DE102012213487A1

DE102012213487A1 - Schienenfahrzeugortung

Info

Publication number: DE102012213487A1
Application number: DE102012213487.5A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Evers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014019889A2; EP2870048A2; WO2014019889A3; EP2870048B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Verfahren zum Betreiben einer Ortungseinrichtung (10), die zum Orten eines Schienenfahrzeugs (110) auf einer Schienenstrecke (100) einen entlang der Schienenstrecke (100) verlegten Wellenleiter (50) umfasst, wobei bei dem Verfahren zeitlich nacheinander elektromagnetische Pulse (Pin) in den Wellenleiter (50) eingespeist werden und für jeden ausgesandten Puls jeweils durch Rückstreuung des elektromagnetischen Pulses (Pin) erzeugte Rückstreumuster (Rm1–Rm3) empfangen und ausgewertet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wellenleiter (50) entlang der Schienenstrecke (100) zumindest einen Verlängerungsabschnitt (51–55) aufweist, in dem die Länge des Wellenleiters (50) um eine Überlänge länger ist als der diesem Verlängerungsabschnitt (51–55) zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke (100), die zeitliche Rückstreumusterlänge des empfangenen Rückstreumusters (Rm1–Rm3) gemessen wird, die Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) bestimmt wird, die sich beim Passieren des Verlängerungsabschnitts (51–55) im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt (51–55) ergibt und die Zusatzzeitdauer zum Erzeugen eines Fehlersignals (F) oder zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung (10) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 2011/027166 A1 bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren ist zum Orten eines Schienenfahrzeugs entlang einer Schienenstrecke ein Wellenleiter vorgesehen, der entlang der Schienenstrecke verlegt ist. In den Wellenleiter werden zeitlich nacheinander elektromagnetische Pulse eingespeist. Für jeden ausgesandten Puls wird jeweils zumindest ein durch fahrzeuginduzierte Rückstreuung des elektromagnetischen Pulses erzeugtes Rückstreumuster empfangen und ausgewertet. Durch das Auswerten der Rückstreumuster wird das Schienenfahrzeug auf der Schienenstrecke geortet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Ortungseinrichtung anzugeben, das eine gegenüber vorbekannten Verfahren verbesserte Ortung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wellenleiter entlang der Schienenstrecke zumindest einen Verlängerungsabschnitt aufweist, in dem die Länge des Wellenleiters um eine Überlänge länger ist als der diesem Verlängerungsabschnitt zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke, die zeitliche Rückstreumusterlänge des empfangenen Rückstreumusters gemessen wird, die Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters bestimmt wird, die sich beim Passieren des Verlängerungsabschnitts im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt ergibt und die Zusatzzeitdauer zum Erzeugen eines Fehlersignals oder zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung herangezogen wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass bei diesem Verlängerungsabschnitte eingesetzt und die durch diese hervorgerufenen Zusatzzeitdauern gemessen und ausgewertet werden. Sind die Zusatzzeitdauern der Verlängerungsabschnitte vorab bekannt, so können die während des normalen Betriebs der Ortungseinrichtung gemessenen Zusatzzeitdauern zum Erzeugen eines Fehlersignals herangezogen werden, wenn es zu ungewöhnlichen Abweichungen zwischen den gemessenen Zusatzzeitdauern und den erwarteten Zusatzzeitdauern kommt. Sind die Zusatzzeitdauern der Verlängerungsabschnitte vorab noch nicht bekannt, so können im Rahmen einer Referenzfahrt (Kalibrierfahrt) die auftretenden Zusatzzeitdauern gemessen und gespeichert bzw. zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung verwendet werden, so dass nachfolgend im weiteren Betrieb der Ortungseinrichtung eine Fehlersignalbildung erfolgen kann, wie sie bereits beschrieben wurde.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein eine Fehlfunktion der Ortungseinrichtung anzeigendes Fehlersignal erzeugt wird, wenn beim Passieren eines Verlängerungsabschnitts die Zusatzzeitdauer eine vorgegebene Soll-Zusatzzeitdauer um ein vorgegebenes Maß hinaus über- oder unterschreitet.
Die Soll-Zusatzzeitdauer wird vorzugsweise durch Multiplikation der Überlänge des Verlängerungsabschnitts mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor ermittelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kalibrierung der Ortungseinrichtung erfolgt, wobei zur Kalibrierung der Ortungseinrichtung der oder die Verlängerungsabschnitte des Wellenleiters geortet und deren jeweilige Überlänge gemessen wird, indem die Schienenstrecke von einem Referenzschienenfahrzeug abgefahren wird, dessen tatsächliche Länge bekannt ist, die zeitliche Rückstreumusterlänge des Rückstreumusters im zeitlichen Verlauf während der Fahrt des Referenzschienenfahrzeugs gemessen wird, im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte geschlossen wird und anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters in dem jeweiligen Abschnitt die Überlänge des Verlängerungsabschnitts berechnet und/oder die gemessene Zusatzzeitdauer als Soll-Zusatzzeitdauer für den jeweiligen Verlängerungsabschnitt gespeichert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Betriebs der Ortungseinrichtung die Länge des jeweiligen Schienenfahrzeugs gemessen wird, das die Schienenstrecke befährt, indem im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte geschlossen wird und anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters in dem jeweiligen Abschnitt im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt die Länge des Schienenfahrzeugs errechnet wird.
Vorzugsweise wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Abweichung zwischen der für einen der Verlängerungsabschnitte gemessenen Länge des Schienenfahrzeugs und der für einen anderen der Verlängerungsabschnitte gemessenen Länge des Schienenfahrzeugs einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Ortungseinrichtung zum Orten eines Schienenfahrzeugs entlang einer Schienenstrecke mit einem entlang der Schienenstrecke verlegten Wellenleiter, einer Pulserzeugungseinrichtung zum Erzeugen und Einspeisen zeitlich aufeinander folgender elektromagnetischer Pulse in den Wellenleiter, einer Detektionseinrichtung zum Detektieren von durch Rückstreuung erzeugten Rückstreumustern und einer Auswerteinrichtung zum Auswerten der Rückstreumuster.
Bezüglich einer solchen Ortungseinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wellenleiter entlang der Schienenstrecke zumindest einen Verlängerungsabschnitt aufweist, in dem die Länge des Wellenleiters um eine Überlänge länger ist als der diesem Verlängerungsabschnitt zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke, und die Auswerteinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die zeitliche Rückstreumusterlänge des empfangenen Rückstreumusters misst und die Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters bestimmt, die sich beim Passieren des Verlängerungsabschnitts durch das Schienenfahrzeug im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt ergibt.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung im Wesentlichen entsprechen.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Auswerteinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie ein eine Fehlfunktion der Ortungseinrichtung anzeigendes Fehlersignal erzeugt, wenn beim Passieren des Verlängerungsabschnitts die Zusatzzeitdauer eine vorgegebene Soll-Zusatzzeitdauer um ein vorgegebenes Maß hinaus über- oder unterschreitet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteinrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie zur Kalibrierung der Ortungseinrichtung den oder die Verlängerungsabschnitte des Wellenleiters ortet und vermisst, während die Schienenstrecke von einem Referenzschienenfahrzeug abgefahren wird, dessen tatsächliche Länge bekannt ist, wobei die zeitliche Rückstreumusterlänge des Rückstreumusters im zeitlichen Verlauf während der Fahrt des Referenzschienenfahrzeugs gemessen wird, im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte geschlossen wird und anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters in dem jeweiligen Abschnitt die Überlänge des Verlängerungsabschnitts berechnet und/oder die gemessene Zusatzzeitdauer als Soll-Zusatzzeitdauer für den jeweiligen Verlängerungsabschnitt gespeichert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteinrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie während des Betriebs der Ortungseinrichtung die Länge des jeweiligen Schienenfahrzeugs misst, das die Schienenstrecke befährt, indem sie im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte schließt und anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters in dem jeweiligen Abschnitt im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt die Länge des Schienenfahrzeugs errechnet.
Vorzugsweise weist der Wellenleiter entlang der Schienenstrecke eine Vielzahl an Verlängerungsabschnitten auf. Sind mehrere Verlängerungsabschnitte vorhanden, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sich die Überlängen der Verlängerungsabschnitte dahingehend unterscheiden, dass zumindest zwei unterschiedliche Überlängen vorhanden sind.
Vorzugsweise sind zumindest zwei der Verlängerungsabschnitte, vorzugsweise alle, voneinander durch Wellenleiterabschnitte getrennt, die keine Überlänge aufweisen.
Die Anordnung der Verlängerungsabschnitte bildet vorzugsweise eine Ortskodierung.
Besonders bevorzugt ist die Länge des Wellenleiters in den Verlängerungsabschnitten mindestens 10-mal, vorzugsweise mindestens 100-mal, größer als die Länge des jeweils zugeordneten Abschnitts der Schienenstrecke, um eine einfache und zuverlässige Ortung zu gewährleisten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ortungseinrichtung zum Orten eines Schienenfahrzeugs entlang einer Schienenstrecke,
2–4 beispielhaft Rückstreumuster, die ein Schienenfahrzeug auf der Schienenstrecke gemäß 1 erzeugt,
5 ein Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt, wie er bei der Ortungseinrichtung gemäß 1 eingesetzt werden kann, wobei der Verlängerungsabschnitt einen aufgespulten Wellenleiter umfasst,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt, wie er bei der Ortungseinrichtung gemäß 1 eingesetzt werden kann, wobei der Verlängerungsabschnitt durch eine Mäanderstruktur gebildet ist,
7 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt, wie er bei der Ortungseinrichtung gemäß 1 verwendet werden kann, wobei der Verlängerungsabschnitt einen Mäanderabschnitt sowie einen aufgespulten Wellenleiterabschnitt umfasst, und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ortungseinrichtung, bei der Verlängerungsabschnitte eine Ortskodierung bilden.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Ortungseinrichtung 10, die eine Pulserzeugungseinrichtung 20, eine Detektionseinrichtung 30, eine optische Koppeleinrichtung 40, einen Wellenleiter 50 z. B. in Form eines optischen Lichtwellenleiters und eine Auswerteinrichtung 60 umfasst.
Die Pulserzeugungseinrichtung 20 weist vorzugsweise einen nicht weiter gezeigten Laser auf, der es ermöglicht, regelmäßig, beispielsweise mit einer fest vorgegebenen Pulsrate, kurze elektromagnetische, insbesondere optische, Pulse zu erzeugen und über die Koppeleinrichtung 40 in den Wellenleiter 50 einzuspeisen. Die Pulserzeugungseinrichtung 20 wird von der Auswerteinrichtung 60 vorzugsweise angesteuert, so dass der Auswerteinrichtung 60 die Zeitpunkte der Pulserzeugung zumindest näherungsweise bekannt sind.
Die Detektionseinrichtung 30 weist beispielsweise einen Fotodetektor auf, der das Detektieren elektromagnetischer Strahlung ermöglicht. Die Detektionseinrichtung 30 übermittelt ihre Messsignale an die Auswerteinrichtung 60, die diese auswertet.
In der 1 lässt sich erkennen, dass der Wellenleiter 50 entlang einer Schienenstrecke 100 angeordnet ist. Auf der Schienenstrecke 100 fährt ein Schienenfahrzeug 110 entlang der Pfeilrichtung P von links nach rechts. Bei der Darstellung gemäß der 1 ist die Bewegung des Schienenfahrzeugs 110 entlang der Pfeilrichtung P durch zwei weitere Positionen symbolisiert (vgl. Schienenfahrzeugpositionen 110’ und 110’’).
Die 1 zeigt, dass der Wellenleiter 50 mit Verlängerungsabschnitten 51, 52 und 53 ausgestattet ist, in denen die Länge des Wellenleiters 50 größer ist als die Länge der zugeordneten Abschnitte der Schienenstrecke 100. Außerhalb der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 ist der Wellenleiter 50 näherungsweise genauso lang wie die Schienenstrecke 100. Der Längenunterschied bzw. die Überlänge in den Verlängerungsabschnitten 51 bis 53 beruht beispielsweise darauf, dass der Wellenleiter 50 in diesen Abschnitten mehrfach gekrümmt ist.
Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 sind in den 5 bis 7 dargestellt; auf diese Figuren wird weiter unten eingegangen.
Die Ortungseinrichtung 10 gemäß 1 lässt sich zum Orten des Schienenfahrzeugs 110 beispielsweise wie folgt betreiben:
Die Auswerteinrichtung 60 steuert die Pulserzeugungseinrichtung 20 derart an, dass diese zeitlich nacheinander elektromagnetische Pulse Pin über die Koppeleinrichtung 40 in den Wellenleiter 50 einspeist. Die erzeugten elektromagnetischen Pulse laufen entlang der Pfeilrichtung P in der 1 von links nach rechts und werden vorzugsweise am Wellenleiterende 50a von einer Absorptionseinrichtung 200 absorbiert.
Durch das auf der Schienenstrecke 100 fahrende Schienenfahrzeug 110 wird der Wellenleiter 50 lokal erschüttert bzw. in Schwingungen versetzt; dies ist in der 1 durch Pfeile mit dem Bezugszeichen Ms gekennzeichnet. Aufgrund dieser Schwingungen bzw. aufgrund der Erschütterungen des Wellenleiters 50 wird es lokal in dem Bereich, in dem sich das Schienenfahrzeug 110 gerade befindet, zu einer Rückstreuung der elektromagnetischen Strahlung kommen. Die rückgestreute Strahlung weist ein Rückstreumuster auf, das charakteristisch für die Erschütterung ist, die von dem Schienenfahrzeug 110 hervorgerufen und in den Wellenleiter 50 eingekoppelt wird.
Die rückgestreute Strahlung läuft entgegen der Fahrtrichtung P des Schienenfahrzeugs in Richtung Koppeleinrichtung 40 und in Richtung Detektionseinrichtung 30 und wird dort von der Detektionseinrichtung 30 detektiert. Die Detektionseinrichtung 30 ist derart ausgestaltet, dass sie die Intensität der zurückgestreuten Strahlung misst und ein entsprechendes Messsignal an die Auswerteinrichtung 60 weiterleitet. Die Intensität der zurückgestreuten Strahlung ist in der 1 mit dem Bezugszeichen Ir(t) gekennzeichnet.
Die Auswerteinrichtung 60 wird die zurückgestreute Strahlung Ir(t) und die darin enthaltenen Rückstreumuster auswerten. Wenn sich die zeitliche Länge der empfangenen Rückstreumuster im zeitlichen Verlauf verlängert, so wird sie auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 schließen und ein Ortsignal So erzeugen. Dies soll näher anhand der 2 bis 4 erläutert werden.
In der 2 ist beispielhaft ein Rückstreumuster Rm1 dargestellt, das in der Auswerteinrichtung 60 eintrifft, wenn zum Zeitpunkt t = 0 ein elektromagnetischer Puls von der Pulseinrichtung 20 in den Wellenleiter 50 eingestrahlt worden ist. Die Länge des empfangenen Rückstreumusters Rm1 ist in der 2 mit dem Bezugszeichen dt1 gekennzeichnet.
Das Rückstreumuster Rm1 bezieht sich auf die Position des Schienenfahrzeugs gemäß 1, wie sie dort mit durchgezogenen Linien und dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet ist.
Bewegt sich nun das Schienenfahrzeug 110 entlang der Pfeilrichtung P gemäß 1 weiter und erreicht die mit dem Bezugszeichen 110’ gekennzeichnete Position, so wird es den Verlängerungsabschnitt 51 des Wellenleiters 50 in mechanische Schwingungen versetzen. Im Bereich des Verlängerungsabschnitts 51 ist die Länge des Wellenleiters 50 jedoch sehr viel größer als die entsprechende Länge des zugeordneten Abschnitts der Schienenstrecke 100, so dass es zu einer zeitlichen Streckung bzw. Verlängerung des Rückstreumusters kommt. Dies ist in der 3 dargestellt.
In der 3 lässt sich erkennen, dass die zeitliche Länge dt2 des Rückstreumusters Rm2 sehr viel größer ist als die zeitliche Länge dt1 des Rückstreumusters Rm1. Die Vergrößerung bzw. zeitliche Streckung des Rückstreumusters Rm2 ist darauf zurückzuführen, dass der Verlängerungsabschnitt 51 sehr viel länger ist als der zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke 100. Die zeitliche Länge dt2 des Rückstreumusters Rm2 setzt sich zusammen aus der zeitlichen Länge dt1 des Rückstreumusters Rm1 und einer Zusatzzeitdauer dtz gemäß: dt2 = dt1 + dtz.
Werden die zeitlichen Längen dt1 des Rückstreumusters Rm1 und dt2 des Rückstreumusters Rm2 gemessen, so lässt sich die Zusatzzeitdauer dtz berechnen, gemäß dtz = dt2 – dt1
Die berechnete Zusatzzeitdauer dtz kann nun zum Überprüfen der Funktionsweise der Ortungseinrichtung, zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung oder zum Messen der Länge von Schienenfahrzeugen herangezogen werden, wie nachfolgend beispielhaft erläutert wird:
1. Überprüfen der Funktionsweise der Ortungseinrichtung:
Zum Überprüfen der Funktionsweise der Ortungseinrichtung kann die berechnete Zusatzzeitdauer dtz mit einer für den Verlängerungsabschnitt 51 vorgegebenen Soll-Zusatzzeitdauer dtsoll verglichen werden. Ist die Abweichung zwischen der berechneten Zusatzzeitdauer dtz und der Soll-Zusatzzeitdauer dtsoll zu groß bzw. größer als ein vorgegebener Schwellenwert Dmax, so wird von der Auswerteinrichtung 60 ein eine Fehlfunktion der Ortungseinrichtung anzeigendes Fehlersignal F erzeugt: |dtz – dtsoll| ≥ Dmax ⇒ Fehlersignal
Die Soll-Zusatzzeitdauer dtsoll für den Verlängerungsabschnitt 51 kann beispielsweise durch Multiplikation der Überlänge dL des Verlängerungsabschnitts 51 des Wellenleiters 50 mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor k ermittelt wird, gemäß: dtsoll = dL · k
Die Überlänge dL des Verlängerungsabschnitts 51 kann gemessen werden (siehe unten in Abschnitt ”Kalibrieren der Ortungseinrichtung”) oder von der Verlegung des Wellenleiters 50 her bekannt sein.
2. Kalibrieren der Ortungseinrichtung
Zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung, insbesondere zum Ermitteln der Soll-Zusatzzeitdauern dtsoll oder der Überlängen dL der Verlängerungsabschnitte, können die Verlängerungsabschnitte 51–53 des Wellenleiters 50 geortet und deren jeweilige Überlänge gemessen werden, indem die Schienenstrecke 100 von einem Referenzschienenfahrzeug (z. B dem Schienenfahrzeug 110 gemäß 1) abgefahren wird, dessen Länge vorab bekannt ist. Während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 110 wird die zeitliche Rückstreumusterlänge des Rückstreumusters im zeitlichen Verlauf gemessen. Im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (siehe Rückstreumuster Rm2 in 3) wird auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte (z. B. Verlängerungsabschnitt 51 in 1) geschlossen. Anhand der Zusatzzeitdauer dtz des Rückstreumusters Rm2 in dem jeweiligen Abschnitt kann die Überlänge dL des Verlängerungsabschnitts berechnet und/oder die gemessene Zusatzzeitdauer dtz als Soll-Zusatzzeitdauer dtsoll für den jeweiligen Verlängerungsabschnitt 51 gespeichert werden. Das Berechnen der Überlänge dL kann beispielsweise wie folgt geschehen: dL = (dt2 – dt1)/k wobei k einen Proportionalitätsfaktor angibt, für den näherungsweise gilt: k = 1/2 · 1/V wobei V die Geschwindigkeit der Pulse im Wellenleiter 50 angibt. Der Faktor 1/2 berücksichtigt, dass die Strahlung den Verlängerungsabschnitt 51 zweimal durchlaufen muss, nämlich einmal in Hinrichtung und einmal in Rückrichtung. Für die Geschwindigkeit V gilt beispielsweise: V = c0/n wobei c0 die Lichtgeschwindigkeit und n die Brechzahl im Wellenleiter 50 angibt.
3. Messen der Länge von Schienenfahrzeugen:
Neben einer Ortung von Schienenfahrzeugen ist es darüber hinaus möglich, die Länge des jeweiligen Schienenfahrzeugs 100 zu messen. Im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (vgl. Rückstreumuster Rm2 in 3) wird auf das Passieren des Verlängerungsabschnitts 51 in 1 geschlossen, wie oben bereits erläutert wurde. Anhand der Zusatzzeitdauer dtz des Rückstreumusters Rm2 in dem Verlängerungsabschnitts 51 im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt 51 kann die Länge Lsf des Schienenfahrzeugs 100 errechnet werden, gemäß: Lsf = (dt2 – dtz)/k wobei k den o. g. Proportionalitätsfaktor angibt, für den näherungsweise gilt: k = 1/2 · 1/V.
Wird für jeden der Verlängerungsabschnitte 51–53 jeweils die Schienenfahrzeuglänge Lsf bestimmt, so wird vorzugsweise ein Vergleich mit den Werten bei den vorher befahrenen Verlängerungsabschnitten durchgeführt. Wird dabei festgestellt, dass sich die Schienenfahrzeuglänge Lsf während der Fahrt geändert hat, wird von der Auswerteinrichtung 60 ein Fehlersignal F erzeugt, das angibt, dass entweder die Ortungseinrichtung 10 defekt ist oder das Schienenfahrzeug 110 seine Länge geändert hat. Der letztgenannte Fall kann beispielsweise eintreten, wenn eine Zugtrennung aufgetreten ist, z. B. das Schienenfahrzeug 110 einen Waggon durch Abkuppeln verloren hat.
Verlässt das Schienenfahrzeug 110 den Bereich des Verlängerungsabschnitts 51 wieder und gelangt in den Bereich zwischen den beiden Verlängerungsabschnitten 51 und 52 gemäß 1 (vgl. die mit dem Bezugszeichen 110'' gekennzeichnete Position des Schienenfahrzeugs in 1), so wird sich die Streckung des Rückstreumusters wieder geben und die Länge dt3 des Rückstreumusters Rm3 (vgl. 4) wird wieder der ursprünglichen zeitlichen Länge dt1 des Rückstreumusters Rm1 gemäß 2 entsprechen.
Zusammengefasst ist die Auswerteinrichtung 60 somit in der Lage, anhand der zeitlichen Länge dt1, dt2 und dt3 der Rückstreumuster Rm1, Rm2 und Rm3 den Ort des Schienenfahrzeugs 110 auf der Schienenstrecke 100 zu bestimmen, weil die örtliche Lage der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 entlang der Schienenstrecke 100 bekannt ist, eine Kalibrierung der Ortungseinrichtung 10 anhand einer Referenzfahrt eines Referenzschienenfahrzeugs durchzuführen, um die Länge der Verlängerungsabschnitte 51–53 bzw. deren Sollzusatzzeitdauern zu bestimmen, und/oder die Länge der Schienenfahrzeuge zu ermitteln.
Durch ein Abzählen der von der Auswerteinrichtung 60 ausgangsseitig erzeugten Ortsignale So kann außerdem die Fahrt des Schienenfahrzeugs verfolgt werden.
Neben einer Ortung des Schienenfahrzeugs 110 anhand der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 kann die Detektionseinrichtung 30 auch eine Ortung anhand der Zeitspannen vornehmen, die sich zwischen dem Einspeisen der elektromagnetischen Pulse Pin in den Wellenleiter 50 und dem Detektieren des jeweils zugehörigen Rückstreumusters Rm1, Rm2 und Rm3 ergeben.
In den 2–4 lässt sich erkennen, dass die Zeitspannen zwischen dem jeweiligen elektromagnetischem Anregepuls Pin und dem zugehörigen Rückstreumuster Rm1, Rm2 und Rm3 während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 110 auf der Schienenstrecke 100 anwachsen; dies ist darauf zurückzuführen, dass die Laufzeit der elektromagnetischen Pulse und die Laufzeit der elektromagnetischen Rückstreumuster in dem Wellenleiter 50 mit zunehmendem Abstand des Schienenfahrzeugs 110 von der Pulserzeugungseinrichtung 20 bzw. der Detektionseinrichtung 30 zunehmen.
Die Auswerteinrichtung 60 ist somit in der Lage, anhand der Zeitspannen T1, T2 und T3 die Entfernung und damit den Ort des Schienenfahrzeugs 110 zu bestimmen und ein entsprechendes Entfernungssignal Se zu erzeugen. Die Entfernung Ls des Schienenfahrzeugs 110' in 1 kann beispielsweise berechnet werden gemäß: Ls = 1/2 · T2/V wobei V die Geschwindigkeit der Pulse im Wellenleiter 50 angibt. Die Zeitspanne T2 kann der Messung gemäß 3 entnommen werden. Der Faktor 1/2 berücksichtigt, dass die Strahlung den jeweiligen Wellenleiterabschnitt zweimal durchlaufen muss, nämlich einmal in Hinrichtung und einmal in Rückrichtung. Für die Geschwindigkeit V gilt beispielsweise: V = c0/n wobei c0 die Lichtgeschwindigkeit und n die Brechzahl im Wellenleiter 50 angibt.
Die Detektionseinrichtung 30 ist also in der Lage, den Ort des Schienenfahrzeugs 110 zusätzlich auch anhand der Zeitspannen T1, T2 und T3 zu bestimmen, die zwischen dem Senden der Pulse Pin und dem Empfang des jeweiligen Rückstreumusters Rm1, Rm2 und Rm3 vergehen.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Auswerteinrichtung 60 im Falle einer Ortung des Schienenfahrzeugs 110 im Bereich eines der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 und der Erzeugung eines entsprechenden Ortsignals So zusätzlich eine Plausibilitätsprüfung vornimmt.
Eine solche Plausibilitätsprüfung kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Auswerteinrichtung 60 bei Erkennen eines der Verlängerungsabschnitte 51 bis 53 und der Erzeugung eines Ortsignals So die Zeitspanne zwischen Pulserzeugung und Eintreffen des Rückstreumusters (vgl. Zeitspanne T2 gemäß 3) auswertet und die Entfernung Ls des Schienenfahrzeugs 110 bestimmt. Anschließend kann die Auswerteinrichtung 60 prüfen, ob das Entfernungssignal Se mit dem gebildeten Ortsignal So übereinstimmt.
Beispielsweise wird die Auswerteinrichtung 60 ein Fehlersignal F erzeugen, wenn die Differenz zwischen der durch das Entfernungssignal Se angegebenen Position Ls und der bekannten Position des erkannten Verlängerungsabschnitts 51 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Entsprechendes gilt für Plausibilitätsprüfungen bei den anderen Verlängerungsabschnitten.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt 300, wie er als Verlängerungsabschnitt 51 bis 53 bei der Ortungseinrichtung 10 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Man erkennt, dass der Wellenleiter 50 im Bereich des Verlängerungsabschnitts 300 mehrfach aufgewickelt bzw. aufgespult ist und eine Wellenleiterspule 310 bildet. Durch das Aufspulen bzw. Aufwickeln des Wellenleiters 50 wird eine erhebliche Verlängerung des Wellenleiters 50 gegenüber dem zugeordneten Abschnitt der Schienenstrecke 100 erreicht, so dass die zeitliche Streckung der Rückstreumuster (vgl. Rückstreumuster Rm2 in 3) erheblich ist.
Die 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt 300, wie er als Verlängerungsabschnitt 51 bis 53 bei der Ortungseinrichtung 10 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Man erkennt, dass der Wellenleiter 50 eine Mäanderstruktur 320 aufweist, durch die eine erhebliche Verlängerung des Wellenleiters 50 gegenüber dem zugeordneten Abschnitt der Schienenstrecke 100 hervorgerufen wird. Dies führt zu der erläuterten zeitlichen Streckung der Rückstreumuster, durch die eine Ortung des Schienenfahrzeugs 110 auf der Schienenstrecke 100 gemäß 1 möglich ist.
In der 7 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Verlängerungsabschnitt 300 gezeigt, der sowohl eine Wellenleiterspule 310 als auch eine Mäanderstruktur 320 aufweist. Bezüglich der Ausgestaltung des Wellenleiterspule 310 und der Mäanderstruktur 320 sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 5 und 6 verwiesen.
Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ortungseinrichtung 10, bei der der Wellenleiter 50 eine Vielzahl an Verlängerungsabschnitten 51 bis 55 aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie eine Ortskodierung bilden. Durch diese Ortskodierung ist es möglich, den Ort des Schienenfahrzeugs 110 auf der Schienenstrecke 100 festzustellen, ohne dass das Auftreten der Verlängerungsabschnitte beobachtet und gezählt werden muss.
Aus Gründen der Übersicht ist die Ortskodierung durch eine kodierte Anordnung der Verlängerungsabschnitte 51 bis 55 nur anhand weniger Verlängerungsabschnitte angedeutet; es ist selbstverständlich, dass sich die Ortskodierung hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Auswertbarkeit optimieren lässt, wenn eine sehr viel größere Anzahl an Verlängerungsabschnitten eingesetzt wird.
Die Ortskodierung durch eine örtliche Kodierung der Anordnung der Verlängerungsabschnitte kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch die Verlängerungsabschnitte binäre Kodierungsmuster gebildet werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Ortungseinrichtung
20: Pulserzeugungseinrichtung
30: Detektionseinrichtung
40: Koppeleinrichtung
50: Wellenleiter
50a: Wellenleiterende
51–55: Verlängerungsabschnitte
60: Auswerteinrichtung
100: Schienenstrecke
110: Schienenfahrzeug
110’: Schienenfahrzeugposition
110’’: Schienenfahrzeugposition
200: Absorptionseinrichtung
300: Verlängerungsabschnitt
310: Wellenleiterspule
320: Mäanderabschnitt
dt1: Länge des Rückstreumusters
dt2: Länge des Rückstreumusters
dt3: Länge des Rückstreumusters
F: Fehlersignal
Ir(t): rückgestreute Strahlung
Ls: Entfernung/Ort
Ms: Pfeil/Schwingung
P: Pfeilrichtung/Fahrtrichtung
Pin: elektromagnetische Pulse
Rm1: Rückstreumuster
Rm2: Rückstreumuster
Rm3: Rückstreumuster
Se: Entfernungssignal
So: Ortsignal
T1: Zeitspanne
T2: Zeitspanne
T3: Zeitspanne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/027166 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ortungseinrichtung (10), die zum Orten eines Schienenfahrzeugs (110) auf einer Schienenstrecke (100) einen entlang der Schienenstrecke (100) verlegten Wellenleiter (50) umfasst, wobei bei dem Verfahren zeitlich nacheinander elektromagnetische Pulse (Pin) in den Wellenleiter (50) eingespeist werden und für jeden ausgesandten Puls jeweils durch Rückstreuung des elektromagnetischen Pulses erzeugte Rückstreumuster (Rm1–Rm3) empfangen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – der Wellenleiter (50) entlang der Schienenstrecke (100) zumindest einen Verlängerungsabschnitt (51–55) aufweist, in dem die Länge des Wellenleiters (50) um eine Überlänge länger ist als der diesem Verlängerungsabschnitt (51–55) zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke (100), – die zeitliche Rückstreumusterlänge des empfangenen Rückstreumusters (Rm1–Rm3) gemessen wird, – die Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) bestimmt wird, die sich beim Passieren des Verlängerungsabschnitts (51–55) im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt (51–55) ergibt und – die Zusatzzeitdauer zum Erzeugen eines Fehlersignals (F) oder zum Kalibrieren der Ortungseinrichtung (10) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Fehlfunktion der Ortungseinrichtung (10) anzeigendes Fehlersignal (F) erzeugt wird, wenn beim Passieren des Verlängerungsabschnitts (51–55) die Zusatzzeitdauer eine vorgegebene Soll-Zusatzzeitdauer um ein vorgegebenes Maß hinaus über- oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Zusatzzeitdauer durch Multiplikation der Überlänge des Verlängerungsabschnitts (51–55) mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor ermittelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Ortungseinrichtung (10) der oder die Verlängerungsabschnitte (51–55) des Wellenleiters (50) geortet und vermessen werden, indem – die Schienenstrecke (100) von einem Referenzschienenfahrzeug abgefahren wird, dessen tatsächliche Länge bekannt ist, – die zeitliche Rückstreumusterlänge des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) im zeitlichen Verlauf während der Fahrt des Referenzschienenfahrzeugs gemessen wird, – im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte (51–55) geschlossen wird und – anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) in dem jeweiligen Abschnitt die Überlänge des Verlängerungsabschnitts (51–55) berechnet und/oder die gemessene Zusatzzeitdauer als Soll-Zusatzzeitdauer für den jeweiligen Verlängerungsabschnitt (51–55) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Ortungseinrichtung (10) die Länge des jeweiligen Schienenfahrzeugs (110) gemessen wird, das die Schienenstrecke (100) befährt, indem – im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte (51–55) geschlossen wird und – anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) in dem jeweiligen Abschnitt im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt (51–55) die Länge des Schienenfahrzeugs (110) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, wenn die Abweichung zwischen der für einen der Verlängerungsabschnitte (51–55) gemessenen Länge des Schienenfahrzeugs (110) und der für einen anderen der Verlängerungsabschnitte (51–55) gemessenen Länge des Schienenfahrzeugs (110) einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Ortungseinrichtung (10) zum Orten eines Schienenfahrzeugs (110) entlang einer Schienenstrecke (100) mit – einem entlang der Schienenstrecke (100) verlegten Wellenleiter (50), – einer Pulserzeugungseinrichtung (20) zum Erzeugen und Einspeisen zeitlich aufeinander folgender elektromagnetischer Pulse (Pin) in den Wellenleiter (50), – einer Detektionseinrichtung (30) zum Detektieren von durch Rückstreuung erzeugten Rückstreumustern (Rm1–Rm3) und – einer Auswerteinrichtung (60) zum Auswerten der Rückstreumuster (Rm1–Rm3), dadurch gekennzeichnet, dass – der Wellenleiter (50) entlang der Schienenstrecke (100) zumindest einen Verlängerungsabschnitt (51–55) aufweist, in dem die Länge des Wellenleiters (50) um eine Überlänge länger ist als der diesem Verlängerungsabschnitt (51–55) zugeordnete Abschnitt der Schienenstrecke (100), und – die Auswerteinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie die zeitliche Rückstreumusterlänge des empfangenen Rückstreumusters (Rm1–Rm3) misst und die Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) bestimmt, die sich beim Passieren des Verlängerungsabschnitts (51–55) durch das Schienenfahrzeug (110) im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt (51–55) ergibt.
Ortungseinrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie ein eine Fehlfunktion der Ortungseinrichtung (10) anzeigendes Fehlersignal (F) erzeugt, wenn beim Passieren des Verlängerungsabschnitts (51–55) die Zusatzzeitdauer eine vorgegebene Soll-Zusatzzeitdauer um ein vorgegebenes Maß hinaus über- oder unterschreitet.
Ortungseinrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie zur Kalibrierung der Ortungseinrichtung (10) den oder die Verlängerungsabschnitte (51–55) des Wellenleiters (50) ortet und vermisst, während die Schienenstrecke (100) von einem Referenzschienenfahrzeug abgefahren wird, dessen tatsächliche Länge bekannt ist, – wobei die zeitliche Rückstreumusterlänge des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) im zeitlichen Verlauf während der Fahrt des Referenzschienenfahrzeugs gemessen wird, – im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte (51–55) geschlossen wird und – anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) in dem jeweiligen Abschnitt die Überlänge des Verlängerungsabschnitts (51–55) berechnet und/oder die gemessene Zusatzzeitdauer als Soll-Zusatzzeitdauer für den jeweiligen Verlängerungsabschnitt (51–55) gespeichert wird.
Ortungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (60) derart ausgestaltet ist, dass sie während des Betriebs der Ortungseinrichtung (10) die Länge des jeweiligen Schienenfahrzeugs (110) misst, das die Schienenstrecke (100) befährt, indem – sie im Falle einer auftretenden zeitlichen Verlängerung des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) auf das Passieren eines der Verlängerungsabschnitte (51–55) schließt und – anhand der Zusatzzeitdauer des Rückstreumusters (Rm1–Rm3) in dem jeweiligen Abschnitt im Vergleich zur Rückstreumusterlänge vor oder nach dem Verlängerungsabschnitt (51–55) die Länge des Schienenfahrzeugs (110) errechnet.
Ortungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (50) entlang der Schienenstrecke (100) eine Vielzahl an Verlängerungsabschnitten (51–55) aufweist.
Ortungseinrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Überlängen der Verlängerungsabschnitte (51–55) dahingehend unterscheiden, dass zumindest zwei unterschiedliche Überlängen vorhanden sind.
Ortungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Verlängerungsabschnitte (51–55), vorzugsweise alle, voneinander durch Wellenleiterabschnitte getrennt sind, die keine Überlänge aufweisen.
Ortungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Verlängerungsabschnitte (51–55) eine Ortskodierung bildet.