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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Justierung eines berührungslosen Sensors zur Baustellenabsicherung, insbesondere im Schienenverkehr.
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Stand der Technik
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Zur Baustellenabsicherung im Schienenverkehr können Sicherungssysteme eingesetzt werden, die eine Warnung auslösen, wenn ein Zug in den Baustellenbereich einfährt. Als Sicherungssysteme sind mechanische Taster bekannt, die im Gleisbereich angeordnet werden und im Falle der Berührung durch einen heranfahrenden Zug das Warnsignal erzeugen.
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Bekannt sind außerdem Sicherungssysteme mit berührungslosen Sensoren, die beispielsweise auf Radarbasis funktionieren und den zu überwachenden Bereich mit einem Radarstrahl abtasten. Ein sich nähernder Zug wird von dem Radarstrahl erfasst, woraufhin das Warnsignal zunächst erzeugt und anschließend wieder aufgehoben wird. Derartige Systeme mit berührungslosen Sensoren müssen aufwändig auf den Überwachungsbereich justiert werden. Außerdem muss regelmäßig überprüft werden, ob der Sensor noch auf den Überwachungsbereich gerichtet ist und nicht versehentlich vom Überwachungsbereich weggeschwenkt worden ist, beispielsweise durch den Windstoß eines Zuges.
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Aus der JP H04- 221 271 A ist eine Verwendung eines Radarsensors zur Überwachung eines Schienenabschnitts bekannt.
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Aus der
US 6 859 164 B2 ist eine Überwachung eines Teilbereichs eines Sichtfeldes eines Radarsensors bekannt, wobei der Teilbereich durch eine Bewegung eines Reflektors entlang des Umfangs des Teilbereichs definiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen einen berührungslosen Sensor zur Baustellenabsicherung zu justieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Justierung eines berührungslosen Sensors zur Baustellenabsicherung, insbesondere im Schienenverkehr. Grundsätzlich kommt aber auch eine Baustellenabsicherung im Straßenverkehr in Betracht.
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Bei dem Verfahren wird ein berührungsloser Sensor eingesetzt, bei dem es sich vorzugsweise um einen Radarsensor handelt. In Betracht kommen aber auch alternative, berührungslose Sensoren, beispielsweise optische Sensoren.
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Der Sensor wird zur Überwachung eines Detektionskorridors eingesetzt, innerhalb dem sich Objekte entlang eines Detektionspfades durch den Detektionskorridor bewegen. Bei Schienenfahrzeugen fällt der Detektionspfad üblicherweise mit dem Schienenverlauf zusammen, wobei der Detektionskorridor einen zwei- oder dreidimensionaler Überwachungsbereich bildet, der von dem Sensor abgedeckt wird und durch den der Detektionspfad verläuft. Die zu überwachenden Objekte bewegen sich entlang des Detektionspfades, wobei ein Warnsignal erzeugt wird, sobald vom berührungslosen Sensor ein Objekt auf dem Detektionspfad innerhalb des Detektionskorridors ermittelt wird. Das Warnsignal kann gegebenenfalls wieder aufgehoben werden, wenn das Objekt den Detektionskorridor wieder verlässt.
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Vor der Inbetriebnahme wird gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung dem Sensor bzw. einem Regel- bzw. Steuergerät, welches dem Sensor zugeordnet ist, durch Einlernen der Detektionspfad innerhalb des Detektionskorridors mitgeteilt. Dem Sensor bzw. dem Regel- bzw. Steuergerät ist daraufhin der zu überwachende Detektionspfad bekannt, und der Sensor kann entsprechend auf den Detektionspfad ausgerichtet bzw. fokussiert werden.
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Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein dem Sensor zugeordneter und Strahlen des Sensors spiegelnder Reflektor entlang des Detektionspfades bewegt wird. Der Sensor sendet während dieser Einlernphase Strahlen aus, welche von dem Reflektor gespiegelt werden, so dass die Reflektorposition vom Sensor ermittelt werden kann. Der Reflektor fährt den Detektionspfad ab, wobei in regelmäßigen Abständen Signale des Sensors ausgesandt werden, welche vom Reflektor zurückgeworfen werden. Auf diese Weise kann mit hinreichender Genauigkeit der Detektionspfad bestimmt und in dem dem Sensor zugeordneten Regel- bzw. Steuergerät gespeichert werden. Im anschließenden Überwachungsbetrieb ist dem Sensor der Detektionspfad bekannt, so dass mit hoher Genauigkeit Objekte, die sich entlang des Detektionspfades bewegen, überwacht und detektiert werden können.
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Es kann zweckmäßig sein, während der Einlernphase den Detektionspfad mindestens ein weiteres Mal von einem Reflektor durchfahren zu lassen und verschiedene Positionen des Reflektors auf dem Detektionspfad mit dem Sensor zu detektieren, um den Verlauf des Detektionspfades zu bestimmen. Bei dem zusätzlichen Durchlaufen des Detektionspfades handelt es sich um einen redundanten Vorgang, wodurch die Genauigkeit und Sicherheit beim Bestimmen des Detektionspfades verbessert wird. Aus arbeitsökonomischen Gründen kann es zweckmäßig sein, jeden Reflektor, der während der Einlernphase entlang des Detektionspfades verfährt, nach einer vorbestimmten Wegstrecke am Detektionspfad dauerhaft zu positionieren, insbesondere mit dem Zweck, während des sich anschließenden Betriebs des Überwachungssystems eine Abweichung der Position des Sensors von der Sollposition zu detektieren. Soweit der Detektionspfad während der Einlernphase von mehreren Reflektoren durchfahren wird, ist es zweckmäßig, den Reflektor des ersten Durchlaufs am Ende des Detektionspfades zu positionieren, den Reflektor des zweiten Durchlaufs in einem definierten Abstand vom Ende des Detektionspfades etc. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, den Detektionspfad von mindestens einem Reflektor vollständig zu durchfahren, wobei es gegebenenfalls auch möglich ist, mit mehreren Reflektoren jeweils Teilabschnitte des Detektionspfades abzufahren.
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Gemäß eines weiteren Aspektes des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Reflektor, vorzugsweise aber mehrere Reflektoren entlang des Detektionspfades während der Dauer des Überwachungszeitraumes aufgestellt, deren Position über die Reflexion der von dem Sensor ausgesandten Strahlen ermittelt werden kann. Aufgrund der Anordnung der Reflektoren entlang des Detektionspfades steht mit der Positionsbestimmung der Reflektoren auch der Verlauf des Detektionspfades fest. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die für die Einlernphase aufgestellten Reflektoren auch über die Einlernphase hinaus für den laufenden Betrieb aufgestellt bleiben können, insbesondere um eine versehentliche Dejustierung des Sensors erkennen zu können. Während des regulären Überwachungsbetriebs wird eine Abweichung der tatsächlichen Position des Sensors von einer vorgegebenen Sollposition anhand der Reflexion der vom Sensor ausgesandten Strahlen an den Reflektoren festgestellt. Grundsätzlich genügt zur Dejustierungserkennung ein einzelner Reflektor, wobei vorteihafterweise, auch aus Redundanzgründen, eine Mehrzahl von Reflektoren eingesetzt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, die Einlernphase mit der Positionierung der Reflektoren entlang des Detektionspfades mit der im laufenden Betrieb periodisch durchgeführten Dejustierungserkennung über die gleichen, stationär aufgestellten Reflektoren zu kombinieren. Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der die Dejustierungserkennung des Sensors während des laufenden Betriebs über mindestens einen Reflektor durchgeführt wird, der nicht am Detektionspfad aufgestellt ist, sondern in Entfernung zum Detektionspfad. Vorteilhafterweise befindet sich der mindestens eine Reflektor noch innerhalb des Detektionskorridors, wobei grundsätzlich auch eine Positionierung außerhalb des Detektionskorridors in Betracht kommt.
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Erfindungsgemäß werden für die Positionierung der Reflektoren entlang des Detektionspfades Reflektoren eingesetzt, die mit einem Mikro-Doppler-Effekt versehen sind. Hierbei wird bei der Reflektierung trotz einer konstanten, stationären Position der Reflektoren eine Frequenzverschiebung der reflektierten Strahlen erzeugt, wodurch eine eindeutige Identifizierung der Reflektoren und damit eine Unterscheidung der reflektierten Strahlen von sonstigen Objekten wie zum Beispiel am Detektionspfad befindlichen Säulen, Stangen oder dergleichen möglich ist. Durch den Mikro-Doppler-Effekt wird das Reflexionsspektrum beeinflusst, was im Sensor registriert wird, so dass im Sensor bzw. dem zugeordneten Regel- bzw. Steuergerät der betreffende Reflektor identifiziert werden kann. Damit ist sichergestellt, dass während der Einlernphase auch der tatsächliche Verlauf des Detektionspfades ermittelt wird bzw. während der Überwachungsphase im laufenden Betrieb eine versehentliche Dejustierung des Sensors detektiert wird.
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Für den Vorgang der Einlernphase wird ein Reflektor mit Mikro-Doppler-Effekt eingesetzt.
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Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte laufen in einem Regel- bzw. Steuergerät ab bzw. werden in einem derartigen Gerät gesteuert und koordiniert, das dem berührungslos arbeitenden Sensor zugeordnet ist. Das Regel- bzw. Steuergerät ist Bestandteil des Baustellen-Überwachungssystems.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der in schematischer Weise ein Detektionspfad innerhalb eines Detektionskorridors dargestellt ist, welcher von einem Radarsensor überwacht wird.
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In der Figur ist ein Baustellen-Überwachungssystem 1 schematisch dargestellt, das vorzugsweise zur Überwachung und Baustellenabsicherung im Schienenverkehr eingesetzt wird. Das Baustellen-Überwachungssystem 1 umfasst einen berührungslos arbeitenden Sensor 2, der vorzugsweise als Radarsensor ausgebildet ist, sowie ein dem Sensor 2 zugeordnetes Regel- bzw. Steuergerät zur Steuerung des Sensors und zur Auswertung der empfangenen Daten. Zum Baustellen-Überwachungssystem 1 gehört des Weiteren eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) zur Eingabe von Steuerungsbefehlen zur Steuerung des Baustellen-Überwachungssystems 1 sowie zur Ausgabe von Informationen des Überwachungssystems, insbesondere von Warnsignalen.
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Mithilfe des Baustellen-Überwachungssystems 1 wird ein Detektionspfad 3 überwacht, bei dem es sich beispielsweise um einen Schienenweg handelt. Der Sensor 2 kann einen Detektionskorridor 4 überwachen, der so ausgerichtet ist, dass ein Abschnitt des Detektionspfades 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 liegt.
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Zum Überwachungssystem 1 gehören des Weiteren eine Reihe von Reflektoren 5, die entlang des Detektionspfades 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 angeordnet sind. Der Sensor 2 sendet keulenförmige Radarstrahlenbereiche 6 aus, die innerhalb des Detektionskorridors 4 liegen, wobei innerhalb des Korridors 4 verschiedene Ausrichtungen der Strahlenbereiche 6 möglich sind, insbesondere unterschiedliche Winkellagen einzelner Strahlenbereiche zueinander. Auf diese Weise kann der gesamte Detektionskorridor 4 über den Sensor 2 mit Strahlen abgetastet werden.
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Während einer Einlernphase wird zunächst der Verlauf des Detektionspfades 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 bestimmt. Die Einlernphase kann grundsätzlich auf verschiedenen Wegen erfolgen. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass ein Reflektor 5 entlang des Detektionspfades 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 verfahren wird, beispielsweise vom Sensor 2 ausgehend bis zum Ende des Erfassungsbereichs am gegenüberliegenden Ende des Detektionskorridors 4. Während des Verfahrens des Reflektors 5 entlang des Detektionspfades 3 sendet der Sensor 2 Radarstrahlen aus, die am Reflektor 5 reflektiert und wieder vom Sensor registriert werden, woraus die aktuelle Reflektorposition bestimmt werden kann. Aus der fortlaufenden Positionsbestimmung des Reflektors 5 kann der Verlauf des Detektionspfades 3 bestimmt werden.
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Für eine redundante Bestimmung des Verlaufs des Detektionspfades 3 und damit einhergehend zur Erhöhung der Sicherheit bezüglich des Verlaufs kann es zweckmäßig sein, den Detektionspfad 3 von mehreren Reflektoren 5 durchlaufen zu lassen und während des Durchlaufens zu verschiedenen Zeitpunkten die aktuelle Position des jeweiligen Reflektors zu bestimmen. Hierbei ist es zweckmäßig, den ersten Reflektor die gesamte Wegstrecke bis zum Erreichen des Endes des Detektionskorridors 4 durchlaufen zu lassen und im Endbereich des Korridors am Detektionspfad 3 aufzustellen. Der zweite Reflektor durchläuft den Detektionspfad 3 bis zu einem definierten Abstand vom Ende des Detektionskorridors 4 und wird dann ebenso wie der erste Reflektor fest positioniert. Diese Vorgehensweise kann entsprechend der Anzahl an Reflektoren wiederholt werden, bis der gesamte Detektionspfad 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 in regelmäßigen Abständen mit Reflektoren 5 versehen ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführung zur Bestimmung des Verlaufs des Detektionspfades 3 werden während der Einlernphase zunächst mehrere Reflektoren 5 entlang des Detektionspfades 3 aufgestellt. Anschließend werden die keulenförmige Strahlenbereiche 6 vom Sensor 2 ausgesandt, wobei über die Reflektierung die jeweilige Position der Reflektoren 5 bestimmt und damit auch der Verlauf des Detektionspfades festgestellt werden kann.
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Im Anschluss an die Einlernphase steht der Verlauf des Detektionspfades 3 innerhalb des Detektionskorridors 4 fest. Daraufhin kann der reguläre Überwachungsbetrieb zur Baustellenabsicherung gestartet werden. Dies erfolgt insbesondere in der Weise, dass vom Sensor 2 fortlaufend bzw. in regelmäßigen Zeitabständen Strahlen ausgesandt werden, die innerhalb des Überwachungskorridors 4 den gesamten Abschnitt des Detektionspfades 3 überwachen. Sobald sich ein Objekt auf dem Detektionspfad 3 nähert, kann dies über den Sensor 2 registriert werden, woraufhin ein Warnsignal erzeugt wird.
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Um eine versehentliche Verstellung der Position des Sensors 2 (Dejustierung) detektieren zu können, wird zweckmäßigerweise auch während des laufenden Überwachungsbetriebs die Justierung des Sensors regelmäßig überprüft. Dies erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, dass in regelmäßigen Abständen die Reflektoren 5, deren Position vorab bestimmt worden ist, von dem Sensor 2 angestrahlt werden, wobei aus der Sensierung der reflektierten Strahlen auf die tatsächliche Position, insbesondere die Winkellage des Sensors 2 geschlossen werden kann. Durch einen Vergleich der tatsächlichen Position mit einer vorgegebenen Sollposition wird bestimmt, ob die tatsächliche Position noch zulässig ist oder bereits sich außerhalb eines zulässigen Positionsbereiches befindet, woraufhin ein Warnsignal erzeugt wird.
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Die Reflektoren 5 können gegebenenfalls als Reflektoren mit Mikro-Doppler-Effekt ausgeführt sein, die auch bei konstanter Position der Reflektoren ein charakteristisches Reflexionsspektrum mit Frequenzverschiebung erzeugen. Hierdurch ist eine eindeutige Identifizierung der entlang des Detektionspfades 3 aufgestellten Reflektoren 5 und eine Unterscheidung von sonstigen, die Strahlen reflektierenden Gegenständen möglich. Auf diese Weise wird vermieden, dass ein reflektierter Strahl von dem Überwachungssystem fälschlicherweise als Reflektierung von einem Reflektor interpretiert wird.
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Grundsätzlich möglich ist aber auch die Verwendung von einfachen Reflektoren ohne Mikro-Doppler-Effekt.
