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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Gefahrenbereichs
einer Bahnanlage, insbesondere eines zwischen zwei Straßenabschnitten
liegenden Gefahrenbereichs eines Bahnübergangs. Gemäß einem
zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit einer
Funk-Kommunikationseinrichtung, einer Bild-Darstellungsvorrichtung
und einer elektrischen Steuerung. Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Bahnübergangsüberwachungsanlage
mit einer Kamera, die angeordnet ist zum Aufnehmen von Gefahrenbereichsbildern
eines Bahnübergangs, und einer Funk-Kommunikationseinrichtung.
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Das
System Eisenbahn ist durch lange Bremswege charakterisiert, die
durch den Stahl-Stahl-Kontakt zwischen Rad und Schiene hervorgerufen
werden. Um einen Zug zum Stehen zu bringen, bedarf es daher eines
vergleichsweise langen Bremswegs. Dieser Bremsweg kann so lang sein,
dass die von einem Zugführer einsehbare Strecke zu kurz
ist, um rechtzeitig abzubremsen. Besonders unfallträchtig
sind Bahnübergänge. Ein Bahnübergang
ist eine höhengleiche Kreuzung von Gleisen einer Eisenbahntrasse
mit einer Straße, einem Weg oder einem Platz. Wegen der
langen Bremswege muss verhindert werden, dass sich Objekte in einem Gefahren bereich
des Bahnübergangs befinden, indem sie von dem Zug erfasst
werden können.
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Aus
dem Stand der Technik bekannt ist die Verwendung von Vollschranken.
Vollschranken blockieren vollständig den Zugang von den
Straßenabschnitten auf die Gleise und verhindern so, dass Fahrzeuge
oder Personen bei geschlossenen Vollschranken in den Gefahrenbereich
gelangen. Nachteilig an derartigen Lösungen ist, dass sie
keinen Schutz gegen mutwilliges Eindringen in den Gefahrenbereich
bieten.
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Aus
der
US 5 890 682 ist
ein System zum Verhindern von Unfällen an Bahnübergängen
bekannt. Dazu wird ein Zug mit einem Satellitennavigationssystem
ausgestattet, um die Position des Zugs zu ermitteln. Die ermittelte
Position wird über Funksignale verbreitet. Diese Funksignale
können von Straßenfahrzeugen mit einem entsprechenden
Gerät empfangen werden, sodass Fahrer des Straßenfahrzeugs
an einem Bahnübergang gewarnt werden können, wenn
ein Zug sich nähert. Nachteilig an der dort beschriebenen
Vorrichtung ist der hohe Aufwand, da alle Straßenfahrzeuge
mit einem System zum Empfang entsprechender Nachrichten ausgestattet
werden müssen. Auch dieses System schützt zudem nicht
gegen mutwilliges Eindringen in den Gefahrenbereich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bahnübergänge
dadurch besser zu sichern, dass bei mutwilligem Überqueren
die Wahrscheinlichkeit eines Unfalls verringerbar wird.
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Die
Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Überwachen
eines Gefahrenbereichs einer Bahnanlage, insbesondere eines zwischen zwei
Straßenabschnitten liegenden Gefahrenbereichs eines Bahnübergangs,
mit den Schritten (a) Erfassen von Gefahrenbereichsbildern des Gefahrenbereichs
und (b) Übermitteln der Gefahrenbereichsbilder an mindestens
ein Schienefahrzeug, das sich in einem vorgegebenen Abstand von
dem Bahnübergang befindet.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein
gattungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem die
elektrische Steuerung eingerichtet ist zum Durchführen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung
löst das Problem zudem durch eine gattungsgemäße
Bahnübergangsüberwachungsanlage, bei der die Funk-Kommunikationseinrichtung
eingerichtet ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist deren leichte Implementierbarkeit. So kann
vorhandene Infrastruktur von Bahnübergängen benutzt
werden. Es ist ein weiterer Vorteil, dass menschliches Urteilsvermögen zur
Vermeidung von Unfällen nutzbar gemacht wird, ohne dass
zusätzliches Personal benötigt wird. Werden nämlich
die Gefahrenbereichsbilder in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs
beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt oder auf eine Windschutzscheiben-Innenseite
projiziert, so kann ein Zugführer des Schienenfahrzeugs
selbsttätig entscheiden, ob eine Gefahrensituation an einem
Bahnübergang, beispielsweise an dem nächsten Bahnübergang,
den er passieren wird, vorliegt. Ist das der Fall, kann er eine
Notbremsung einleiten. Alternativ oder additiv kann er eine Kommunikationsverbindung zu
der Funk-Kommunikationseinrichtung der Bahnübergangsüberwachungsanlage
herstellen und beispielsweise über einen Signalgeber der
Bahnübergangsüberwachungsanlage, wie einem Lautsprecher,
eine Warnung in den Gefahrenbereich des Bahnübergangs abgeben.
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Die
Erfindung ist aber nicht auf Gefahrenbereiche von Bahnübergängen
beschränkt. So ist es im Prinzip möglich, auch
an anderen Stellen an denen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit
besteht, dass sich Hindernisse auf den Schienen befinden, Gefahrenbereichsbilder
aufzunehmen und an das Schienenfahrzeug zu übermitteln.
Im Prinzip ist es sogar möglich, von einer vollständigen
Bahnanlage, beispielsweise einem Gleisabschnitt, Gefahrenbereichsbilder aufzunehmen
und an das mindestens eine Schienenfahrzeug zu übermitteln.
Insbesondere ist es möglich, genau die Gefahrenbereichsbilder
an das Schienenfahrzeug zu übermitteln, die im Wesentlichen
innerhalb eines Bremsabstands des Schienenfahrzeugs liegen. Der
Bremsabstand ist diejenige Strecke, innerhalb der das Schienenfahrzeug
bei einer Notbremsung zum Stillstand kommen kann. Auf diese Weise
kann der Zugführer des Schienenfahrzeugs immer rechtzeitig
bremsen, wenn er ein Hindernis auf der Strecke erkennt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden unter Gefahrenbereichsbildern
insbesondere mit einer Kamera aufgenommene digitalisierte Bilder verstanden.
Es kann sich dabei um Farbbilder oder Schwarz-Weiß-Bilder
handeln. Es ist auch möglich, beispielsweise Infrarotbilder
oder synthetisch aus Infrarotbildern und anderen Bildern generierte
Bilder aufzunehmen beziehungsweise an das Schienenfahrzeug zu übermitteln.
Die Gefahrenbereichsbilder werden bevorzugt kontinuierlich und in
einer hinreichend hohen Bildfolgerate aufgenommen, sodass der Zugführer
des Schienenfahrzeugs sich stets ein umfassendes Bild von der Situation
im Gefahrenbereich machen kann. Beispielsweise liegt die Bildfolgerate
bei über einem Bild pro Sekunden. Um Missbrauch zu vermeiden
werden die Gefahrenbereichsbilder vorteilhafterweise verschlüsselt
und/oder komprimiert.
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Bevorzugt
werden die Gefahrenbereichsbilder in einem Führerstand
des Schienenfahrzeugs dargestellt. Das kann beispielsweise auf einem
Bildschirm oder durch Projektion auf eine Innenseite einer Windschutzscheibe
erfolgen. Das Darstellen erfolgt bevorzugt automatisiert. Dazu werden
die Gefahrenbereichsbilder desjenigen Gefahrenbereichs dargestellt,
den das Schienenfahrzeug als nächstes passieren wird.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren umfasst bevorzugt
die Schritte eines Ermittelns einer Schienenfahrzeug-Position des
Schienenfahrzeugs, optional eines Aussendens eines Funksignals,
das die Schienenfahrzeug-Position kodiert, und eines Übermittelns
der Gefahrenbereichsbilder nur an solche Schienenfahrzeuge, die
sich in dem vorgegebenen Abstand von dem Bahnübergang befinden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Gefahrenbereichsbilder
mit einer Kennung versehen sind, die die geographische Position
des Gefahrenbereichs angeben. Im Schienenfahrzeug werden alle eingehenden
Funksignale, die Gefahrenbereichsbilder kodieren, daraufhin untersucht,
ob das Schienenfahrzeug den Gefahrenbereich innerhalb einer vorgegebenen
Zeit passieren wird. Dazu wird die in einer elektrischen Steuerung
abgelegte Fahrtroute des Schienenfahrzeugs anhand einer digitalen
Karte mit der Position desjenigen Gefahrenbereichs abgeglichen,
von dem die Gefahrenbereichsbilder stammen. Gefahrenbereichsbilder
von solchen Gefahrenbereichen, die nicht innerhalb der vorgegebenen
Zeit von dem Schienenfahrzeug passiert werden, werden nicht dargestellt.
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Alternativ
oder additiv ist vorgesehen, dass die Gefahrenbereichsbilder ausschließlich
an solche Schienenfahrzeuge übermittelt werden, die sich
in dem vorgegebenen Abstand von dem Bahnübergang befinden.
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Bevorzugt
wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt, beispielsweise
mindestens einmal pro Sekunde.
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Um
ein möglichst realistisches Bild von dem Zustand des Gefahrenbereichs
zu erhalten, sind die Gefahrenbereichsbilder bevorzugt Live-Bilder.
Hierunter ist zu verstehen, dass die Zeit zwischen dem Aufnehmen
der Gefahrenbereichsbilder und dem Darstellen im Schienenfahrzeug
kleiner ist als beispielsweise eine Sekunde.
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Das
Verfahren ist besonders einfach durchführbar, wenn die
Gefahrenbereichsbilder mittels einer am Bahnübergang fest
installierten Überwachungskamera aufgenommen werden. Derartige Überwachungskameras
sind häufig vorhanden, sodass keine weitere Infrastruktur
notwendig wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte
eines Ermittelns eines letzten Wagens eines des Gefahrenbereichs passierenden
Zugs aus den Gefahrenbereichsbildern mittels Bilderkennung und eines
Ermittelns, ob der letzte Waggon eine Zugschlussmarkierung besitzt
und verneinendenfalls Ausgeben eines Zugtrennungssignals. Auf diese
Weise kann die an einem Bahnübergang ohnehin vorhandene
Infrastruktur verwendet werden, um eine Zugtrennung zu erfassen.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren mit den
Schritten eines Erfassens eines Umgebungsbilds des Schienenfahrzeugs
mittels einer Schienenfahrzeug-Kamera, eines Extrahierens von Hektometertafeldaten
einer Hektometertafel aus dem Umgebungsbild und eines Ermittelns
der Schienenfahrzeug-Position, insbesondere an Hand eines digitalen Streckenatlas,
aus den Hektometertafeldaten. Auf diese Weise kann die Position
des Schienenfahrzeugs besonders einfach und unter Verzicht auf kostspielige
und wartungsintensive streckenseitige Einrichtungen festgestellt
werden.
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Zur
Entlastung des Zugführers des Schienenfahrzeugs ist bevorzugt
vorgesehen, dass die Gefahrenbereichsbilder auf Hindernisse im Gefahrenbereich
automatisch überprüft werden, wobei das insbesondere
durch Bilderkennungsalgorithmen geschieht, dass automatisch eine
Warnmeldung generiert wird, wenn ein Hindernis erkannt wird, und
dass die Warnmeldung an das Schienenfahrzeug versendet wird. Diese
Warnmeldung kann beispielsweise auch in einem Bremsbefehl bestehen,
der dazu führt, dass das Schienenfahrzeug ohne weiteres
Zutun des Zugführers automatisch abgebremst wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Dabei
zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug und eine erfindungsgemäße
Bahnübergangsüberwachungsanlage, die jeweils ausgebildet
sind zum Ausführen eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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1 zeigt
eine Bahnanlage 10, die ein Gleis 12 und einen
Bahnübergang 14 umfasst. Der Bahnübergang 14 teilt
einen ersten Straßenabschnitt 16.1 von einem zweiten
Straßenabschnitt 16.2, wobei zwischen den Straßenabschnitten 16.1, 16.2 ein Gefahrenbereich 18 liegt.
Wenn, wie im vorliegenden Fall, der Gefahrenbereich 18 der
eines Bahnübergangs ist, so wird der Gefahrenbereich 18,
insbesondere durch ein Andreaskreuz 20 begrenzt. Der Bahnübergang 14 weist
zudem ein paar Halbschranken 22.1, 22.2 auf, die
jeweils einen Straßenabschnitt 16.1 bzw. 16.2 abschranken.
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Der
erfindungsgemäße Bahnübergang besitzt
eine Bahnübergangsüberwachungsanlage 24, die
eine Videokamera 26 besitzt. Die Videokamera 26 ist
auf einem Mast 28 montiert und hat einen Gesichtsbereich
G26, der den Gefahrenbereich 18 erfasst.
Neben der Videokamera können weitere Sensoren, beispielsweise
Radar- oder IR-Sensoren vorhanden sein, die gemeinsam ein Sensorsystem
bilden. Über eine elektrische Leitung 28, die
auch durch eine Funkverbindung ersetzt oder ergänzt sein
kann, steht die Videokamera 26 in Verbindung mit einer elektrischen
Steuerung in Form einer Bahnübergangssicherungseinheit 30.
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Die
Bahnübergangssicherungseinheit 30 besitzt eine
Bildauswerteeinheit 32, die von der Videokamera 26 bzw.
dem Sensorsystem aufgenommene Gefahrenbereichsbilder erfasst, komprimiert
und gegebenenfalls kodiert. Die Bildauswerteeinheit 32 kann
zudem so eingerichtet sein, dass ein Bilderkennungsalgorithmus auf
ihr läuft. Der Bilderkennungsalgorithmus ist ausgebildet,
um Hindernisse im Gefahrenbereich 18 zu erkennen und eine
Warnmeldung auszugeben, wenn ein Hindernis erkannt wird.
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Die
Bahnübergangssicherungseinheit 30 besitzt zudem
eine RCAS-Einheit 34 (RCAS, Railway Collision Avoidance
System, Eisenbahnkollisionsvermeidungssystem). Die RCAS-Einheit 34 ist
eine Vorrichtung zur Kollisionsvermeidung, die eingerichtet ist,
um ihre geographische Position und die Gefahrenbereichsbilder per
Funksignal über eine Antenne 36 zu verbreiten.
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Ein
Schienenfahrzeug 38 in Form einer Lokomotive, eines Triebwagens
oder eines gesamten Zugs, besitzt eine Schienenfahrzeug-Antenne 40,
die zum Empfang der Funksignale eingerichtet ist. Die Schienenfahrzeug-Antenne 40 ist
Teil eines RCAS-Systems 42 des Schienenfahrzeugs 38.
Das RCAS-System umfasst ein Satellitennavigationsgerät 44 zum
Ermitteln der absoluten Koordinaten des Schienenfahrzeugs 38.
Das Satellitennavigationsgerät 44 erfasst beständig
die Position und versendet diese Information per Funk über
die Schienenfahrzeug-Antenne 40.
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Das
Schienenfahrzeug 38 besitzt zudem eine Schienenfahrzeug-Kamera 46,
die einen Gesichtsbereich G46 besitzt, der
so gewählt ist, dass Hektometertafeln 48 der Bahnanlage 10 erfasst
werden können. Durch das Erfassen der Hektometertafeln
werden Hektometertafeldaten erhalten, die an eine Bildauswertevorrichtung
weitergeleitet werden. Die Bildauswertevorrichtung 50 extrahiert
aus den Hektometertafeldaten die Schienenfahrzeug-Position, sodass
das Satellitennavigationssystem 44 entbehrlich ist. Das
Schienenfahrzeug 38 besitzt zudem einen Führerstand 52,
in dem eine Bilddarstellungsvorrichtung, wie beispielsweise ein
nicht dargestellter Bildschirm oder eine nicht dargestellte Bildprojektionsvorrichtung
vorhanden sind.
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Beim
Durchführen eines erfindungsgemäßen automatisch
ablaufenden Verfahrens werden zunächst durch die Videokamera 26 Gefahrenbereichsbilder
des Gefahrenbereichs 18 erfasst und über die elektrische
Leitung 28 an die Bildauswerteeinheit 32 geleitet.
Dort werden die Bilder komprimiert, kodiert und mit einem Zeit-
und Positionsstempel versehen. Die so erhaltenen Gefahrenbereichsdaten
werden über die Antenne 36 abgestrahlt. Über
die Schienenfahrzeug-Antenne 40 werden die Daten von dem Schienenfahrzeug 38 empfangen
und dem RCAS-System 42 zugeleitet. Dort werden die Positionsdaten
automatisch aus den Gefahrenbereichdaten extrahiert und es wird
anhand einer digitalen Karte bzw. eines digitalen Streckenatlas
und einer digital gespeicherten Fahrtroute des Schienenfahrzeugs 38 festgestellt,
ob der Bahnübergang 14 innerhalb einer Zeit t
passiert wird, die kleiner ist als ein vorgegebener Zeit-Schwellenwert
tSchwelle. Ist das der Fall, so werden in
dem Führerstand 52 auf der Bilddarstellungsvorrichtung
die Gefahrenbereichsbilder dargestellt.
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Erkennt
ein nicht eingezeichneter Zugführer des Schienenfahrzeugs 38 ein
Hindernis im Gefahrenbereich 18, so kann er über
das RCAS-System 42 ein Funksignal abgeben, mit dem beispielsweise
ein akustisches und/oder optisches Warnsignal in den Gefahrenbereich 18 verbreitet
wird. Wenn nötig, kann der Zugführer auch eine
Bremsung des Schienenfahrzeugs 38 einleiten.
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In
der Bahnübergangssicherungseinheit 30 läuft
zudem ein Bilddatenbewertungsalgorithmus, der dann über
die Antenne 36 ein Warnsignal absendet, wenn ein Hindernis
im Gefahrenbereich 18 erfasst wird. Der Bildauswertealgorithmus
kann so ausgebildet sein, dass er eine Wahrscheinlichkeit p liefert,
mit der ein Hindernis im Gefahrenbereich vorhanden ist. Überschreitet
diese Wahrscheinlichkeit einen vorgegebenen Schwellenwert pSchwelle, so kann vorgesehen sein, dass die
Bahnübergangssicherungseinheit 30 ein automatisches
Bremssignal abgibt, das ihre Position und die Aufforderung zu einer Bremsung
kodiert. Alle Schienenfahrzeuge, die innerhalb eines vorgegebenen
Zeitpunkts den Bahnübergang 14 passieren würden,
würden daraufhin automatisch und ohne Zutun der jeweiligen
Zugführer abgebremst.
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Gleichzeitig
sendet das Schienenfahrzeug 38 beständig seine
Position über Funksignale. Nur dann, wenn die Bahnübergangssicherungseinheit 30 von
allen sich in einem vorgegebenen Abstand befindlichen Schienenfahrzeuge
deren Positionsdaten empfängt und alle Schienenfahrzeuge
einen Mindest-Abstand überschreiten, öffnet sie
die Halbschranken 22. Alternativ oder additiv senden alle Schienenfahrzeuge
zudem ihre Geschwindigkeit und die Bahnübergangssicherungseinheit 30 ist
ausgebildet, um bereits dann die Halbschranken zu öffnen, wenn
kein Schienenfahrzeug unter Zugrundelegen einer zulässigen
Höchstgeschwindigkeit von der zuletzt empfangenen Position
innerhalb des vorgegebenen Zeit-Schwellenwerts tSchwelle passieren
wird.
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Passiert
das Schienenfahrzeug 38 den Bahnübergang 14,
so erfasst die Videokamera 26 mittels Bilderkennung in
der Bildauswerteinheit 32 der Bahnübergangssicherungseinheit 30 den
letzten Waggon, in 1 also das Schienenfahrzeug 38. Wird
an dem letzten Waggon eine Zugschlussmarkierung 54 erkannt,
sendet die Bahnübergangseinheit 30 ein Gleisfreigabesignal
an eine nicht eingezeichnete Leitzentrale. Wird keine Zugschlussmarkierung 54 erkannt,
so deutet das auf eine Zugtrennung und es wird ein Zugtrennungssignal
gesendet.
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- 10
- Bahnanlage
- 12
- Gleis
- 14
- Bahnübergang
- 16
- Straßenabschnitt
- 18
- Gefahrenbereich
- 20
- Andreaskreuz
- 22
- Halbschranke
- 24
- Bahnübergangsüberwachungsanlage
- 26
- Videokamera
- 28
- elektrische
Leitung
- 30
- Bahnübergangssicherungseinheit
- 32
- Bildauswerteinheit
- 34
- RCAS-Einheit
- 36
- Antenne
- 38
- Schienenfahrzeug
- 40
- Schienenfahrzeug-Antenne
- 42
- RCAS-System
- 44
- Satellitennavigations-Gerät
- 46
- Schienenfahrzeug-Kamera
- 48
- Hektometertafel
- 50
- Bildauswertevorrichtung
- 52
- Führerstand
- 54
- Zugschlussmarkierung
- G26, G46
- Gesichtsbereich
- t
- Zeit
- tSchwelle
- Zeit-Schwellenwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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