DE102012203197A1

DE102012203197A1 - Verfahren und System zum Steuern eines Prozesses

Info

Publication number: DE102012203197A1
Application number: DE102012203197A
Authority: DE
Inventors: Jens Braband
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-05
Also published as: EP2820509A1; WO2013127659A1; CN104205005A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbefehls, sowie ein diesbezügliches System. Um hohe Bediensicherheit ohne manuell zu betätigende Bedienelemente, wie Tastaturen und Schalter, zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn eine Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung eines Bedieners (6) erkennt und der Bediener (6) mittels eines bedienerseitigen RFID-Senders (5) von einem prozessseitigen RFID-Empfänger (3) authentifiziert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbefehls sowie ein System zum Steuern einer Bahnbetriebseinrichtung.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Steuerung von Bahnbetriebsprozessen, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt ist. Vielmehr ist eine Anwendung bei Prozessen verschiedenster Art, beispielsweise im industriellen Bereich oder zur Verkehrssteuerung mit jeglichen Verkehrsmitteln, denkbar.
Unter den zu steuernden Bahnbetriebseinrichtungen sind dabei unterschiedliche Einrichtungen – von Fahrzeugen bis zu Leitstellen – subsumiert.
Steuerbefehle werden überwiegend mittels Tastatur, Mausklick oder Touchscreen manuell in ein Bediengerät eingegeben. Schienenfahrzeugen, die durch einen Bediener gesteuert werden, der sich in einen Führerstand des Schienenfahrzeugs befindet, müssen zur Steuerung vorgesehene Bedienelemente, beispielsweise in Form von Knöpfen, Hebeln und Schaltern, betätigt werden. Außerdem ist, insbesondere aus dem Bereich des Personennahverkehrs, bekannt, Schienenfahrzeuge automatisiert zu steuern. Darüber hinaus gibt es Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise die Rangierlok der Deutschen Bahn V6, die über Funk von einem nicht im Führerstand befindlichen, sondern auf oder neben der Strecke in Fahrzeugnähe stehenden Bediener mit Hilfe eines Bedienpultes ferngesteuert werden.
Nachteilig bei diesen bekannten Eingabemethoden ist insbesondere der teilweise erhebliche Aufwand, um die Korrektheit der Steuerbefehle und die Authentifikation des Bedieners sicherzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Prozesses anzugeben, die eine hochgradig zuverlässige und gleichzeitig ergonomische Eingabe von Steuerbefehlen ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn eine Bilderkennungseinrichtung eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung eines Bedieners erkennt und der Bediener mittels eines bedienerseitigen RFID-Senders von einem prozessseitigen RFID-Empfänger authentifiziert ist.
Zum Steuern einer, insbesondere sicherheitsrelevanten, Bahnbetriebseinrichtung sind zur Lösung der Aufgabe folgende Komponenten vorgesehen:

– eine einen Bediener erfassende Bilderkennungseinrichtung,
– ein bedienerseitiger RFID-Sender und ein bahnbetriebseinrichtungsseitiger RFID-Empfänger sowie
– eine mit der Bilderkennungseinrichtung und dem RFID-Empfänger verbundene Auswerteeinrichtung, die den Steuerbefehl erzeugt, wenn die Bilderkennungseinrichtung eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung des Bedieners erkennt und der RFID-Empfänger eine Authentifikation des Bedieners feststellt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Steuersystems besteht darin, dass keinerlei Bedienelemente, wie beispielsweise Hebel, Schalter oder Tastaturen, die aufwendig verkabelt werden müssen, erforderlich sind. Eine Leitzentrale, ein Schienenfahrzeug oder eine andere Bahnbetriebseinrichtung lassen sich ergonomisch vorteilhaft und einfach mittels einer Arm- und/oder Handbewegung steuern. Zusätzlich oder alternativ können auch Hilfsmittel, wie Schilder mit steuerbefehlsspezifischen Symbolen oder Strichcodes, entsprechend positioniert werden. Die Bilderkennungseinrichtung ist auf den Bediener, der die Bewegung ausführt, gerichtet und erzeugt je nach Art der Bewegung ein spezifisches Ausgangssignal, das direkt in den zu steuernden Prozess eingreift. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Steuerbefehle zum Steuern eines Schienenfahrzeuges zu erzeugen, ohne dass sich ein Fahrzeugführer im Führerstand befinden muss. Eine Steuerung von außerhalb ist insbesondere bei liegengebliebenen beziehungsweise defekten Schienenfahrzeugen von Vorteil. Ein Zusteigen des Fahrzeugführers, das in der Regel vorherige Sicherheitsmaßnahmen, zum Beispiel Sichern des Schienenfahrzeuges gegen Wegrollen und Abstellen des Stromes, erfordert, die unter Umständen sehr aufwendig sind, ist nicht erforderlich. Besonders vorteilhaft ist der mit diesem gestischen Steuerverfahren verbundene Zeitgewinn.
Um die Sicherheit der Steuerinformationen zu erhöhen, können Bilder aus unterschiedlichen Quellen gegeneinander plausibilisiert werden. Die Bilderkennungseinrichtung kann beispielsweise eine Videokamera umfassen, die im optisch sichtbaren und/oder im Infrarot- und/oder im Ultraschallbereich arbeitet.
Gleichzeitig sorgt ein RFID-Funksystem mit bedienerseitigem RFID-Sender und prozessseitigen RFID-Empfänger dafür, dass eine missbräuchliche Steuerung von einem nicht authentifizierten Bediener verhindert wird. Dazu sendet der RFID-Sender, den der Bediener mitführt, eine Kennung, die von der zu steuernden Bahnbetriebseinrichtung ausgewertet wird und zu der Umsetzung oder Verweigerung des durch die gestische Bewegung des Bedieners ausgelösten Steuerbefehls führt. Der RFID-Sender des Bedieners kann beispielsweise in Form eines Ausweises an einem Halsband oder in einer Sicherheitsweste eingearbeitet oder in Kombination mit einem Mobilgerät, zum Beispiel PDA, getragen werden.
Auf diese Weise ergibt sich ein einfaches Bedienverfahren für sicherheitsrelevante Bahnbetriebseinrichtungen, das signaltechnisch sicher realisierbar ist, wobei lediglich die Schnittstelle zwischen dem prozessseitigen RFID-Empfänger und der zu steuernden Bahnbetriebseinrichtung signaltechnisch sicher aufgebaut sein muss, während alle anderen Komponenten durch redundante Ausführung abgesichert sind.
Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der RFID-Empfänger Positionsdaten des RFID-Senders ermittelt, welche über die Auswerteeinrichtung an die Bilderkennungseinrichtung zur Nachverfolgung des Bedieners übertragen werden. Diese Positionsdaten können beispielsweise in Form von Entfernung und Raumwinkel ermittelt werden. Damit ist es möglich, den authentifizierten Bediener mit der Bilderkennungseinrichtung zu erfassen und dessen Ortsveränderungen zu verfolgen, auch wenn sich zum Beispiel mehrere Bediener im oder nahe am Führerstand oder im Leitstand aufhalten. Die Auswerteeinrichtung kann dazu beispielsweise nach Art der Spielekonsole „XBox Kinect“ der Firma Microsoft aus Bewegungen des Bedieners Ansteuersignale für die Nachführung der Bilderkennungseinrichtung, beispielsweise einer Videokamera, ableiten. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die RFID-Technik Schwächen der Videotechnik, insbesondere bezüglich Entfernungsbestimmung oder Tracking in Mehrpersonensituationen, kompensiert werden.
Darüber hinaus kann der RFID-Sender gemäß Anspruch 4 sensorisch ermittelte Daten des Bedieners, insbesondere Gesundheitsdaten, an den RFID-Empfänger und damit an die Auswerteeinrichtung übertragen. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine sogenannte Totmann-Funktion realisiert werden, indem Pulsfrequenz, Herzrhythmus oder ähnliches sporadisch, regelmäßig oder kontinuierlich sensorisch gemessen und über das RFID-Funksystem an den zu steuernden Prozess weitergeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann, zum Beispiel mittels eines Beschleunigungsensors, gegebenenfalls in Verbindung mit der Videoauswertung erkannt werden, ob der Bediener zum Beispiel gestolpert ist und am Boden liegt. Dann erfolgt prozessseitig ebenso wie im Falle technischer Störungen, wie zum Beispiel Verbindungsabbruch, eine Notabschaltung beziehungsweise die Überführung des Bahnbetriebsprozesses in einen sicheren Zustand.
Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der RFID-Sender eine Notaus-Funktion zur Überführung der Bahnbetriebseinrichtung in einen signaltechnisch sicheren Zustand aufweist. Dadurch kann auch der Bediener von sich aus, zum Beispiel in einer Notsituation, die Beendigung der Steuerprozesse durch Erzwingung eines genau definierten sicheren Zustandes einleiten. Der RFID-Sender kann dazu beispielsweise das Signal eines Beschleunigungssensors weiterleiten, wenn eine starke Beschleunigung durch einen Schlag des Bedieners auf den Beschleunigungssensor zu einem ungewöhnlichen Ausgangssignal führt, wodurch eine Notabschaltung bewirkt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Steuerung einer Bahnbetriebseinrichtung am Beispiel einer Schienenfahrzeugsteuerung.
Dargestellt ist ein Schienenfahrzeug 1, das mit einer technischen Einrichtung zum Steuern ausgestattet ist. Diese Einrichtung umfasst eine Bilderkennungseinrichtung 2 und einen RFID – Radio Frequency Identification – Empfänger 3, deren Ausgangssignale einer Auswerteeinrichtung 4 zugeführt sind. Der RFID-Empfänger 3 wirkt mit einem RFID-Sender 5 zusammen, der von einem Bediener 6 mitgeführt wird. Der Bediener 6 befindet sich in dem Ausführungsbeispiel außerhalb des Schienenfahrzeuges 1. Das Schienenfahrzeug 1 wird gesteuert, indem der Bediener 6 Steuerbefehle in Form von gestischer Bewegung über die Bilderkennungseinrichtung 2 an die Auswerteeinrichtung 4 weitergibt. Anstelle von Bedienelementen, wie Tastaturen, Hebeln oder Schaltern, greift die Auswerteeinrichtung 4 direkt in den Steuerprozess des Schienenfahrzeugs 1 ein, beispielsweise durch Einwirkung auf Geschwindigkeitssteuereinrichtungen oder Bremseinrichtungen. In dem Ausführungsbeispiel hat der Bediener 6 seine Arme ausgebreitet, wodurch die Bilderkennungseinrichtung 2 die Auswerteeinrichtung 4 derart ansteuert, dass das Schienenfahrzeug 1 abgebremst wird.
Damit nur berechtigte Personen als Bediener 6 fungieren können, überträgt der bedienerseitige RFID-Sender 5 ein spezifisches Signal über den schienenfahrzeugseitigen RFID-Empfänger 3 an die Auswerteeinrichtung 4. Außerdem dient die RFID-Funkverbindung 3/5 der Entfernungs- und Richtungserkennung zwischen Schienenfahrzeug 1 und Bediener 6, so dass die Bilderkennungseinrichtung 2 auf den Bediener 6 ausgerichtet und bei Ortsveränderung des Bedieners 6 nachgeführt werden kann. Dabei können auch Gefahrenbereiche und/oder von der Bilderkennungseinrichtung 2 nicht ausleuchtbare Bereiche erkannt werden und an den Bediener 6, zum Beispiel mittels Warnton, kommuniziert werden. Die RFID-Funkverbindung kann dazu bilateral ausgebildet sein, das heißt der RFID-Empfänger 3 und der RFID-Sender 5 können auch als RFID-Sender/Empfänger ausgebildet sein.
Neben der Authentifikationsüberwachung des Bedieners 6 und der Nachführung der Bilderkennungseinrichtung 2 kann die RFID-Funkverbindung auch zur Übermittlung bedienerbezogener Daten, die sensorisch ermittelt werden, beispielsweise Gesundheitsdaten, sowie zur Realisierung einer Notaus-Funktion verwendet werden. Die Notaus-Funktion kann dabei beispielsweise durch einen Schlag auf einen mit dem RFID-Sender 5 verbundenen Beschleunigungssensor in Gefahrensituationen ausgelöst werden, wodurch die Auswerteeinrichtung einen signaltechnisch sicheren Zustand erzwingt.
Die als Steuerbefehle vorgesehenen Gesten und Bewegungen des Bedieners 6 werden von der Bilderkennungseinrichtung 2 aufgenommen und mit gespeicherten Bildern verglichen, so dass ein Ausgangssignal resultiert, welches dem gewollten Steuerbefehl entspricht und an die Auswerteeinrichtung 2 weitergeleitet wird.
Durch das Zusammenwirken von Bilderkennungseinrichtung 2 und RFID-Funksystem 3/5 ist auf einfache Weise ein signaltechnisch sicherer Aufbau der Steuerkette möglich. Außerdem werden die Nachteile der Bilderkennungseinrichtung, insbesondere bezüglich Entfernungs- und Richtungsmessung, durch das RFID-Funksystem 3/5 kompensiert. Vorteilhaft ist außerdem, dass die zu steuernde Bahnbetriebseinrichtung, die nicht unbedingt ein Schienenfahrzeug 1 sein muss, sondern beispielsweise auch eine ortsfeste Leitstelle sein kann, mittels der durch gestische Bewegungen eines Bedieners 6 erzeugten Steuerbefehle ohne Tastaturen und dergleichen Bedienelemente steuerbar ist. Bei dem Schienenfahrzeug 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der Bediener 6 beispielsweise auch innerhalb des Schienenfahrzeuges 1 durch Gesten agieren, wobei dann die Bilderkennungseinrichtung 2 nach innen gerichtet ist.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Prozesses, insbesondere eines Bahnbetriebsprozesses, mittels mindestens eines Steuerbefehls, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl erzeugt wird, wenn – eine Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung eines Bedieners (6) erkennt und – der Bediener (6) mittels eines bedienerseitigen RFID-Senders (5) von einem prozessseitigen RFID-Empfänger (3) authentifiziert ist.
System zum Steuern einer, insbesondere sicherheitsrelevanten, Bahnbetriebseinrichtung mittels mindestens eines Steuerbefehls, dadurch gekennzeichnet – eine einen Bediener (6) erfassende Bilderkennungseinrichtung (2), – einen bedienerseitigen RFID-Sender (5) und einen bahnbetriebseinrichtungsseitigen RFID-Empfänger (3) und – eine mit der Bilderkennungseinrichtung (2) und dem RFID-Empfänger (3) verbundene Auswerteeinrichtung (4), die den Steuerbefehl erzeugt, wenn die Bilderkennungseinrichtung (2) eine dem Steuerbefehl zugeordnete gestische Bewegung des Bedieners (6) erkennt und der RFID-Empfänger (3) eine Authentifikation des Bedieners (6) feststellt.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Empfänger (3) Positionsdaten des RFID-Senders (5) ermittelt, welche über die Auswerteeinrichtung (4) an die Bilderkennungseinrichtung (2) zur Nachverfolgung des Bedieners (6) übertragen werden.
System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Sender (5) sensorisch ermittelte Daten des Bedieners (6), insbesondere Gesundheitsdaten, an den RFID-Empfänger (3) überträgt.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Sender (5) eine Notaus-Funktion zur Überführung der Bahnbetriebseinrichtung in einen signaltechnisch sicheren Zustand aufweist.