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Die Erfindung betrifft eine Ortungsvorrichtung zur Ermittlung einer Position von fahrweggebundenen Fahrzeugen, wobei die Vorrichtung mindestens einen bildgebenden Sensor aufweist, der zum Anbringen an einem fahrweggebundenen Fahrzeug und zum Aufnehmen von Bildinformationen von an den Fahrweg angeordneten Streckenkilometrierungselementen vorgesehen ist, die Vorrichtung eine Auswerteeinheit hat, die mit dem mindestens einen bildgebenden Sensor verbunden und zum Empfang der aufgenommenen Bildinformationen eingerichtet ist, und die Auswerteeinheit zum Ermitteln der Position des fahrweggebundenen Fahrzeugs in Abhängigkeit der die Streckenkilometrierungselemente enthaltenen Bildinformationen eingerichtet ist.
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Das System Eisenbahn ist aufgrund des Stahl-Stahl-Kontaktes zwischen Rad und Schiene gekennzeichnet durch lange Bremswege. Diese langen Bremswege machen es erforderlich, dass die aktuelle Position der auf dem Netz der Eisenbahn befindlichen Fahrzeuge bekannt ist. Hier ist es insbesondere erforderlich, dass sowohl eine Ortung in Gleisquerrichtung als auch in Gleislängsrichtung erfolgt.
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Die Bestimmung der Position eines schienengebundenen Fahrzeuges bzw. eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes erfolgt derzeit streckenseitig, d. h. mit Hilfe von an der Bahnstrecke installierten Einrichtungen wird die Position eines schienen-gebundenen Fahrzeuges bestimmt. Die dafür notwendige streckenseitig verbaute Sensortechnik ist dabei sehr wartungsintensiv, was zu hohen Kosten führt und gerade für weniger befahrene Strecken nicht wirtschaftlich ist.
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Solche streckenseitig verbauten Infrastruktureinrichtungen sind z. B. Gleiskontakte oder Achszähler, die beim Überfahren durch einen schienengebundenen Fahrzeugverband ein Signal auslösen, durch das der schienengebundene Fahrzeugverband an diskreten Punkten geortet werden kann.
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Aus der
DE 197 48 602 A1 ist ein solcher Achszähler bekannt, der eine Sensorspule aufweist, welche in einem Oszillatorkreis eingebunden ist und mit einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird. Bei Durchgang einer das magnetische Wechselfeld beeinflussenden Masse, z. B. ein Eisenbahnrad, erfährt dieses Wechselfeld und der damit verbundene Oszillatorkreis eine Dämpfung, welche als elektrisches Zählsignal für eine Achse ausgewertet werden kann. Ein solches Achszählsignal kann dabei auch als Ortungsinformation sowohl in Gleisquer- als auch in Längsrichtung verwendet werden.
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Aus der
DE 195 29 986 A1 ist eine Vorrichtung zur Ortung von schienengebundenen Fahrzeugen bekannt. Die Vorrichtung hat eine optische Aufnahmeeinheit, mit der der vor dem Schienenfahrzeug liegende Weg optisch erfasst wird. Dieses so während des Befahrens des Weges erfasste optische Bild wird dann mit Hilfe eines Referenzbildes verglichen, wobei in Abhängigkeit des Vergleiches des aktuell aufgenommenen Bildes mit dem Referenzbild die Position des Schienenfahrzeuges ermittelbar ist. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der
AT 008832 U1 bekannt.
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Aus der
DE 39 26 231 A1 ist ein System bekannt, bei dem mit Hilfe einer Videokamera ein Videosignal während der Fahrt aus Sicht des Fahrers aufgenommen wird. Das auf einen Videorekorder aufgenommene Videosignal wird dabei hinsichtlich negativer Eigenschaften untersucht, wobei bei einer Feststellung von negativen Eigenschaften mit Hilfe einer Mischvorrichtung ein Markersignal in das Videosignal hinterlegt wird, so dass zu einem späteren Zeitpunkt die negativen Eigenschaften schnell wieder aufgefunden werden können.
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Aber auch bei anderen, fahrweggebundenen Fahrzeugen, wie z. B. bei der Binnenschifffahrt, ist eine Positionsermittlung des Fahrzeuges auf dem Fahrweg notwendig, um eine sichere Bewegung der Fahrzeuge zu gewährleisten und Kollisionen mit anderen Fahrzeugen auf dem Fahrweg zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Vorrichtung zur Positionsermittlung von fahrweggebundenen Fahrzeugen anzugeben, die insbesondere fahrzeugseitig realisiert werden kann.
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Die Aufgabe wird mit der Ortungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Auswerteeinheit zum Ermitteln der auf den Streckenkilometrierungselementen angegebenen Streckenkilometrierungsangaben in Abhängigkeit der aufgenommenen Bildinformationen eingerichtet ist und zum Ermitteln der Position des Fahrzeuges in Abhängigkeit mindestens einer ermittelten Streckenkilometrierungsangabe eingerichtet ist.
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Dadurch wird es möglich, die Position eines fahrweggebundenen Fahrzeuges, insbesondere in Fahrweglängsrichtung, mittels der an dem Fahrweg angebrachten Kilometrierungen fahrzeugseitig zu bestimmen. Solche Kilometrierungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So weisen zum Beispiel Autobahnen am Rand in regelmäßigen Abständen so genannte Kilometersteine auf, die eine Kilometerangabe seit Streckenbeginn angeben. Aber auch bei der Binnenschifffahrt sind solche Kilometrierungen bekannt. So werden in der Regel am Uferbereich große Blechtafeln aufgestellt, auf der eine Kilometerangabe zu erkennen ist, die die Strecke von der Quelle des Flusses bis zur der Position der betreffenden Blechtafel angibt. Bei dem System Eisenbahn werden solche Kilometrierungen mit Hilfe so genannter Hektometertafeln realisiert. Solche Hektometertafeln werden am Streckenrand aufgestellt und unterteilen die Fahrstrecke in bestimmte Streckenkilometer.
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Durch das Erkennen der an dem Fahrwegrand aufgestellten Streckenkilometrierungselementen, wie zum Beispiel Kilometersteine oder Hektometertafeln, kann bis auf wenige Meter genau die Position des Fahrweges auf dem Fahrweg, insbesondere in Fahrweglängsrichtung, bestimmt werden. Ein Streckenkilometrierungselement ist dabei ein an einem Fahrweg angeordnetes Element, das an seiner aufgestellten Position die Entfernung (z. B. eine Kilometerangabe), gemessen von einem Streckenbeginn an, enthält und detektierbar (z. B. optisch, akustisch, per Funk, u. s. w.) ist.
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Unter einem fahrweggebundenen Fahrzeug versteht man dabei all jene Fahrzeuge, die aufgrund ihrer Natur an einen bestimmten Fahrweg gebunden sind und von der von dem Fahrweg vorgegebenen Streckenführung abhängig sind. Dies betrifft insbesondere Schienenfahrzeuge, die sehr stark an die vorgegebene Streckenführung gebunden sind. Aber auch Binnenschiffe und Straßenfahrzeuge sind an die Streckenführung des jeweiligen Fahrweges gebunden, wenn auch nicht so stark eingeschränkt wie bei schienengebundenen Fahrzeugen.
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Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, die an dem Fahrwegrand angebrachten Streckenkilometrierungselemente mit Hilfe von bildgebenden Sensoren aufzunehmen und deren Bildinformationen bzw. Bilddaten derart auszuwerten, dass deren angebrachte Streckenkilometrierungsangabe, d. h. die Kilometer seit Streckenbeginn, ermittelt werden kann. Mit Hilfe dieser ermittelten Streckenkilometrierung kann dann die Position des Fahrzeuges auf dem betreffenden Fahrweg ermittelt werden.
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Die bildgebenden Sensoren können dabei z. B. Videokameras sein, die im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung des Lichtes arbeiten, um die entsprechenden Bildinformationen aufzunehmen. Bei schlechtem Wetter oder bei Dunkelheit ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein bildgebender Sensor zu Aufnahme von Bildinformationen im infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung ein-gerichtet ist, damit die Vorrichtung auch bei schlechten Witterungsverhältnissen oder bei Dunkelheit zuverlässige Ergebnisse liefert.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die bildgebenden Sensoren zur Aufnahme der Bildinformationen mittels Radar- oder Lasertechnik eingerichtet sind. Diese Systeme bieten den Vorteil, dass sie völlig unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen auswertbare Bildinformationen liefern können.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit derart eingerichtet, dass sie die entsprechenden Streckenkilometrierungselemente wie Kilometersteine oder Hektometertafeln in den aufgenommenen Bildinformationen erkennen kann. Dabei werden die bildgebenden Sensoren derart auf den Fahrwegrand ausgerichtet, dass sie einen grollen Bereich der Umgebung aufnehmen. Die Auswerteeinheit ist nun in der Lage, in den aufgenommenen Bildinformationen genau den Bereich zu erkennen, der das entsprechende Streckenkilometrierungselement am Rand des Fahrweges enthält, so dass für die vorliegende Erfindung unwichtige Informationen ausgeblendet werden können.
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Die Auswerteeinheit ermittelt die auf dem Kilometrierungselement angegebene Streckenkilometrierungsangabe aus den aufgenommenen Bilddaten, so dass eine Information darüber vorliegt, am wievielten Kilometer seit Streckenbeginn sich das Fahrzeug befindet. Aus dieser Information kann dann die Position des Fahrzeuges abgeleitet werden.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung eine Datenverarbeitungsanlage, zum Beispiel eine Rechnereinheit, auf, die Mittel zum Hinterlegen von Positionen der Streckenkilometrierungselemente aufweist. Solche Mittel können zum Beispiel eine Datenbank sein. In dieser Datenbank können dann die verschiedenen exakten Positionen eines jeden Streckenkilometrierungselementes bzgl. des jeweiligen Fahrweges abgespeichert werden. Damit die Auswerteeinheit auf die hinterlegten Positionen zugreifen kann, ist sie mit der Datenverarbeitungsanlage in geeigneter Weise verbunden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Positionen der Streckenkilometrierungselemente in einer digitalen Karte, insbesondere in einem digitalen Streckenatlas des betreffenden Fahrweges, hinterlegt werden.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es nun, wenn die Position des Fahrzeuges anhand einer hinterlegten Position eines die ermittelte Streckenkilometrierungsangabe betreffenden Streckenkilometrierungselementes ermittelt wird. Dazu wird zunächst mittels der Vorrichtung ein am Fahrwegrand befindliche Streckenkilometrierungsangabe ermittelt. Aus der Hinterlegung der Positionen der Streckenkilometrierungselemente wird nun das Streckenkilometrierungselement identifiziert, das zu der ermittelten Streckenkilometrierungsangabe gehört. Aus der hinterlegten Position des identifizierten Streckenkilometrierungselementes kann dann auf die Position des Fahrzeuges auf dem betreffenden Fahrweg geschlossen werden.
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Des Weiteren ist es möglich, dass in Abhängigkeit von zuvor ermittelten Streckenkilometrierungsangabe bzw. Position des Fahrzeuges eine erwartete Streckenkilometrierungsangabe ermittelt werden kann. Eine erwartete Streckenkilometrierungsangabe ist dabei die Kilometerangabe, die von der Vorrichtung als nächstes ermittelt werden müsste. Die Ermittlung einer erwarteten Streckenkilometrierung kann dabei zum Beispiel vorteilhafterweise dadurch erfolgen, dass anhand einer Regel zur Streckenkilometrierung von einer bereits ermittelten Streckenkilometrierungsangabe auf die nächst folgende Streckenkilometrierungsangabe geschlossen werden kann. So werden bei dem System Eisenbahn diese Streckenkilometrierungselemente, die so genannten Hektometertafeln, alle 200 m am Rand der Bahnstrecke angeordnet. Unter Kenntnis dieser Aufstellungsregel, der so genannten Streckenkilometrierungsregel, kann dann von der zuletzt ermittelten Streckenkilometrierungsangabe auf die nächstfolgende Streckenkilometrierungsangabe geschlossen werden.
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Es ist aber auch denkbar, dass die erwartete Streckenkilometrierungsangabe in Ab-hängigkeit von einer hinterlegten Position einer zuvor ermittelten Streckenkilometrierungsangabe bzw. Position des Fahrzeuges ermittelt wird. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass in einem Streckenatlas bzw. einer digitalen Karte die zuletzt ermittelte Streckenkilometrierungsangabe bzw. dessen betreffendes Streckenkilometrierungselement identifiziert wird und die in Fahrtrichtung folgende hinterlegte Streckenkilometrierungsangabe die erwartete Streckenkilometrierungsangabe darstellt. So können z. B. bautechnisch bedingte Auslassungen von Streckenkilometrierungselementen mit berücksichtigt werden.
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Mit der Kenntnis der als nächstes erwarteten Streckenkilometrierungsangaben ist es dann besonders vorteilhaft, wenn die Position des Fahrzeuges in Abhängigkeit von sowohl der ermittelten als auch von der erwarteten Streckenkilometrierungsangabe bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass das System zweikanalig arbeitet und Fehlerquellen so entsprechend minimiert werden können.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteeinheit zum Ausführen eines Bilderkennungsalgorithmus' eingerichtet ist, um die empfangenen Bildinformationen hinsichtlich der entsprechenden Streckenkilometrierungselemente bzw. der auf den Streckenkilometrierungselementen angegebenen Streckenkilometrierungsangaben auswerten zu können.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 – Schematische Darstellung der Vorrichtung, eingebaut in ein schienengebundenes Fahrzeug;
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2 – Schematische Darstellung einer Bahnstrecke mit Streckenkilometrierungselementen;
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3 – Abbildung einer Hektometertafel.
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Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf das System Eisenbahn. Die Erfindung ist jedoch ohne Weiteres auf andere Systeme, wie z. B. die Binnenschifffahrt oder den Straßenverkehr, übertragbar, bei denen die Fahrwege mittels einer Streckenkilometrierung unterteilt sind, die durch die vorliegende Erfindung ermittelt werden kann.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 4, die in einem Triebfahrzeug 5 eingebaut ist. Die Vorrichtung 4 besteht dabei im Wesentlichen aus einem bildgebenden Sensor 1, der als Videokamera ausgebildet ist, sowie einer Auswerteeinheit 2 und einer Datenverarbeitungsanlage 3, die einen digitalen Streckenatlas nebst den exakten Positionen der auf der Strecke befindlichen Streckenkilometrierungselemente enthält. Die Videokamera 1 ist dabei derart an dem Triebfahrzeug 5 angeordnet, dass deren Sichtfeld 6 die an der Bahnstrecke angeordneten Hektometertafeln 7 enthält.
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Während der Fahrt des Triebfahrzeugs 5 wird mittels der Videokamera 1 kontinuierlich der Rand der Bahnstrecke aufgenommen und durch die Auswerteeinheit 2 analysiert. Die Analyse erfolgt mit Hilfe eines Bilderkennungsalgorithmus bzw. Bilderkennungsprogramms. Befindet sich in dem Aufnahmebereich 6 der Videokamera 1 eine Hektometertafel 7, so kann dies durch die Auswerteeinheit 2 detektiert werden, wobei die Auswerteeinheit 2 zum einen zum Detektieren der Hektometertafeln an sich und zum anderen zum Ermitteln der auf den Hektometertafeln angebrachten Zahlen eingerichtet ist. Die Zahlen auf der Hektometertafel 7 stellen dabei die entsprechende Kilometrierung an dieser Position dar. Diese auf der Hektometertafel 7 angegebene Kilometrierung kann die Auswerteeinheit 2 ermitteln, so dass sich die exakte Position des Triebfahrzeuges 5 zum Zeitpunkt der Ermittlung berechnen lässt.
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Sehr häufig werden die Hektometertafeln an den Oberleitungsmasten befestigt oder bei nicht elektrifizierten Strecken an Pfosten neben dem Gleis aufgestellt. Gerade bei den Oberleitungsmasten besteht jedoch das Problem, dass diese in festen Abständen stehen und sich meist nicht exakt an der Stelle eines vollen Hektometers befinden, so dass die auf den Hektometertafeln angegebenen Kilometrierungen in der Regel nicht exakt mit der tatsächlichen Position übereinstimmen. Daher ist es sinnvoll, die exakte Position einer jeden Hektometertafel an der Bahnstrecke in einer Datenbank zu hinterlegen. Vor der Inbetriebnahme dieses Systems kann dies z. B. durch eine Einlesefahrt erfolgen. Die einzelnen exakten Positionen der Hektometertafeln werden dann in der Datenverarbeitungsanlage 3 hinterlegt, auf die die Auswerteeinheit 2 Zugriff hat. Wurde nun von der Auswerteeinheit 2 eine entsprechende Streckenkilometrierungsangabe an der Bahnstrecke erkannt, so kann mit Hilfe der Datenverarbeitungsanlage 3 die exakte Position der entsprechenden Hektometertafel 7 ermittelt werden. Von dieser exakten Position der Hektometertafel 7 kann dann auf die exakte Position des Triebfahrzeugs 5 geschlossen werden.
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Um die Zuverlässigkeit der Vorrichtung 4 zu verbessern, ist das System des Weiteren in der Lage, eine erwartete Kilometrierungsangabe auf Basis einer zuvor ermittelten Kilometrierungsangabe und/oder Position des Fahrzeugs zu ermitteln, um so die Position des Fahrzeuges 5 ermitteln zu können. Dabei besteht zum einen die Möglichkeit, mit Hilfe einer Kilometrierungsregel auf die nächstfolgende Kilometrierung zu schließen. Bei dem System Eisenbahn sind in aller Regel die Hektometertafeln 7 alle 200 m aufgestellt. Wurde eine Kilometrierung erkannt (wie im Beispiel der 1 ”24/2”), so kann mit Hilfe dieser Aufstellungsregel bzw. Kilometrierungsregel die nächstfolgende, erwartete Kilometrierung ermittelt werden (am Beispiel der 1 wäre dies: ”24/4”). Wird daraufhin die nächste Kilometrierung durch die Vorrichtung 4 erkannt, so kann diese ermittelte Kilometrierung mit der zuvor erwarteten Kilometrierung verglichen werden, um so die Ermittelung der Position des Fahrzeuges noch sicherer zu gestalteten.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe der ermittelten Kilometrierung und der in einem digitalen Streckenatlas hinterlegten Kilometrierungen der gesamten Bahnstrecke die erwartete Kilometrierung zu ermitteln. Dazu wird mit Hilfe der aktuell ermittelten Kilometrierung aus dem digitalen Streckenatlas die in Fahrtrichtung nächste folgende Kilometrierung sowie deren Position ermittelt, sodass dann auf die erwartete Kilometrierung geschlossen werden kann. Durch die zweikanalige Auslegung des Systems kann das beschriebene Ausführungsbeispiel für sicherheitsrelevante Funktionen eingesetzt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bahnstrecke 8 mit Streckenkilometrierungselementen, den so genannten Hektometertafeln 7, 7a. Wie zu erkennen ist, sind die Hektometertafeln 7 und 7a in Fahrtrichtung auf der rechten Seite der Bahnstrecke 8 aufgestellt. Durch diese einheitliche Aufstellung im System Eisenbahn kann daher die Ausrichtung der bildgebenden Sensoren auf den rechten Bereich einer Bahnstrecke 8 vereinfacht werden.
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3 zeigt eine Abbildung einer solchen Hektometertafel 7. Die mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnete Zahl der Tafel gibt dabei den Kilometer seit Streckenbeginn an, während die untere Zahl (Bezugsziffer 10) den Hektometer innerhalb des Streckenkilometers angibt. Die auf diese Kilometrierung folgende Kilometrierung wäre eine Hektometertafel, bei der die obere Zahl (Bezugsziffer 9) eine ”24” und die untere Zahl (Bezugsziffer 10) eine ”4” zeigt. Dies lässt sich zurückführen auf die Tatsache, dass im System Eisenbahn die Hektometertafeln alle 200 m aufgestellt werden.
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Vorliegende Erfindung lässt sich jedoch auch auf andere Systeme übertragen. So erfolgt zum Beispiel die Kilometrierung bei der Binnenschifffahrt mittels ganzzahliger Kilometerangaben, die am Ufer mit Hilfe großer Blechtafeln angezeigt werden. Dabei ist es jedoch nicht unüblich, durch kleinere Tafeln den Hektometer innerhalb eines Streckenkilometers mit anzugeben, wobei, anders als bei dem System Eisenbahn, der Hektometer ohne den dazugehörigen Streckenkilometer dargestellt wird.
