无接触式地检测轨道的特征。例如，通过型廓检测装置对至少一个特征、尤其是导轨的型廓进行的检测，能够由于环境条件、例如由于导轨上的叶子而受到干扰。在这种情况下，能够根据通过轨道方位确定装置的图像检测装置产生的影像来确定所述至少一个特征。

替代地或累加地，通过分析利用由轨道方位确定装置的图像检测装置产生的影像，能够改进对轨道特征进行的确定的精确性、尤其是对导轨在空间上的方位进行的确定的精确性。例如在由轨道方位确定装置的图像检测装置产生的影像中能够探测导轨的棱边。在由型廓检测装置产生的型廓数据中也能够探测导轨的所述棱边。此外，能够分别确定所述棱边相对于定位装置的坐标系的方位。如果这些相对方位偏差大于预定的度量，就能够例如仅使用由型廓数据确定的方位或由图像数据确定的方位用于确定轨道方位和/或轨道的至少一个特征。然而，也能够根据分别确定的特征、尤其是上文阐述的相对方位，确定混合特征、尤其是方位。混合特征例如能够通过形成平均值或通过形成加权平均值来确定。混合特征也能够通过合适的估值法、例如通过卡尔曼滤波法(Kalman-Filter-Verfahren)来确定。自然也能设想到其他用于混合的方法。因此，以有利的方式提高了在确定轨道的至少一个特征时的准确性。

此外，轨道方位确定装置包括轨道方位确定装置的至少一个方位确定装置，用于确定有轨车辆的绝对位置和/或绝对定向。在此，所述方位确定装置能够相应于上文阐述的方位确定装置。轨道方位确定装置的方位确定装置自然也能够不同于上文阐述的方位确定装置，例如是在结构上分开构造的构件。然而在这种情况下，轨道方位确定装置的方位确定装置具有与上文阐述的方位确定装置相同的功能。

由此，以有利方式，在全局参考坐标系中对有轨车辆并且因此还有由轨道方位确定装置的型廓检测装置和/或图像检测装置产生的型廓数据或者说图像数据进行位置测定。为此，定位装置的坐标系相对于车辆坐标系的相对位置和/或相对定向能够是已知的或能够确定的。例如，如下文还将阐述的那样，轨道方位确定装置能够包括其他方位确定装置，用于确定定位装置的、尤其还有型廓检测装置的和/或图像检测装置的、相对于车辆坐标系的位置和/或定向。

由此，以有利的方式得到的是，例如在有轨车辆行驶之后，由型廓检测装置产生的型廓数据和/或由轨道方位确定装置的图像检测装置产生的图像数据能够配属于在全局参考坐标系中的确定位置。这使得将所述型廓数据或者说图像数据后续的分析利用和配属给例如确定的路段区段变得简单。

此外，轨道方位确定装置能够包括轨道方位确定装置的至少一个其他方位确定装置，用于确定轨道方位确定装置的定位装置和/或型廓检测装置和/或图像检测装置相对于有轨车辆的位置和/或定向。轨道方位确定装置的其他方位确定装置实现了轨道方位确定装置的定位装置和/或型廓检测装置和/或图像检测装置相对于有轨车辆、尤其是相对于有轨车辆的车辆坐标系的相对位置和/或相对定向进行确定。例如，轨道方位确定装置能够包括至少一个间距检测装置，用于检测轨道方位确定装置的型廓检测装置和/或定位装置和/或图像检测装置与有轨车辆的参考点或参考区段的间距。至少一个间距检测装置例如能够构造为光学间距传感器。在所述定位装置包括用于驱动可运动的部分的绳索牵引装置的情况下，所述间距检测装置也能够构造为绳索牵引装置位移接收装置。

优选地，轨道方位确定装置的型廓检测装置和/或图像检测装置相对于定位装置的坐标系的相对位置和/或相对定向是已知的或能够确定的。在这种情况下，轨道方位确定装置的至少一个其他方位确定装置用于确定定位装置相对于有轨车辆的位置和/或定向。因此，整体上实现的是，由型廓检测装置产生的型廓数据和/或由轨道方位确定装置的图像检测装置产生的图像数据配属于在车辆坐标系中的并且因此必要时在全局参考坐标系中的确定位置和/或定向。

轨道方位确定装置自然能够具有至少一个存储装置，其中，由型廓检测装置产生的型廓数据和/或由轨道方位确定装置的图像检测装置产生的图像数据和必要时这些数据在空间上的位置和/或定向的信息能够以上文说明的坐标系存储。

优选地，型廓检测装置构造为二维型廓检测装置。因此，通过型廓检测装置尤其不能产生三维型廓。因此例如能够实现的是，由在不同的、尤其是连续的时间点上所产生的二维型廓数据产生三位型廓数据。

型廓检测装置尤其能够以如下方式布置在有轨车辆上：二维型廓布置在垂直于车辆纵轴线的平面中。优选地，二维型廓检测装置构造为激光扫描器。然而在此，激光扫描器是不同于上文阐述的激光扫描装置的装置，尤其是在结构上与之分离地构造的装置。由此，以有利的方式得到了对型廓特别简单和可靠的检测。

此外，轨道方位确定装置包括至少一个照明装置。在此，所述照明装置同样能够通过定位装置运动。照明装置尤其能够紧固在定位装置上，例如以能松脱或不能松脱的方式紧固。照明装置相对于定位装置的位置和/或定向也能够是能改变的或不能改变的。在此，照明装置例如能够以如下方式布置在定位装置上，尤其在定位装置的可运动的部分上：照明装置照亮轨道方位确定装置的型廓检测装置的或者说图像检测装置的、上文阐述的检测区域的至少一部分。由此，以有利的方式得到了至少一个导轨的型廓的改进的光学检测。

此外，轨道方位确定装置能够包括用于引导射束和/或形成射束的至少一个器件。在此，用于引导射束和/或形成射束的器件尤其用于引导和/或形成由型廓检测装置射出的和/或要接收的光射束、尤其用于引导和/或形成射出的和/或要接收的激光射束。射出的光射束也能够称为发射的光射束，并且要接收的光射束也能够称为要收受的光射束。

在此，用于引导射束和/或形成射束的器件能够紧固在定位装置上，尤其在定位装置的可运动的部分上，例如以能松脱或不能松脱的方式紧固。

优选地，用于引导射束和/或形成射束的器件相对于定位装置的位置和/或定向并且因此还有射束方向能够改变。由此，以有利的方式得到的是，通过用于引导射束和/或形成射束的器件能够改变型廓检测装置的检测区域在空间上的位置和/或定向。此外，以有利的方式得到的是，能够使轨道方位确定装置的安装空间最小化，因为型廓检测装置不是强制地以如下方式布置在定位装置上：检测区域在型廓检测装置的位置和/或定向中已经以如下方式取向，使得能够检测轨道的至少一个导轨。更确切地说，通过用于引导射束和/或形成射束的器件能够改变检测区域在空间上的位置和/或定向，由此，例如能够减小轨道方位确定装置在竖直方向上在有轨车辆下方的高度。

如果形成射束的器件和/或至少一个照明装置和/或轨道方位确定装置的型廓检测装置和/或图像检测装置和/或用于引导射束相对于定位装置的方位或定向是能改变的，那么能够手动地、例如通过操作员手动的操纵或以促动器支持的方式来进行改变。因此，例如能设想的是，在轨道方位确定装置运行之前、尤其在有轨车辆的行驶运行之前，以手动方式来调整相对于定位装置的位置和/或定向，其中，在运行期间，位置和/或定向保持不改变。这尤其涉及照明装置和轨道方位确定装置的型廓检测装置、图像检测装置的位置和/或定向的调整。替代地或累加地，在轨道方位确定装置运行期间、尤其在有轨车辆行驶运行期间，也能够改变、尤其是以促动器支持的方式改变所述位置和/或定向。这尤其涉及用于引导射束和/或形成射束的器件的位置和/或定向。

优选地，所提出的设备包括至少两个所说明的轨道方位确定装置。在此，轨道方位确定装置能够以如下方式相对彼此地布置：轨道方位确定装置的型廓检测装置的监测区域不交叠。

轨道方位确定装置尤其能够以如下方式布置在有轨车辆上：用于有轨车辆的轨道的第一导轨能够通过第一轨道方位确定装置的型廓检测装置来检测，并且轨道的另一导轨能够通过另一轨道方位确定装置的型廓检测装置来检测。

此外，轨道方位确定装置能够以尤其能改变的彼此间距布置在有轨车辆上，其中，所述间距沿着车辆横向方向来测量。例如轨道方位确定装置能够沿着平行于车辆横向方向的直线彼此隔开间隔地布置。这尤其实现了与轨距无关地检测轨道方位。

例如，两个轨道方位确定装置的型廓检测装置的运动的引导能够通过共同的引导器件或通过彼此不同的引导器件来实现。

此外，提出一种有轨车辆，其中，所述有轨车辆包括至少一个根据前述的实施方式中任一项所述的用于检测车辆环境的设备。所述设备，尤其是第一图像检测装置、至少一个另外的图像检测装置、激光扫描装置和/或至少一个轨道方位确定装置紧固在有轨车辆上。

在此，第一图像检测装置、至少一个另外的图像检测装置和/或激光扫描装置能够紧固在有轨车辆的前部区域中、尤其在前侧上。替代地，第一图像检测装置、至少一个另外的图像检测装置和/或激光扫描装置能够紧固在有轨车辆的车尾区域中、尤其在后侧区域上。

至少一个轨道方位确定装置能够紧固在有轨车辆的下侧上、尤其在有轨车辆的车厢的下侧上。在此，定位装置的位置固定部分能够紧固在有轨车辆上，其中，可运动的部分在这种情况下能相对于所述位置固定部分并且因此相对于有轨车辆运动。至少一个轨道方位确定装置尤其能够以如下方式紧固在有轨车辆上：型廓检测装置能平行于车辆横向轴线、尤其是沿着平行于车辆横向轴线的笔直的轨迹运动。

在此，第一图像检测装置、至少一个另外的图像检测装置、激光扫描装置和/或至少一个轨道方位确定装置相对于车辆坐标系的方位能够是预知的或能够确定的。所述方位也能够是固定的或可改变的。

此外，有轨车辆能够包括两个轨道方位确定装置。在此，第一轨道方位确定装置以如下方式布置在有轨车辆上：通过第一轨道方位确定装置的型廓检测装置能检测第一导轨的型廓和/或通过第一轨道方位确定装置能确定轨道的第一导轨的至少一个特征。相应地，另一轨道方位确定装置能够以如下方式布置在有轨车辆上：通过所述另一轨道方位确定装置的型廓检测装置能检测另一导轨的型廓和/或通过所述另一轨道方位确定装置能确定轨道的另一导轨的至少一个特征。

尤其当两个定位装置或者说两个型廓检测装置和/或图像检测装置彼此例如在车辆坐标系中的相对位置和/或定向是已知的或能确定的时，基于两个导轨的型廓能够以简单的方式确定轨道中部的位置和/或定向。于是如上文已经阐述得那样，所述轨道中部的位置和/或定向能够相对于车辆坐标系或相对于全局参考坐标系来确定和存储。

此外，提出了用于检测有轨车辆的车辆环境的方法，其中，车辆环境通过至少一个第一图像检测装置来成像。这能够意味着产生相应的图像数据。

根据本发明，第一图像检测装置构造为3D图像检测装置。

在此，提出的方法尤其能通过根据上文所说明的实施方式的设备来实施。

此外，能够确定所产生的图像数据和/或型廓数据相对于车辆坐标系或相对于全局参考坐标系的位置和/或定向。此外，能够将型廓数据和必要时所附属的关于位置和/或定向的信息以在上文提到的坐标系的一个来存储，例如存储在所提出的设备的存储装置中。

在其他实施方式中，附加地确定了用于有轨车辆的轨道的轨道方位。

这尤其能够通过上文所说明的至少一个轨道方位确定装置来进行。在此，型廓检测装置检测轨道的至少一个导轨的型廓。在这种情况下，也能够确定轨道的至少一个特征。例如在检测型廓之前和/或之时之后和/或之后，能够通过定位装置使所述至少一个型廓检测装置运动。通过定位装置尤其能够使型廓检测装置相对于有轨车辆、尤其平行于有轨车辆的车辆横向轴线运动。在此，型廓检测装置能够沿着预定、尤其笔直的轨迹运动。此外，能够确定所产生的型廓数据相对于定位装置的坐标系或相对于车辆坐标系或相对于全局参考坐标系的位置和/或定向。此外，型廓数据和必要时所附属的关于位置和/或定向的信息能够以上文提到的坐标系的一个来存储。

此外，型廓数据能够以如下方式来分析利用：确定开头提到的轨道的特征中的至少一个。也能够通过根据本发明确定的特征与预定的额定特征的对比进行特征的检验。

确定的特征或偏差、尤其是不期望的偏差例如能够通过显示装置向车辆驾驶员和/或维护人员显示。

例如，所述设备能够具有至少一个通信装置，例如无线的或有线连接的通信装置。所述通信装置例如能够传递型廓数据，传递用于位置和/或定向和/或其他信息的信息。此外能设想的是，所述设备已经包括分析利用装置，其构造用于确定至少一个特征。在这种情况下，也能够通过通信装置传递确定的特征和必要时不期望的偏差。

附图说明

本发明参照实施例详细地阐述。附图示出：

图1有轨车辆的示意性前视图，

图2有轨车辆的示意性侧视图，和

图3轨道方位确定装置的示意性细节视图。

下面相同的附图标记表示具有相同或相似技术特征的元件。

具体实施方式

在图1中示出了具有两个轨道方位确定装置1a、1b的有轨车辆4的示意性前视图，其中，出于清楚的原因仅示出定位装置11并且尤其示出所述定位装置的位置固定部分11a和可运动的部分11b。在此，轨道方位确定装置1a、1b沿着车辆横向方向yf布置在有轨车辆4的车厢14的相对置的侧上。轨道方位确定装置1a、1b的构造方式在图3中详细地示出，并且在相应的说明中进行说明。在此，轨道方位确定装置1a、1b是用于检测有轨车辆4的车辆环境的设备19的部分。

此外，示出有轨车辆4的车轮17，所述车轮在导轨3上运行。车轮17在此能够紧固在有轨车辆4的转向架18上(见图2)。如果有轨车辆4在弯道行驶，那么至少有轨车辆4的车厢14与轨道3之间的相对方位改变。为了避免由于相对方位的这种改变，使轨道3从轨道方位确定装置1a、1b的激光扫描装置6的检测区域5和摄像机6的检测区域7中运动出来，各个设备1的激光扫描装置2和摄像机6能够通过定位装置11以如下方式运动：导轨3保持在检测区域5、7中或者重新运动进入所述检测区域中。

在此，第一轨道方位确定装置1a用于检测第一导轨3a，并且另一轨道方位确定装置1b用于检测另一导轨3b。

此外，不仅第一导轨3a而且另一导轨3b的型廓的检测实现了对轨道中部的、尤其是轨道3之间的中线的位置和/或定向的检测。所述轨道中部或者说中线能够作为参考点或者说参考线，用于通过其他系统进行的净空测量，尤其通过设备19的、用于检测有轨车辆4的车辆环境的其他检测装置。但是，轨道3的导轨3a、3b的中线也能够作为参考线。相应于当前实施方案，轨道中部的位置和定向自然能够同样相对于全局参考坐标系来确定并且必要时来存储。

此外，示出了用于检测有轨车辆4的车辆环境的设备19。设备19包括3D图像检测装置，该3D图像检测装置构造为立体摄像机系统，其中，所述立体摄像机系统包括立体摄像机系统20a的第一2D摄像机和立体摄像机系统的另一2D摄像机20b。示意性地示出3D图像检测装置的检测区域21。应当可见，检测区域21包括在空间上位于有轨车辆4的前方和侧面的、车辆环境的至少一部分。

此外，设备19包括旋转激光扫描装置22。在此，由该旋转激光扫描装置22产生的用于探测车辆环境的激光射束23(见图2)围绕平行于车轮纵方向xf(见图2)定向的轴线来旋转。激光射束23的方向也能够包括在车辆纵方向xf上的分量。旋转激光扫描装置22的、未示出的检测区域同样包括在空间上位于有轨车辆4的前方和侧面的、车辆环境的至少一部分。

此外，设备19包括第一2D摄像机24和另一2D摄像机25，其中，示意性地示出所述2D摄像机24、25的检测区域26、27。2D摄像机24、25的检测区域26、27分别包括位于有轨车辆4的侧面的、车辆环境至少一部分，其中，检测区域26、27包括有轨车辆4的不同的侧面区域。

示出的是，立体摄像机系统的2D摄像机20a、20b，旋转激光扫描装置22和2D摄像机24、25布置在有轨车辆4的车辆前部。尤其地，立体摄像机系统的2D摄像机20a、20b，旋转激光扫描装置22和2D摄像机24、25布置在有轨车辆4的顶盖区域中。

此外，示出了车辆横向方向yf和车辆竖直方向zf，它们构造了车辆坐标系。

此外，示出了惯性单元16，其用于车辆坐标系的全局参照化，并且因此立体摄像机系统的2D摄像机20a、20b的、旋转激光扫描装置22的和2D摄像机24、25的位置和定向的以及通过它们所产生的型廓数据和图像数据的全局参照化。

在图2中示出具有根据本发明的设备19的有轨车辆4的示意性侧视图。在此示出的是，车轮17布置在转向架18上。车轮17在导轨3上运行。在有轨车辆4的车厢14的下侧15上布置具有定位装置11的轨道方位确定装置1，所述定位装置具有位置固定部分11a和可运动的部分11b。在此，轨道方位确定装置1能够如在图3中所说明的轨道方位确定装置1那样地构造。此外，示出了车辆纵方向xf和车辆竖直方向zf。

此外，示出了用于检测有轨车辆4周围的车辆环境的设备19，其中，示出了仅仅一个旋转激光扫描装置22和一个示例性地从所述旋转激光扫描装置发射的激光射束23。

根据本发明的设备19实现了轨道中部的确定以及净空限界的确定。因此，能够确定可供使用的相对于轨道中部的净空的信息。

在图3中示出轨道方位确定装置1的示意性视图。轨道方位确定装置1包括构造为二维激光扫描装置2的、用于检测轨道的导轨3的横向型廓的型廓检测装置，所述轨道的导轨用于有轨车辆4。示意性地示出的是激光扫描装置2的检测区域5。此外，所述设备1包括轨道方位确定装置1的构造为摄像机6的图像检测装置。同样示意性地示出的是摄像机6的检测区域7。此外，轨道方位确定装置1包括两个照明装置8，其中，同样示意性地示出了光源的照明区域9。此外，轨道方位确定装置1包括间距传感器10。

此外，示出了用于引导从激光扫描装置2射出的、和要接收的光射束的镜子13。镜子13也布置在可运动的部分11b上，尤其布置在壳体12中。

在此，镜子13构造出前述的用于引导射束和/或形成射束的器件。在此，镜子13尤其是能移动的，也就是能以一个或多个平移运动来运动，并且是能扭转的，也就是能以一个或多个旋转运动来运动。

这以有利的方式实现了以如下方式来布置激光扫描装置2：所述激光扫描装置以其检测区域7不是朝向导轨3地取向，而是横向于导轨3地取向。由此，能够使轨道方位确定装置1的安装空间、尤其使沿着有轨车辆4的竖直方向zf的高度最小化。

此外，设备1包括定位装置11。所述定位装置11包括位置固定部分11a和能相对于位置固定部分11a运动的可运动的部分11b。所述可运动的部分11b能够通过可运动的滑架来紧固在位置固定部分11c上。可运动的部分11b包括壳体12或具有该壳体。此外，可运动的部分11b能够包括或者说构成支架装置。因此，壳体12也能够被称为支架壳体。在可运动的部分11b上、尤其在壳体12内部布置有激光扫描装置2、摄像机6、照明装置8以及间距传感器10。自然能够想到间距传感器10布置在支架壳体12之外。在此，间距传感器10的至少一部分布置在支架壳体12的外壁之外。

在此，壳体12能够具有相应的开口，尤其是在壳体12的下侧，以便实现检测到和/或照明到导轨3从壳体12出来，也就是从壳体12的内部空间出来。

示出的是，激光扫描装置2和摄像机6以如下方式紧固在定位装置11上：检测区域5、7交叠并且分别包括导轨3。在此，照明装置8以如下方式布置在定位装置11上：照明区域9同样与检测区域5、7交叠并且因此照亮导轨3。

未示出的是，定位装置11的坐标系，所述坐标系例如能够相对于可运动的部分11b位置固定地布置。激光扫描装置2、摄像机6和照明装置8相对于定位装置11的坐标系的位置和/或定向是能调整的。尤其能够在时间上在轨道方位确定装置1运行之前、尤其在有轨车辆4行驶运行之前调整期望的位置和/或定向，其中，在轨道方位确定装置1运行期间保持所述位置和/或定向不改变。

在此，镜子13相对于定位装置11的坐标系的位置和/或定向也能够是可改变的，尤其能够以促动器支持的方式改变。在此，尤其也在轨道方位确定装置1的运行期间、尤其在有轨车辆4的行驶运行期间、尤其在激光扫描装置2的运行期间进行改变。

定位装置11的位置固定部分11a例如能够包括线性驱动器的部分，尤其是用于驱动所述可运动的部分11b的步进马达。此外，定位装置能够包括或构成用于相对于位置固定部分11a直线引导可运动的部分11b的引导器件。因此，通过定位装置11提供线性驱动。

示出的是，定位装置11、尤其是位置固定部分11a紧固在有轨车辆4的车厢14上、尤其是在车厢14的下侧上。

此外，示出了车辆坐标系，其中，示出了车辆横向方向yf和车辆竖直方向zf。在图1中，车辆纵方向xf(见图2)与附图平面正交地定向并且朝向观察者定向。在此，定位装置11以如下方式构造并且布置在有轨车辆4上：可运动的部分11b、尤其是激光扫描装置2能沿着笔直的轨迹运动，其中，笔直的轨迹平行于车轮横向方向yf地定向。

在此，车辆纵方向xf能够平行于有轨车辆4的横摇轴线(Rollachse)定向，车辆横向方向yf平行于有轨车辆4的车辆俯仰轴线定向，并且车辆竖直方向zf平行于有轨车辆4的车辆偏航轴线(Fahrzeuggierachse)定向。

间距传感器10检测可运动的部分11b与有轨车辆4的参考区段的间距、尤其检测与车厢14的区段的间距。在此，能够连续地检测定位装置11、尤其是可运动的部分11b相对于车辆坐标系的位置和/或定向，并且因此连续地检测轨道方位确定装置1的激光扫描装置2、摄像机6和其他部分相对于车辆坐标系的位置和/或定向。

替代地或累加地，所述间距传感器10或一个另外的未示出的间距传感器能够检测两个在图1示出的设备1a、1b之间的间距、尤其检测在两个设备1a、1b的定位装置11的可运动的部分11b之间的间距。

此外，轨道方位确定装置1包括有轨车辆4的、构造为惯性单元16的方位确定装置。所述惯性单元相应于设备19的在图1和图2中示出的惯性单元16。所述惯性单元实现了确定有轨车辆4在未示出的全局参考坐标系中的位置和/或定向。这又实现了确定轨道方位确定装置1的激光扫描装置2、摄像机6和其他部分相对于全局参考坐标系的方位，并且尤其确定由激光扫描装置2所产生的型廓数据和由摄像机6所产生的图像数据相对于全局参考坐标系的方位。

支架壳体12能够通过未完全示出的线性单元平移式运动，以便使壳体11并且因此使激光扫描装置2和摄像机6跟随相对于车厢14运动的导轨型廓。在此，支架壳体12能够是线性单元的部分或紧固在线性单元的一部分上、尤其在线性单元的可运动的部分11b上。通过镜子13能够改变检测区域5的位置和/或定向。由此，能够以有利的方式考虑到在车厢14、壳体12和导轨3的上棱边之间的不同间距，例如在不同的有轨车辆4的情况下。自然也能设想如下的实施方式，在所述实施方式中，激光扫描装置2以如下方式取向：导轨3直接地、也就是说在没有镜子13的情况下处在扫描装置2的检测区域5中。

在此，由轨道方位确定装置1的、构造为摄像机6的图像检测装置所产生的影像或者说图像数据以已知的图像处理算法来处理。在此，尤其能够基于图像地确定定位装置11的可运动的部分11b相对于导轨3的定向，也就是通过分析利用图像数据来确定。但是，通过分析利用图像数据也能够识别出激光扫描装置2的故障探测或故障功能。

所述设备19并且尤其还有轨道方位确定装置1能够安装在任意的城铁、地铁或标准轨的车厢上。

整体上，除了在确定轨道方位以外，轨道方位确定装置1实现了确定或检测导轨或者说轨道的轨距、半径、竖直曲率以及坡度。此外，也能够确定导轨型廓和所述导轨型廓的质量。

Claims (9)

1.用于检测有轨车辆(4)的车辆环境的设备，其中，所述设备(19)包括至少一个第一图像检测装置，其中，所述第一图像检测装置构造为3D图像检测装置，其中，所述设备(19)包括至少一个轨道方位确定装置(1、1a、1b)，

其特征在于，

所述轨道方位确定装置(1、1a、1b)包括至少一个型廓检测装置，用于检测轨道的至少一个导轨(3、3a、3b)的型廓，其中，所述轨道方位确定装置(1、1a、1b)包括至少一个定位装置(11)，其中，所述至少一个型廓检测装置通过所述定位装置(11)能够沿着下述轨迹以笔直的运动来运动，所述轨迹平行于所述有轨车辆(4)的车辆横向轴线地定向；

其中定位装置包括位置固定部分和可运动的部分，其中所述位置固定部分包括用于驱动所述可运动的部分的线性驱动器的部分，以及所述定位装置包括用于相对于位置固定部分沿着笔直的轨迹引导可运动的部分的引导器件。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备(19)包括至少一个另外的图像检测装置，其中，所述至少一个另外的图像检测装置构造为2D图像检测装置。

3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(19)包括至少一个激光扫描装置。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述激光扫描装置构造为旋转激光扫描装置(22)。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备(19)包括至少一个方位确定装置，用于确定所述有轨车辆(4)的绝对位置和/或绝对定向。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备(19)包括至少一个方位确定装置，用于确定所述有轨车辆(4)的绝对位置和/或绝对定向。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备(19)包括至少一个方位确定装置，用于确定所述有轨车辆(4)的绝对位置和/或绝对定向。

8.有轨车辆，包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的设备(19)，其中，所述设备(19)紧固在所述有轨车辆(4)上。

9.用于检测有轨车辆(4)的车辆环境的方法，其中，所述车辆环境通过至少一个第一图像检测装置来成像，其中，所述第一图像检测装置构造为3D图像检测装置，其中，附加地通过轨道方位确定装置来确定用于所述有轨车辆(4)的轨道的轨道方位，

其特征在于，

所述轨道方位确定装置(1、1a、1b)包括至少一个型廓检测装置，用于检测所述轨道的至少一个导轨(3、3a、3b)的型廓，其中，所述轨道方位确定装置(1、1a、1b)包括至少一个定位装置(11)，其中，所述至少一个型廓检测装置通过所述定位装置(11)能够沿着下述轨迹以笔直的运动来运动，所述轨迹平行于所述有轨车辆(4)的车辆横向轴线地定向；

其中定位装置包括位置固定部分和可运动的部分，其中所述位置固定部分包括用于驱动所述可运动的部分的线性驱动器的部分，以及所述定位装置包括用于相对于位置固定部分沿着笔直的轨迹引导可运动的部分的引导器件。