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Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug-Ortungssystem gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Schienenfahrzeug-Ortungssystem gemäß dem Anspruch 10.
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Allgemein betrifft die Erfindung die Ortung eines Schienenfahrzeugs innerhalb eines Schienennetzes. Mit dem Begriff der „Ortung“ wird die Bestimmung der örtlichen Position des Schienenfahrzeugs bezeichnet. Die Position des Schienenfahrzeugs kann z.B. in Form von geographischen Koordinaten angegeben werden. Bekannt sind bereits streckenseitige Systeme zur Schienenfahrzeugortung. Diese sind jedoch mit einem hohen materiellen und finanziellen Aufwand verbunden, da die Investitions-, Betriebs- und Instandhaltungskosten auch für niedrig ausgelastete Strecken anfallen und nahezu unabhängig von der Streckenauslastung sind. Zudem gehen solche streckenseitigen Systeme mit einer Begrenzung der Streckenkapazität einher, da deren Funktionen darauf ausgelegt sind, dass sich in jedem überwachten Abschnitt eines Schienennetzes nur ein Schienenfahrzeug befinden darf und ein Abschnitt erst wieder freigegeben wird, wenn das Schienenfahrzeug ihn verlassen hat.
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Es gibt auch bereits Vorschläge für fahrzeugseitige Systeme, die die Position eines Schienenfahrzeugs entlang der Strecke kontinuierlich bestimmen. Auf dieser Form der Ortung aufsetzende Betriebsverfahren bieten ein großes Potenzial zur Steigerung der Streckenkapazität und damit der Leistungsfähigkeit des Schienenverkehrs sowie für Kosteneinsparungen. Eine reine satellitenbasierte Positionsbestimmung eines Schienenfahrzeugs ist für sicherheitsrelevante Anwendungen jedoch nicht genau genug. Außerdem steht die Positionsbestimmung per Satellitennavigation in manchen Fällen nicht uneingeschränkt zur Verfügung, z.B. beim Durchfahren von Tunneln.
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Ein Verfahren zur Positionsbestimmung von schienengebundenen Fahrzeugen ist z.B. aus der
DE 10 2009 021 053 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug-Ortungssystem anzugeben, das eine präzise Ortsbestimmung ohne streckenseitige Systeme ermöglicht und gegenüber bekannten fahrzeugseitigen Systemen bei geringen Realisierungskosten präziser ist. Ferner soll ein hierzu geeignetes Schienenfahrzeug angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Schienenfahrzeug-Ortungssystem mit wenigstens den folgenden Komponenten:
- a) ein an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnender Umfeldsensor, der dazu eingerichtet ist, die befahrene Gleisstrecke des Schienenfahrzeugs und/oder die seitlich und/oder oberhalb der Gleisstrecke angrenzenden Bereiche vor oder hinter dem Schienenfahrzeug mittels elektromagnetischer oder mechanischer Wellen zu erfassen,
- b) ein an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnender Ortungsempfänger eines globalen Navigationssystems,
- c) eine digitale Datenbasis mit Streckendaten zumindest der von dem Schienenfahrzeug befahrenen Gleisstrecke,
- d) eine Auswerteeinrichtung, der die von dem Umfeldsensor und dem Ortungsempfänger erzeugten aktuellen Daten zugeführt sind und der die Streckendaten zumindest der von dem Schienenfahrzeug befahrenen von der digitalen Datenbasis zugänglich sind, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, den aktuellen Ort des Schienenfahrzeugs unter Verwendung der aktuellen Daten des Umfeldsensors und des Ortungsempfängers und der Streckendaten zu bestimmen und als Ortsdaten auszugeben.
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Gemäß der Erfindung wird ein Umfeldsensor vorgeschlagen, der an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnen ist, mit dem die befahrene Gleisstrecke und ggf. deren Umgebung abgetastet werden kann. Dies umfasst auch die Möglichkeit, den Umfeldsensor unter dem Schienenfahrzeug anzubringen. Solche Umfeldsensoren sind derzeit bereits kostengünstig verfügbar und haben sich als sehr zuverlässig erwiesen. Versuche haben ergeben, dass mit einem Umfeldsensor relativ präzise z.B. die Konturen der Schienen einer Gleisstrecke abgetastet werden können, so dass die Schienen oder Merkmale von Weichen durch die Auswerteeinrichtung detektiert werden können. Mit dem Umfeldsensor kann sozusagen das Umfeld des Schienenfahrzeugs beobachtet werden, d.h. es werden Einrichtungen erfasst, die nicht Teil des Schienenfahrzeugs sind. In Kombination mit den Daten eines Ortungsempfängers eines globalen Navigationssystems, z.B. einem Satellitennavigationssystem wie GPS oder Galileo, der ebenfalls an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnen ist, und den Streckendaten der befahrenen Gleisstrecke kann durch eine Auswerteeinrichtung eine hoch präzise Bestimmung des aktuellen Orts des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden. Die Streckendaten bilden das Schienennetz mittels digitaler Daten ab, die in der digitalen Datenbasis gespeichert sind. Insbesondere ist es möglich, den aktuellen Ort des Schienenfahrzeugs gleisselektiv zu bestimmen, d.h. festzustellen, ob sich das Schienenfahrzeug bei z.B. zwei parallelen Gleisstrecken auf der linken oder der rechten Strecke befindet.
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Der Umfeldsensor kann die Umgebung mittels elektromagnetischer oder mechanischer Wellen aller Art erfassen, insbesondere durch Abstrahlung solcher Wellen von dem Umfeldsensor in die Umgebung und Empfang von Reflexionen solcher Wellen. Als Umfeldsensor kann z.B. ein optoelektronischer Sensor verwendet werden. So kann hierfür ein bildgebender Sensor wie z.B. eine digitale Kamera, insbesondere eine Zeilenkamera, oder ein Laserscanner verwendet werden. Der Einsatz eines Laserscanners hat besondere Vorteile, da Laserscanner kostengünstig verfügbar sind, sehr zuverlässig sind und sehr präzise Daten liefern. Als Umfeldsensor können z.B. auch ein Ultraschall-Abstandssensor oder mehrere quer zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs verteilt angeordnete Ultraschall-Abstandssensoren verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die Erfassung mittels mechanischer Wellen in Form akustischer Wellen. Auch eine Kombination unterschiedlicher Erfassungsprinzipien ist vorteilhaft.
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Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug-Ortungssystem kann grundsätzlich als fahrzeugseitiges System klassifiziert werden, auch wenn nicht sämtliche Komponenten wie z.B. die digitale Datenbasis mit dem Schienenfahrzeug mitgeführt werden müssen. Zumindest der Umfeldsensor und der Ortungsempfänger sind mit dem Schienenfahrzeug mitzuführen und daher dazu eingerichtet, dass sie an oder in dem Schienenfahrzeug angeordnet werden. Die digitale Datenbasis mit den Streckendaten kann auch an zentraler Stelle fest angeordnet sein, z.B. in einer Kontrollzentrale des Schienennetzes. Die digitale Datenbasis mit den Streckendaten kann auch eine über das Internet abrufbare Datenbasis sein. Sofern die Auswerteeinrichtung mit dem Schienenfahrzeug mitgeführt wird, werden die Streckendaten von der digitalen Datenbasis der Auswerteeinrichtung dann über einen Datenkommunikationskanal zu dem Schienenfahrzeug zugänglich gemacht, z.B. über eine drahtlose Funkdatenübertragung zwischen der Kontrollzentrale und dem Schienenfahrzeug, über eine Datenübertragung über die Schienen oder über eine Datenkommunikation mit an der Gleisstrecke angeordneten Signaleinrichtungen. Für eine echtzeitfähige Ortung ist es allerdings vorteilhaft, wenn die digitale Datenbasis mit den Streckendaten in dem Schienenfahrzeug vorgehalten wird, so dass nicht erst drahtlos die Streckendaten übertragen werden müssen.
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Die Auswerteeinrichtung kann an oder in dem Schienenfahrzeug angeordnet sein und dann mit dem Schienenfahrzeug mitgeführt werden oder separat von dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, z.B. in der erwähnten Kontrollzentrale. Wenn die Auswerteeinrichtung an oder in dem Schienenfahrzeug angeordnet ist, können die Daten von dem Umfeldsensor und dem Ortungsempfänger direkt z.B. über elektrische Leitungen der Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Die von der Auswerteeinrichtung auszugebenden Ortsdaten können dann z.B. über eine Anzeigeeinheit des Schienenfahrzeugs visualisiert werden, über eine Schnittstelle anderen Systemen in dem Schienenfahrzeug zugänglich gemacht werden oder über einen Datenkommunikationskanal anderen Systemen außerhalb des Schienenfahrzeugs zugänglich gemacht werden, z.B. Signaleinrichtungen, Verkehrswegekontrollsystemen oder einer Kontrollzentrale. Sofern die Auswerteeinrichtung nicht mit dem Schienenfahrzeug mitgeführt wird, können die Daten von dem Laserscanner und dem Ortungsempfänger von dem Schienenfahrzeug über den Datenkommunikationskanal der Auswerteeinrichtung zugeführt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Daten jeweils mit Zeitstempeln zu übertragen, so dass die Auswerteeinrichtung wegen eventueller Verzögerungen durch die Datenübertragung wieder eine zeitliche Zuordnung der Daten der verschiedenen Einheiten vornehmen kann.
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Die Ortsdaten können von der Auswerteeinrichtung z.B. als Koordinaten eines globalen Koordinatensystems, z.B. des WGS84, bereitgestellt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Ortsdaten als PNTI-Datensatz bereitgestellt. Dieser Datensatz enthält Positions-, Navigations-, Zeit- und Integritätsdaten. Die Positionsdaten schließen neben der in Koordinaten definierten Ortsposition des Schienenfahrzeugs eine Angabe über die aktuelle Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs mit ein. Die Navigationsdaten können z.B. Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten des Schienenfahrzeugs beinhalten.
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Als Schienenfahrzeug wird ein einzelnes Schienenfahrzeug, wie z.B. ein Triebwagen oder ein Waggon, oder eine Vielzahl von Schienenfahrzeugen verstanden, die zu einem Zug zusammengekoppelt sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Umfeldsensor dazu eingerichtet, Konturen charakteristischer Elemente der befahrenen Gleisstrecke oberhalb des Gleisbetts abzutasten. Insbesondere kann der Umfeldsensor die Konturen der Schienen abtasten. Dies ermöglicht es der Auswerteeinrichtung, anhand der abgetasteten Konturen die charakteristischen Elemente oberhalb des Gleisbetts der befahrenen Gleisstrecke zu detektieren. Aus den detektierten charakteristischen Elementen können durch die Auswerteeinrichtung wiederum charakteristische Merkmale der Streckentopologie detektiert werden. Bei einer Auswertung der erkannten Schienen kann z.B. anhand der Anzahl der erkannten Schienen und deren relativer Positionsveränderung detektiert werden, ob eine Weiche befahren wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung daher dazu eingerichtet, das Befahren von Weichen zu detektieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, anhand der detektierten charakteristischen Elemente der befahrenen Gleisstrecke charakteristische Merkmale der Streckentopologie zu detektieren. Als charakteristische Merkmale können z.B. Weichen, Balisen, Signalmasten oder sonstige Signaleinrichtungen detektiert werden.
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Die Streckendaten können die Streckentopologie zumindest der befahrenen Gleisstrecke z.B. als gerichteter Knoten-Kanten-Graph modellieren. Die Streckendaten weisen dann zusätzlich die geographischen Koordinaten sämtlicher charakteristischer Merkmale der Streckentopologie, die ggf. von dem Umfeldsensor abgetastet werden sollen, auf. So können z.B. bezüglich der zu detektierenden Weichen markante Weichenpunkte wie Anfang und Ende der Weiche sowie das Herzstück der Weiche in den Streckendaten hinterlegt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, durch ein Map-Matching-Verfahren ein detektiertes charakteristisches Merkmal der Streckentopologie, z.B. eine detektierte Weiche, mit einem korrespondierenden charakteristischen Merkmal in den Streckendaten zu korrelieren und anhand des korrelierten charakteristischen Merkmals in den Streckendaten aus den Streckendaten den exakten Ort des Schienenfahrzeugs zu bestimmen. Dies erlaubt anhand entsprechend genauer Streckendaten eine hochpräzise Ortung des Schienenfahrzeugs. Insbesondere eine gewisse Drift der Sensoren einer inertialen Messeinheit kann auf diese Weise kompensiert werden, bzw. die inertiale Messeinheit kann kalibriert werden. Außerdem können Abweichungen zu einem vom Ortungsempfänger ermittelten globalen Positionssignal bestimmt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, beim Überfahren einer Weiche den Anfang einer Weiche, das Herzstück einer Weiche und/oder das Ende einer Weiche zu detektieren. Dies erlaubt z.B. eine Plausibilitätskontrolle, ob die detektierte Richtung des Überfahrens der Weiche mit der tatsächlichen Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs und den entsprechenden Angaben zur Weiche in den Streckendaten übereinstimmt. Somit kann insbesondere bei einer hohen Dichte von Weichen, z.B. in Bahnhofsnähe, eine hoch präzise Ortung des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Schienenfahrzeug-Ortungssystem außerdem eine an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnende inertiale Messeinheit auf. Die inertiale Messeinheit wird dann ebenfalls mit dem Schienenfahrzeug mitgeführt. Die inertiale Messeinheit kann z.B. Drehraten-Sensoren bzw. Gyroskope und Beschleunigungssensoren aufweisen. Durch entsprechende Auswertung der Sensorsignale kann die Bewegung des Schienenfahrzeugs modelliert werden und zumindest kurzzeitstabil die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs festgestellt werden und anhand dessen der aktuelle Ort des Schienenfahrzeugs zumindest ungefähr mitgerechnet werden. Die inertiale Messeinheit wirkt synergetisch mit den übrigen Komponenten des Schienenfahrzeug-Ortungssystems zusammen. Sind z.B. vorübergehend keine verwertbaren Daten von dem Umfeldsensor, dem Ortungsempfänger und/oder der digitalen Datenbasis verfügbar, kann zur kurzzeitigen Überbrückung der aktuelle Ort des Schienenfahrzeugs aus den Daten der inertialen Messeinheit bestimmt werden. Sind die anderen Daten wieder verfügbar, kann die inertiale Messeinheit anhand der daraus bestimmten Ortsdaten neu kalibriert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, Sensordaten der inertialen Messeinheit mittels der ermittelten Ortsdaten zu korrigieren. So kann z.B. beim Passieren charakteristischer Merkmale der Streckentopologie, die von der Auswerteeinrichtung detektiert werden, jeweils eine Nachkalibrierung der inertialen Messeinheit durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Schienenfahrzeug-Ortungssystem außerdem eine an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnende Geschwindigkeitsmesseinheit auf, z.B. einen berührungslos messenden Geschwindigkeitssensor wie Correvit-Rail. Des Weiteren kann das Schienenfahrzeug-Ortungssystem einen an oder in dem Schienenfahrzeug anzuordnenden Geschwindigkeitssensor aufweisen, z.B. in Form eines Odometers oder eines Dopplerradars. Durch solche zusätzlichen Sensoren kann die Bestimmungsgenauigkeit der Ortsposition des Schienenfahrzeugs weiter verbessert werden.
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Die Eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 10 gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit
- a) einem an oder in dem Schienenfahrzeug angeordneten Umfeldsensor, der dazu eingerichtet ist, die befahrene Gleisstrecke des Schienenfahrzeugs und/oder die seitlich und/oder oberhalb der Gleisstrecke angrenzenden Bereiche vor oder hinter dem Schienenfahrzeug mittels elektromagnetischer oder mechanischer Wellen zu erfassen,
- b) einem an oder in dem Schienenfahrzeug angeordneten Ortungsempfänger eines globalen Navigationssystems,
wobei der Umfeldsensor und der Ortungsempfänger Elemente eines Schienenfahrzeug-Ortungssystems der zuvor beschriebenen Art bilden und mit dessen Auswerteeinrichtung verbunden sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert:
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Es zeigen:
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1 – ein Schienenfahrzeug mit einer Schienenfahrzeug-Ortungseinheit und
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2 – eine Auswertung der Daten vom Umfeldsensor und
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3 – eine Gleisstrecke mit einer Weiche.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
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Die 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 1, 13 mit einem Triebwagen 1 und einem Passagierwaggon 13, die sich auf einer Gleisstrecke 4 befinden. Es können noch weitere Passagierwaggons 13 dahintergehängt sein. Der Triebwagen 1 weist einen Führerbereich 2 auf, in dem sich ein Triebfahrzeugführer 7 befindet.
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Der Triebwagen 1 weist als mit dem Triebwagen 1 mitgeführte Komponenten eines Schienenfahrzeug-Ortungssystems einen Umfeldsensor 3 in Form eines Laserscanners, eine inertiale Messeinheit 8, einen Ortungsempfänger 12 eines globalen Satelliten-Navigationssystems in Form eines GPS-Empfängers, eine digitale Datenbasis 11 mit Streckendaten des vom Schienenfahrzeug 1, 13 befahrenden Schienennetzes sowie eine Auswerteeinrichtung 10 auf. Die Datenbasis 11 beinhaltet insbesondere Streckendaten der von dem Schienenfahrzeug 1, 13 aktuell befahrenden Gleisstrecke 4. Die Auswerteeinrichtung 10 kann in Form einer elektronischen Steuereinrichtung bzw. eines Computers ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung 10 ist über Leitungen mit dem Laserscanner 3, der inertialen Messeinheit 8, der digitalen Datenbasis 11 sowie dem GPS-Empfänger 12 verbunden und kann mit diesen Komponenten Daten austauschen, insbesondere von diesen Komponenten ermittelte oder darin gespeicherte Daten empfangen.
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Die Auswerteeinrichtung 10 ist außerdem mit einer Fernkommunikationseinheit 16 verbunden, über die die Auswerteeinrichtung 10 Daten mit entfernten Systemen, die nicht mit dem Schienenfahrzeug 1, 13 mitgeführt werden, drahtlos austauschen kann.
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Der Laserscanner 3 kann, wie in 1 dargestellt ist, frontal an dem Triebfahrzeug 1 angebracht sein und quer zur Fahrtrichtung Höhenprofile der davorliegenden Gleisstrecke 4 scannen. Es ist auch möglich, den Laserscanner 3 bzw. einen anderen Umfeldsensor an anderen Stellen anzuordnen, wie z.B. am Heck des Triebwagens 1 oder in einem Passagierwaggon 13. Es ist auch möglich, den Laserscanner 3 bzw. einen anderen Umfeldsensor leicht schräg zur Seite blicken lassen oder zwei leicht schräg zur Seite ausgerichtete Umfeldsensoren zu verwenden.
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Die Auswerteeinrichtung 10 bestimmt aus den von dem Laserscanner 3, der inertialen Messeinheit 8, dem Ortungsempfänger 12 und der digitalen Datenbasis 11 empfangenen oder davon abgerufenen Daten den aktuellen Ort des Schienenfahrzeugs 1, 13 und gibt das Ergebnis als Ortsdaten z.B. an ein über eine Leitung 9 an die Auswerteeinrichtung 10 angeschlossenes Display 6 im Führerbereich 2 visuell aus. Die Ausgabe kann beispielsweise durch Markierung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs 1, 13 in einen auf dem Display 6 dargestellten Schienennetz erfolgen, so dass der Fahrzeugführer prüfen kann, ob sich das Schienenfahrzeug 1, 13 auf dem richtigen Gleis befindet.
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Die Auswertung der von dem Umfeldsensor 3 an die Auswerteeinrichtung 10 abgegebenen Bilddaten kann z.B. in folgender Weise durchgeführt werden, wobei beispielhaft wieder von einem Laserscanner als Umfeldsensor ausgegangen wird. Die beschriebenen Verfahren können auch bei anderen Arten von Umfeldsensoren angewendet werden.
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Es sei wiederum davon ausgegangen, dass der Laserscanner 3 quer zur Fahrtrichtung Höhenprofile der davorliegenden Gleisstrecke 4 scannt. Dies ist in der 2 anhand eines Querschnitts durch die befahrene Gleisstrecke 4 dargestellt. Im unteren Bereich der 2 ist das Gleisbett 40 im Querschnitt dargestellt, wobei beispielhaft drei nebeneinander angeordnete Schienen 41, 42, 43 im Querschnitt dargestellt sind. Im mittleren Teil der 2 sind die vom Laserscanner 3 ermittelten Daten als Punktmuster 20 wiedergegeben. Erkennbar ist, dass in den Bereichen, wo sich die Schienen 41, 42, 43 befinden, charakteristische „Berge“ 21, 22, 23 im Punktmuster 20 vorhanden sind, die mit der Lage und Form der Schienen 41, 42, 43 korrespondieren. In dem durch das Punktmuster 20 bestimmten Höhenprofil lassen sich die markant herausstehenden Schienenköpfe der Schienen 41, 42, 43 z.B. durch Hüllkurven beschreiben, wie z.B. durch Gauß-Kurven. Es kann z.B. ein 1D Gaussian Mixture Model verwendet werden. Der durch die Modulierung mit den Gauß-Kurven erzeugte Kurvenverlauf ist im oberen Teil der 2 anhand des Verlaufs 30 dargestellt. Jeweils an den Positionen der Schienen 41, 42, 43 sind charakteristische Glockenkurvenverläufe solcher Gauß-Kurven 31, 32, 33 erkennbar. Durch charakteristische Eigenschaften dieser Gauß-Kurven wie die Amplitude und die Standardabweichung lassen sich Schienenquerschnitte identifizieren. Mit den Mittelwerten dieser Gauß-Kurven können die relativen Positionen der Schienen bestimmt werden. Die identifizierten Schienen in dem Verlauf 30 werden als Objekthypothesen über aufeinander folgende Scanprofile 20 des Laserscanners zeitlich verfolgt. Durch eine Identifikation und Klassifikation von zusätzlichen Schienen, außer den normalerweise zwei Schienen einer Gleisstrecke, und weiteren identifizierten charakteristischen Elementen, wie z.B. den Elementen einer Weiche wie Zunge, Herzstück und Radlenker, lassen sich überfahrene Weichen identifizieren und der Zeitpunkt des Passierens des Weichenanfangs und des Herzstücks bestimmen. Auch weitere charakteristische Elemente wie z.B. eine Balise können erkannt und detektiert werden und für eine Positionsbestimmung herangezogen werden.
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Charakteristische Merkmale einer Weichenüberfahrt sind z.B.:
- 1. Der Anfang einer Weiche liegt vor, wenn auf der einen Seite der Gleisstrecke aufgrund der anliegenden Weichenzunge die Schienenbreite und damit die Standardabweichung der Gauß-Kurve, welche die befahrenen Schienen beschreibt, zunimmt, und auf der anderen Seite der Gleisstrecke eine zusätzliche Gauß-Kurve für die abliegende Weichenzunge in den aufgenommenen Bilddaten hinzukommt.
- 2. Beim Passieren einer Weiche detektiert der Umfeldsensor jeweils vier Schienen: Eine Schiene spaltet sich in zwei Schienen auf und auf der anderen Seite kommt eine Weichenzunge hinzu.
- 3. Der Mittelwert der dazukommenden Schiene wandert vom Mittelwert der einen befahrenen Schiene zum Mittelwert der anderen befahrenen Schiene der Gleisstrecke. Aus der Richtung, in der der Mittelwert der dazukommenden Schiene wandert, kann die eingeschlagene Richtung des Schienenfahrzeugs bestimmt werden.
- 4. Die dazukommende Schiene zusammen mit der durch einen weiteren, und zum anderen wandernden äquidistanten Mittelwert repräsentierten Schienen bildet das nicht befahrene Gleis.
- 5. Das Herzstück der Schiene lässt sich durch die Anwesenheit des Radlenkers, zweier Flügelschienen, der Herzstücklücke bzw. der Herzstückspitze identifizieren.
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Aus einer geeigneten Kombination der Wahrscheinlichkeiten der Objekthypothesen lässt sich auf die Wahrscheinlichkeit einer Weichenüberfahrt schließen.
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Alternativ zu der Modellierung der Schienen durch Gauß-Kurven kann eine Identifikation der Schienen durch Clustering der ermittelten Punkte des Umfeldsensors zu Punktclustern durchgeführt werden. Die einzelnen Cluster werden in einem weiteren Schritt Schienen zugeordnet. Zwei Schienen werden jeweils einer Gleisstrecke zugeordnet. Vergleichbar zu dem zuvor erläuterten Ansatz mit den Gauß-Kurven werden die zugeordneten Cluster über zeitlich aufeinanderfolgende Scanprofile verfolgt, um eine weitere Berechnung der Cluster und der Zuordnung zu vereinfachen und zusätzlich Fehlzuordnungen zu erkennen und zu minimieren. Mit Hilfe der erkannten Gleisstrecken können dann Weichen erkannt werden, wenn Gleisstrecken sich verzweigen oder vereinigen.
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Die 3 zeigt das Überfahren einer Weiche 60 durch das Schienenfahrzeug 1, 13 in schematischer Darstellung. Es sei angenommen, dass sich das Schienenfahrzeug auf der Gleisstrecke 4 von links entsprechend dem Pfeil 46 der Weiche 60 nähert und diese ohne abzubiegen gerade überfährt, d.h. entsprechend dem Pfeil 47 die Weiche 60 verlässt. Die Weiche 60 weist einen Weichenanfang 50, ein Herzstück 56 und ein Weichenende 58 auf. An diesen markanten Streckenpunkten 50, 56, 58 sowie an weiteren Streckenpunkten 52, 54 sind jeweilige von dem Laserscanner 3 aufgenommene Scanprofile nach deren Auswertung und Umwandlung in einen dem Verlauf 30 entsprechenden Verlauf dargestellt, und zwar in Form der über den jeweiligen Streckenpunkten 50, 52, 54, 56, 58 dargestellten Scanprofile 51, 53, 55, 57, 59. In dem Scanprofil 51 werden zwei Schienen detektiert, was den zwei Schienen 41, 43 der Gleisstrecke 4 an dem Streckenpunkt 50 entspricht. An dem Streckenpunkt 52 werden, weil sich die durch die Weiche 60 bildenden zwei Gleisstrecken bereits aufteilen, in dem Scanprofil 53 vier Schienen detektiert. Am Streckenpunkt 54 werden in dem Scanprofil 55 drei Schienen detektiert, nämlich die anhand der 2 bereits dargestellten Schienen 41, 42, 43. Die untere Schiene 45 der abzweigenden Gleisstrecke wird nicht mehr detektiert, weil sie nicht mehr im Erfassungsbereich des Laserscanners 3 liegt.
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An dem Streckenpunkt 56 werden wiederum zwei Schienen 41, 43 detektiert, was in dem Scanprofil 57 erkennbar ist. Das Gleiche gilt für den Streckenpunkt 58, bei dem in dem Scanprofil 59 wiederum zwei Schienen 41, 43 auftauchen.
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Die 3 zeigt die Weiche 60 in einer vereinfachten schematisierten Darstellung, in der nicht alle Details einer realen Weiche eines Schienenfahrzeugnetzes abgebildet sind, wie z.B. die Radlenker. Diese würden in den Scanprofilen 51, 53, 55, 57, 59 an den entsprechenden Stellen ebenfalls in Form von Gauß-Kurven auftauchen, ggf. mit anderer Amplitude und Standardabweichung als die eigentlichen Schienen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009021053 A1 [0004]
