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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur fahrzeugseitigen Überwachung
eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes, bestehend aus einer Mehrzahl
aneinandergekoppelter Fahrzeuge. Die Erfindung betrifft auch ein
Verfahren zum Detektieren einer Trennung des Fahrzeugverbandes,
ein Verfahren zum Detektieren einer Ladungsverschiebung und ein
Verfahren zum Detektieren einer Entgleisung eines Fahrzeugverbandes.
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Derzeit
wird in der Praxis die Vollständigkeit von
schienengebundenen Fahrzeugverbänden
ausschließlich
mit Vorrichtungen auf der Strecke bestimmt. Aus dem Stand der Technik
sind zudem Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die eine fahrzeugseitige
und nicht wie derzeit eine streckenseitige Ermittlung der Zugvollständigkeit
ermöglichen.
Diese sind zum Teil in bestimmten Zügen heute bereits im Einsatz
Beispielsweise aus der
DE
101 12 920 A1 ,
DE
198 02 896 A1 ,
DE
198 28 906 C1 ,
DE
198 33 279 A1 ,
DE
199 02 777 A1 ,
DE
199 22 267 A1 ,
DE 199
30 252 A1 ,
DE
199 33 789 A1 ,
DE
298 23 381 U1 und
DE
298 24 583 U1 bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur
zugseitigen Vollständigkeitskontrolle nutzen
die Druckluftleitung zur Ansteuerung der Bremsen, die sich in jedem
Zugverband befindet. Dabei werden die Druck- und/oder Volumensignale
in der Druckluftleitung kontinuierlich gemessen und ausgewertet,
wobei anhand geeigneter Charakteristika auf eine Zugtrennung geschlossen
wird.
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Aus
der
DE 100 46 860
A1 und
EP
1 316 489 A2 ist weiterhin ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Zugvollständigkeitskontrolle
bekannt, bei dem ein elektrisches Signal auf eine durch den gesamten Zugverband
laufende elektrische Leitung übertragen und
ausgewertet wird.
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Weiterhin
ist in der
DE 197
23 309 A1 und
DE 100
54 230 C1 ein Verfahren offenbart, bei der die Position
zumindest des ersten und des letzten Fahrzeuges eines Zugverbandes
ermittelt und anhand dieser beiden Positionen unter Verwendung eines Streckenatlas
die Zuglänge
bestimmt wird. Überschreitet
die Zuglänge
dabei einen vordefinierten Toleranzbereich, so kann auf eine Zugtrennung
geschlossen werden.
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In
der
DE 101 07 571
A1 und
DE
102 48 246 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem auf
eine Zugtrennung genau dann geschlossen wird, wenn das Funksignal
eines zumindest auf dem letzten Fahrzeug eines Fahrzeugverbandes
installierten Funksenders am nächstliegenden
Funkempfänger nicht
mehr vollständig
empfangen werden kann. Hierbei können
vorzugsweise auch moderne Kurzdistanz-Kommunikationseinrichtungen, wie z.
B. nach dem DECT- oder Bluetooth-Standard, verwendet werden.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199
51 259 A1 eine Einrichtung zur Erkennung der Zugvollständigkeit
bekannt, die aus einer Sende- und Empfangseinrichtung jeweils am
Triebwagen und am letzten Fahrzeug des Fahrzeugverbandes besteht,
wobei der Sender ein moduliertes Signal in Form einer elektromagnetischen
Welle abgibt und der jeweils andere Empfänger dieses Signal auf die
Laufdauer und Signalstärke hin
untersucht und mit einem vorab gespeicherten Sollwert vergleicht.
Liegt das Signal nicht im Sollwertbereich, so wird ein Fehlersignal
an einen Fahrsicherheitsrechner gesendet.
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Die
DE 198 32 602 A1 und
DE 199 63 258 A1 beschreiben
jeweils ein Verfahren zur Zuglängenbestimmung
und Zugvollständigkeitskontrolle,
wobei der Fahrzeugverband zu einem gleisseitigen Streckenelement
eine Funkverbindung aufbaut und nach Passieren des Streckenelements
die von einem gleisseitigem Sensor ermittelten Signale erhält.
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Hauptnachteil
der gleisseitigen Zugvollständigkeitskontrolle
mittels Achszähler
und Gleisstromkreise ist der hohe Investitionsbedarf und die mit
der ortsgebundenen Technik einhergehende Unflexibilität. Da die
Gleisstromkreise und Achszähler
jeweils einen Streckenabschnitt fester Position und Länge überwachen,
hat ihre Anzahl und Anordnung direkten Einfluss auf die Streckenkapazität. Eine
Erhöhung der
Kapazität
ist somit nur durch kostenintensiven Umbau der Strecke möglich. Im
Gegensatz zu den stark befahrenen Hauptstrecken bei denen die Streckenauslastung
den hohen Investitionsbedarf rechtfertigt, werden im Bereich der
Nebenstrecken mit geringem Verkehrsaufkommen solche Investitionen nicht
getätigt.
Dies führt
letzten Endes zu einer schlechten Ausnutzung der Kapazität der Strecke und
auf Grund des Kostendrucks droht ein massiver Streckenrückbau.
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Des
Weiteren besteht das Problem, dass sich die Anlagen auf der Strecke
selbst befinden, was eine kostenintensive Wartung erfordert, da
sich das Wartungs- und Instandhaltungspersonal an den Einbauort
begeben muss. Außerdem
sind die Anlagen erheblichen Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit
etc. ausgesetzt, was zu einer hohen Belastung und einer kurzen Lebensdauer
führt.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren
zur fahrzeugseitigen Überwachung
der Zugvollständigkeit über die Bremsleitung,
besteht der Nachteil, dass diese Systeme mit großen Unsicherheiten behaftet
sind. Auf Grund der hohen Druckschwankungen durch das Anlegen und
Lösen der
Bremsen und der im Falle von Veränderungen
in der Zugzusammensetzung sind betriebliche Handlungen an den Kupplungen
notwendig, wobei diese Handlungen hohe Kosten für Personal und zeitliche Verzögerungen
mit sich bringen, die heutzutage nicht mehr vertretbar sind. Dies
gilt im gleichen Maße
auch für
die anderen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und
Verfahren. So sind Vorrichtungen, die die Zugvollständigkeitsüberprüfung anhand
der elektrischen Leitungen realisieren, nur bei Personenzügen anwendbar,
da diese zusätzlich
noch über
elektrische Leitungen zur Stromversorgung der einzelnen Fahrzeuge
verfügen. Dies
ist jedoch bei einem Güterzug
nicht möglich,
da ein Großteil
der Fahrzeuge nicht über
elektrische Leitungen verfügt.
Ein Nachrüsten
mit elektrischen Leitungen ist jedoch aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll.
Dies gilt im besonderem Maße
auch für
jene Vorrichtungen und Verfahren, bei denen die Zugvollständigkeit
unter zu Hilfenahme von Satellitenortungssystemen und/oder modernen
Funkkommunikationseinrichtungen überwacht
wird.
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Des
Weiteren ist aus einem Projekt des Fraunhofer Instituts für Verkehrs-
und Infrastruktursysteme
(www.ivi.fraunhofer.de/frames/german/projects/ger_hinderniserk.html)
bekannt, wie mittels von an einem Triebfahrzeug montierten Videokameras eine
kontinuierliche Überwachung
des voraus liegenden Fahrweges des Zugverbandes realisiert werden kann,
um rechtzeitig Hindernisse, wie Personen, Fahrzeuge oder andere
Gegenstände
erkennen zu können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung und ein
Verfahren zur fahrzeugseitigen Überwachung
eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes anzugeben, die ohne eine
streckenseitige Infrastruktur auskommt.
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Die
Aufgabe wird mit der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Vorrichtung mindestens einen bildgebenden Sensor aufweist,
wobei mindestens einer der bildgebenden Sensoren oberhalb eines
oberen äußeren Abschlusses
noch in zulässigen
Lichtraum der zu überwachenden
Fahrzeuge des Fahrzeugverbandes angeordnet und in entgegengesetzter
Fahrtrichtung des Fahrzeugverbandes ausgerichtet ist, und dass die
Vorrichtung mindestens eine Datenverarbeitungsanlage aufweist, die
mit mindestens einem der bildgebenden Sensoren verbunden ist, wobei
die Datenverarbeitungsanlage zum Empfangen von Bilddaten des mindestens
einen bildgebenden Sensors und zum Detektieren eines Zustan des des
Fahrzeugverbandes in Abhängigkeit
der empfangenen Bilddaten eingerichtet ist.
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Dadurch
wird es möglich,
dass bestimmte Zustände
des Fahrzeugverbandes ohne kostenintensive und streckenseitige Infrastruktur
ermittelt werden können.
Des Weiteren ist die Vorrichtung so ausgelegt, dass teure Investitionen
bzw. Umbaumaßnahmen
an den Fahrzeugen selbst nicht notwendig werden. Lediglich bildgebende
Sensoren, vorzugsweise auf dem Dach des Triebfahrzeugs, und entgegengesetzt
der Fahrtrichtung sowie eine geeignet programmierte Datenverarbeitungsanlage
müssen installiert
werden, um die Zustände
des schienengebundenen Fahrzeugverbandes überwachen zu können. Somit
werden die notwendigen Umbaumaßnahmen
bzw. Installationen auf das Triebfahrzeug beschränkt. Teure Umbaumaßnahmen
an den anderen Fahrzeugen des Fahrzeugverbandes, wie zum Beispiel
moderne Kommunikationseinrichtungen oder eine durchgehende elektrische
Leitung sind nicht erforderlich. Dies ist aus ökonomischer und betriebswirtschaftlicher
Sicht besonders vorteilhaft, weil der technische Zustand der einzelnen
Fahrzeuge des Fahrzeugverbandes nicht berücksichtigt werden muss.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Datenverarbeitungsanlage zum Ausführen von
automatischen Bilderkennungsprogrammen geeignet ist. Damit können die
von den bildgebenden Sensoren aufgenommenen Bilder automatisch hinsichtlich
ihres Bildinhaltes oder einer Veränderung von Bildinhalten in
aufeinanderfolgenden Bildern ausgewertet und das Ergebnis zur Erkennung
des Zustands des Fahrzeugverbands genutzt werden.
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In
einer besonderen Ausführungsform
ist die Datenverarbeitungsanlage zum Detektieren einer Trennung
des Fahrzeugverbandes in Abhängigkeit der
empfangenen Bilddaten eingerichtet. Dabei wird der Fahrzeugverband
in einem durch die bildgebenden Sensoren erzeugten Bild aufgrund
der optischen Verzerrung als Bildschatten im unteren Bereich des Bildes
detektiert. Erfolgt eine Trennung des Fahrzeugverbandes, so wird
in dem kontinuierlich erzeugten Bild ein zweiter Bildschatten sichtbar,
der den abgetrennten Teil des Fahrzeugverbandes darstellt und sich
in Richtung des oberen Bildrandes verschiebt. Dieser zweite Bildschatten,
sowie dessen Ver schiebung werden von der Datenverarbeitungsanlage
erkannt und als Trennung des Fahrzeugverbandes gewertet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Datenverarbeitungsanlage auch zum Detektieren einer Ladungsverschiebung
vorgesehen. Dies wird von der Datenverarbeitungsanlage daran erkannt,
dass sich ein Teil des Bildschattens entlang der y-Achse bzw. entlang
einer horizontalen Ebene des Bildes verschiebt. Eine solche Verschiebung
kann unter gewissen Umständen
auch als eine Entgleisung eines Fahrzeuges des Fahrzeugverbandes
detektiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die bildgebenden Sensoren durch Videokameras
realisiert werden. Dabei können
zum einen Videokameras verwendet werden, die Bilder im herkömmlichen,
sichtbaren Bereich des Lichtes erzeugen. Der Vorteil dabei ist,
dass diese Technik preiswert und kompakt ist. Denkbar sind aber
auch Videokameras, die nicht nur im sichtbaren Bereich arbeiten,
sondern auch im Infrarotbereich. Dies ist besonders dann geeignet, wenn
aufgrund von Lichtmangel oder gestörter Sicht, zum Beispiel nachts
oder bei Schneefall, Videokameras im sichtbaren Bereich keine verwertbaren
Bilder mehr liefern. Des Weiteren ist aber auch denkbar, dass Radar-
oder Lasertechnik für
die bildgebenden Sensoren verwendet werden, um sehr genaue witterungsunabhängige Darstellungen
zu erhalten.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, die verschiedenen bildgebenden Techniken miteinander zu
kombinieren, um z.B. Redundanzen und Ausfallsicherheiten zu schaffen,
aber auch um eine in bestimmten Bereichen verbesserte Auflösung zu
schaffen. So kann z.B. mit einem Laserscanner der kritische Bereich
des Fahrzeugverbandes höher
aufgelöst
werden, als der Rest des Bildes.
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Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung der eingangs
genannten Art mit einer Alarmeinheit verbunden ist, um bei einem
von der Vorrichtung detektierten kritischen Zustand des Fahrzeugverbandes
das zuständige
Personal darüber
zu informieren. Dabei ist es auch denkbar, dass die Vorrichtung
mit dem Bremssystem des Fahrzeugverbandes verbunden ist und bei
einer detektierten Trennung des Fahrzeugverbandes automatisch das
Auslösen
einer Bremsung veranlasst. Auch denkbar ist, dass die von der Vorrichtung
detektierten Zustände an
ein entsprechendes externes Leit-, Steuerungs- oder Sicherungssystem,
vorzugsweise mittels drahtloser Übertragung, übertragen
werden.
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Die
Aufgabe wird zudem mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
16 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – schematische
Darstellung der Vorrichtung zur fahrzeugseitigen Überwachung
eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes;
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2 – Darstellung
eines aus den Bilddaten der bildgebenden Sensoren resultierenden
Bildes;
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3 – Darstellung
eines Bildes bei einer Trennung des Fahrzeugverbandes;
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4 – Darstellung
einer Achseneichung zur Erkennung von Ladungsverschiebung und/oder Entgleisungen.
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung der Vorrichtung der eingangs genannten
Art. Bei einem Triebfahrzeug 11 eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes 12 sind
auf dem Dach des Triebfahrzeugs 11 bildgebende Sensoren 13 montiert,
deren Blickfeld 14 entgegengesetzt der Fahrtrichtung, also
nach hinten, ausgerichtet ist. Die bildgebenden Sensoren 13 erfassen
dabei sowohl den Horizont, als auch die an das Triebfahrzeug angehängten Fahrzeuge 15,
sowie die Bereiche 16 zwischen den Fahrzeugen 15.
Aufgrund der optischen Verzerrung, die durch den flachen Winkel
des Blickfeldes der Sensoren 13 zu den angehängten Fahrzeugen 15 entsteht, werden
die Bereiche 16 zwischen den Fahrzeugen 15, in
denen die angehängten
Fahrzeuge 15 miteinander verbunden werden, in dem aus den
Bilddaten resultierenden Bild als schwarzer Strich dargestellt. Der
mindestens eine bildgebende Sensor 13 ist weiterhin mit
einer Datenverarbeitungsanlage 17 verbunden, die ein geeignetes
Programm zur Auswertung der vom bildgebenden Sensor 13 aufgenommenen
Bilder und Erfassung des Zustandes des Fahrzeugverbandes 12 in
Abhängigkeit
vom Auswertungsergebnis ausführt.
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In 2 ist
eine Darstellung eines aus den Bilddaten der bildgebenden Sensoren
resultierenden Bildes erkennbar. Aufgrund der optischen Verzerrung werden
alle an das Triebfahrzeug angehängten nachfolgenden
Fahrzeuge, die sich im Blickfeld 14 der Sensoren befinden,
als Bildschatten 21 im unteren Bereich des erzeugten Bildes
dargestellt. Die Kupplungszwischenräume aus 1 werden
ebenfalls aufgrund der optischen Verzerrung als schwarze Linien 22 dargestellt.
Des Weiteren befinden sich im Blickfeld 14 der bildgebenden
Sensoren sowohl der Horizont 23 als auch der sichtbare
Teil der bereits durchgefahren Schienenstrecke 24.
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In 3 ist
eine Darstellung eines Bildes bei einer Trennung des Fahrzeugverbandes
erkennbar. Im unteren Bereich des erzeugten Bildes ist wieder der
Bildschatten 21 des Fahrzeugverbandes erkennbar. Die Bereiche
zwischen den Fahrzeugen werden wieder als schwarze Linien 22 dargestellt.
Wird ein Teil des Fahrzeugverbandes unvorhergesehen abgetrennt,
so erscheint in dem von den bildgebenden Sensoren erzeugten Bild
ein weiterer Bildschatten 31, der sich im weiteren Verlauf
in Richtung des oberen Randes des Bildes verschiebt. Die an die
bildgebenden Sensoren angekoppelte Datenverarbeitungsanlage ist
dabei derart eingerichtet, dass sie zum Ausführen eines automatischen Bilderkennungsprogrammes
geeignet ist. Die Datenverarbeitungsanlage mit dem Bilderkennungsprogramm
kann bei einer unvorhergesehenen Trennung des Fahrzeugverbandes
den zweiten Bildschatten 31 des abgehängten Teils detektieren, sowie
deren Verschiebung in Richtung des oberen Bildrandes. Wird ein solcher
Vorgang von der Datenverarbeitungsanlage detektiert, so wird auf
eine Trennung geschlossen und die entsprechenden Maßnahmen
werden eingeleitet. Die entsprechenden Maßnahmen können zum Beispiel eine automatische
Bremsung sein, aber auch das Informieren des Zugpersonals oder das Übertragen
entsprechender Informationen an das entsprechende Leit-, Steuerungs-
oder Sicherungssystem des Fahrzeugverbandes.
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Vorteilhaft
ist dabei, wenn die Datenverarbeitungsanlage derart eingerichtet
ist, dass sie bei einer Trennung des Fahrzeugverbandes erkennen
kann, an welcher Stelle der Fahrzeugverband getrennt wurde. Dies
könnte
zum Beispiel dadurch geschehen, dass die Bereiche zwischen den Fahrzeugen,
dargestellt als schwarze Linien 22, in dem Bildschatten 21 bei
der Initialisierung gezählt
und kontinuierlich verglichen werden. Bei einer unvorhergesehenen
Trennung des Fahrzeugverbandes kann dann genau ermittelt werden,
in welchem Bereich zwischen den Fahrzeugen die Trennung stattgefunden
hat.
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4 zeigt
eine Darstellung einer Achseneichung. Bei der Initialisierung eines
neu zusammengestellten Fahrzeugverbandes muss die Vorrichtung derart
initialisiert werden, dass alle relevanten Informationen von den
bildgebenden Sensoren erfasst werden. Bei der Achseneichung werden
dann die einzelnen angehängten
Fahrzeuge des Fahrzeugverbandes im Bild entlang einer y-Achse ausgerichtet. Des
Weiteren wird das gesamte Bild an einer x-Achse ausgerichtet, die
mittig zu der nachlaufenden Gleisanlage 24 ausgerichtet
ist. Entsteht eine Ladungsverschiebung bzw. eine Entgleisung eines Fahrzeugs
des Fahrzeugverbandes, so verschiebt sich der entsprechende Bereich
im Bildschatten 21 entlang der y-Achse. Aufgrund einer
vorigen Achseneichung und Ausrichtung der einzelnen Fahrzeuge an
einer y-Achse kann eine solche Verschiebung von der Datenverarbeitungsanlage
erkannt werden.
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Jedoch
werden von der Datenverarbeitungsanlage nur solche Veränderungen
berücksichtigt,
die über
einen vorher festgelegten Deltabereich hinausgehen. Ein solcher
festgelegter Deltabereich muss dabei derart groß gewählt werden, dass nicht kleine Veränderungen,
zum Beispiel aufgrund der Streckentopologie, von der Datenverarbeitungsanlage
als Trennung des Fahrzeugverbandes erkannt werden. Es können aber
auch Tiefpassfilterungen zum Einsatz kommen, die solche Abweichungen
herausfiltern.