DE102014212233A1

DE102014212233A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs sowie Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102014212233A1
Application number: DE102014212233.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Harter; Christian Telke; Gero Zechel; Michael Beitelschmidt
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-31
Also published as: ES2784473T3; EP3160819B1; WO2015197207A1; CN106794852B; EP3160819A1; CN106794852A; PL3160819T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Vorrichtung (19) mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung umfasst, wobei die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine solche Vorrichtung (19).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug.
Für einen sicheren Betrieb von Schienenfahrzeugen kann es erforderlich sein, eine Fahrzeugumgebung zu erfassen. Eine solche Erfassung kann insbesondere im Rahmen der Erstellung eines so genannten Lichtraumprofils erfolgen. Insbesondere kann erfasst werden, ob eine Fahrzeugumgebung den Betrieb von Schienenfahrzeugen mit bestimmten geometrischen Abmaßen zulässt.
Weiterhin kann es erforderlich sein, Eigenschaften eines Gleises für die Schienenfahrzeuge, insbesondere Eigenschaften von Schienen des Gleises, zu bestimmen, um z.B. einen funktionsfähigen Zustand des Gleises zu überwachen.
Auch die Bestimmung einer Gleislage kann wünschenswert sein, um z.B. Positionen von Gegenständen oder Hindernissen entlang des Gleises relativ zu der Gleislage zu verorten. Eine Gleislage kann insbesondere durch eine Gleismitte, z.B. in Form einer Mittellinie zwischen den Schienen eines Gleises, aber auch durch die Mittellinie einer Schiene des Gleises, gegeben sein. Die Gleislage kann hierbei eine Referenzlinie z.B. für eine Erfassung eines lichten Raumes relativ zu der Gleislage sein. Beispielsweise können Dimensionen einer Tunneldurchfahrt relativ zur Gleislage, insbesondere eine Höhe und/oder eine Breite des Tunnels, erfasst werden.
Die GB 2403861 A offenbart ein System zur Überwachung und zur Messung von Positionen von Objekten entlang einer überwachenden Strecke. Das System ist an ein Fahrzeug montiert, welches entlang der zu überwachenden Strecke fährt. Das System umfasst einen Scanner und eine Datenanalysiereinrichtung. Allerdings ist der Scanner ortsfest an dem Schienenfahrzeug befestigt und ist als sogenannter 3D-Scanner ausgebildet, wobei ein Laserstrahl kontinuierlich um 360° rotiert wird.
Die EP 1544572 A2 offenbart eine Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen von Abständen zu Gegenständen neben einer Gleisanlage. Die Vorrichtung umfasst eine Referenzlagenmesseinheit, die einen ersten Laserliniengenerator und eine erste Flächenkamera aufweist, die in Richtung einer ersten Schiene ausgerichtet sind. Weiterhin ist die Referenzlagenmesseinheit mit einem zweiten Laserliniengenerator sowie einer zweiten Flächenkamera ausgestattet, die in Richtung der zweiten Schiene ausgerichtet sind. Auch diese Referenzlagenmesseinheit ist ortsfest am Schienenfahrzeug befestigt.
Die DE 19801311 A1 offenbart eine schienengebundene Instandhaltungsmaschine. Diese kann zum Erfassen eines Schienenquerprofils eine Messvorrichtung verwenden, die beispielsweise Laserköpfe aufweist.
Die DE 4238034 C1 offenbart ein Verfahren zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Messkriterien. Hierbei wird während einer kontinuierlichen Messfahrt eines Messfahrzeugs längs der Gleisstrecke senkrecht hierzu ein radial umlaufender Messstrahl ausgesendet und die reflektierenden Signale dieses Messstrahls im Bereich des Senders und/oder von der Umgebung emittierte Signale empfangen, verarbeitet und gespeichert. Weiter wird zusätzlich noch mittels eines auf dem Messfahrzeug angeordneten Navigationssystems der Ort und die Lage der Sender-/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems oder Bezugspunktes synchron gemessen und daraus die gleichen Daten ermittelt.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug zu schaffen, welche eine zuverlässige und genaue Erfassung der Fahrzeugumgebung ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs. Die Vorrichtung dient hierbei insbesondere zur optischen und berührungslosen Erfassung. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtraumprofils dienen. Der Begriff Erfassung umfasst hierbei auch den Begriff Bestimmung.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung. Die erste Bilderfassungseinrichtung erzeugt hierbei Bilddaten.
Die Bilderfassungseinrichtung ist hierbei an einem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar. Die erste Bilderfassungseinrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Durch die erste Bilderfassungseinrichtung können Gegenstände, die sich im Erfassungsbereich befinden, abgebildet werden. Hierbei kann die erste Bilderfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung einen Bereich räumlich vor dem Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem Schienenfahrzeug oder seitlich des Schienenfahrzeugs erfasst werden.
Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der ersten Bilderfassungseinrichtung parallel zu einer Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
Erfindungsgemäß ist die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet. Eine 3D-Bilderfassungseinrichtung ermöglicht hierbei eine Erfassung einer Umgebung in drei Dimensionen. Somit können aus den erzeugten 3D-Bilddaten zu einem späteren Zeitpunkt 3D-Informationen einer Fahrzeugumgebung bestimmt werden.
Insbesondere kann, im Gegensatz zu einer reinen 2D-Bilderfassungseinrichtung, auch eine Entfernung eines abzubildenden Objekts im Erfassungsbereich von der Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.
Durch die Ausbildung der ersten Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen.
Zum einen kann eine Fahrzeugumgebung optisch zuverlässig und möglichst vollständig durch eine Erfassungseinrichtung erfasst werden. Aufgrund der Dreidimensionalität kann in einfacher Art und Weise z.B. ein Lichtraumprofil erstellt werden. Hierzu können die erzeugten Bilddaten beispielsweise mittels bekannter Verfahren der Bildverarbeitung ausgewertet werden.
So können beispielsweise Objekte in der Fahrzeugumgebung detektiert werden. Weiter können Eigenschaften, insbesondere geometrische Eigenschaften, und/oder die Position und/oder Orientierung der Objekte relativ zum Schienenfahrzeug oder, wie nachfolgend noch näher erläutert, relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem und/oder relativ zu einer Gleislage bestimmt werden.
Auch kann die erste Bilderfassungseinrichtung derart am Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass ein Gleisabschnitt, insbesondere ein Gleisabschnitt räumlich vor dem Schienenfahrzeug, im Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall können z.B. auch Schienen des Gleises in den erzeugten Abbildern detektiert werden. Auch kann auf Grundlage bzw. in Abhängigkeit der erzeugten Bilddaten, also bildbasiert, eine Gleislage, insbesondere eine Position einer Gleismitte bzw. einer Mittellinie des Gleises oder einer Schiene, bestimmt werden. Dies ermöglicht die Erfassung der Fahrzeugumgebung, insbesondere einer Position und/oder Orientierung von Objekten in der Fahrzeugumgebung, relativ zu der Gleislage.
Weitere Vorteile der 3D-Bilderfassungseinrichtung ergeben sich aus einer zeitlich schnellen Erfassung von Bilddaten, einer einfach zu implementierenden Kombinierbarkeit mit Ausgangssignalen weiterer Sensoren, eine hohe Robustheit gegenüber Störungen, z.B. durch Umwelteinflüsse wie Verschmutzungen, insbesondere durch Laub, Staub oder Regen. Weitere Vorteile sind eine gute Erfassbarkeit von Farbinformationen und eine einfache Objektdetektion sowie eine kostengünstige Bereitstellung der 3D-Bilderfassungseinrichtung. Auch kann eine vollständige Punktewolke pro Abtastschritt des Erfassungsbereichs erzeugt werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann hierbei in vorteilhafter Weise an einer beliebigen Straßen-, U- oder Voll-Bahn angebracht werden. Die Erfassung kann in diesem Fall während einer Fahrt bzw. während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs erfolgen. Somit kann beim Betrieb eines beliebigen Schienenfahrzeugs eine Umgebung um ein Gleis herum erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung, wobei die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung als 2D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist. Im Gegensatz zu einer 3D-Bilderfassungseinrichtung ermöglicht die 2D-Bilderfassungseinrichtung eine zweidimensionale Abbildung einer Fahrzeugumgebung, insbesondere also eine Erfassung ohne Entfernungs- oder Tiefeninformationen.
Auch die weitere Bilderfassungseinrichtung kann hierbei an einem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar sein. Auch die weitere Bilderfassungseinrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Weiter kann die weitere Bilderfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung einen Bereich räumlich vor dem Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem Schienenfahrzeug und/oder seitlich des Schienenfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der weiteren Bilderfassungseinrichtung parallel zu einer Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mehrere als 2D-Bilderfassungseinrichtungen ausgebildete weitere Bilderfassungseinrichtungen. Diese können mit vorbestimmten Positionen und/oder Orientierungen relativ zueinander und/oder relativ zu der ersten Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein.
Vorzugweise können sich die Erfassungsbereiche der ersten Bilderfassungseinrichtung und der mindestens einen weiteren Bilderfassungseinrichtung zumindest teilweise überschneiden. Alternativ können sich die Erfassungsbereiche aber auch nicht überschneiden.
Durch das Vorsehen mindestens einer 2D-Bilderfassungseinrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine redundante Erfassung von Bilddaten und eine direkte, zeitlich schnell und zuverlässige Abbildung einer Szene.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Laserscan-Einrichtung. Die Laserscan-Einrichtung kann zur Erfassung eines Profils einer Fahrzeugumgebung, insbesondere eines Profils von Objekten in der Fahrzeugumgebung, dienen. Ein Profil kann hierbei ein zwei- oder dreidimensionales Profil sein. Das Profil kann hierbei z.B. eine äußere Kontur eines Objektes repräsentieren. Die Laserscan-Einrichtung kann insbesondere eine berührungslose Erfassung des Profils ermöglichen.
Auch die Laserscan-Einrichtung kann hierbei an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar sein. Auch die Laserscan-Einrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Weiter kann die Laserscan-Einrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Laserscan-Einrichtung einen Bereich räumlich vor dem Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem Schienenfahrzeug und/oder seitlich des Schienenfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der Laserscan-Einrichtung parallel zu einer Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
Die Laserscan-Einrichtung kann mit einer vorbestimmten Position und/oder Orientierung relativ zu der ersten Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein. Vorzugweise können sich die Erfassungsbereiche der ersten Bilderfassungseinrichtung und/oder der mindestens einen weiteren Bilderfassungseinrichtung und der Laserscan-Einrichtung zumindest teilweise überschneiden. Alternativ können sich die Erfassungsbereiche aber auch nicht überschneiden.
Durch das Vorsehen mindestens einer Laserscan-Einrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Robustheit der Erfassung gegenüber Sonneneinstrahlung, insbesondere direkter Sonneneinstrahlung. Ebenfalls ergibt sich eine Redundanz bei der optischen Erfassung. Weiter kann auch in umgebungslichtarmen Abschnitten, z.B. in Tunneln, eine zuverlässige Erfassung gewährleistet werden. Auch kann ein weiteres Fahrzeug, welches sich dem Schienenfahrzeug beispielsweise nähert, einfach durch die Laserscan-Einrichtung erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die die Laserscan-Einrichtung als Rotationslaserscan-Einrichtung ausgebildet ist. Bei einer Rotationslaserscan-Einrichtung wird ein Laserstrahl zur Erfassung der Umgebung, insbesondere kontinuierlich, um eine Bezugsachse rotiert. Eine vollständige Rotation kann hierbei einen Rotationswinkel von 360° aufweisen. Z.B. kann die Bezugsachse der Rotationslaserscan-Einrichtung parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Der Laserstrahl kann hierbei senkrecht zur Bezugsachse orientiert sein oder einen Winkel kleiner als 90°, aber größer als 0° mit der Bezugsachse einschließen.
Durch das Vorsehen mindestens einer Rotationslaserscan-Einrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Robustheit der Erfassung gegenüber Sonneneinstrahlung, insbesondere direkter Sonneneinstrahlung. Ebenfalls ergibt sich eine Redundanz bei der optischen Erfassung. Weiter kann auch in umgebungslichtarmen Abschnitten, z.B. in Tunneln, eine zuverlässige Erfassung gewährleistet werden. Weiter wird in vorteilhafter Weise eine dreidimensionale Erfassung gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs. Die absolute Position kann hierbei eine Position in einem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die absolute Orientierung kann hierbei eine Orientierung in dem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise als Inertialsensor (INS) ausgebildet sein. Auch kann die Lagebestimmungseinrichtung als GNNS-Sensor ausgebildet sein. Im Sinne dieser Erfindung kann eine Lage also eine Position und/oder Orientierung bezeichnen.
Das Schienenfahrzeug kann ein Fahrzeugkoordinatensystem aufweisen. Durch die vorgeschlagene Positionsbestimmungseinrichtung kann eine relative Position und/oder Orientierung dieses Fahrzeugkoordinatensystems relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmbar sein. Hierdurch können in vorteilhafter Weise das Schienenfahrzeug und somit auch die von der ersten Bilderfassungseinrichtung, einer weiteren Bilderfassungseinrichtung und/oder der Laserscan-Einrichtung erzeugten Profildaten bzw. Bilddaten in dem globalen Referenzkoordinatensystem verortet werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von einer Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten und/oder die von der Laserscan-Einrichtung erzeugten Profildaten z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs einer bestimmten Position in dem globalen Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine nachträgliche Auswertung und Zuordnung dieser Profildaten bzw. Bilddaten, z.B. zu einem bestimmten Streckenabschnitt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung. Die Gleislagebestimmungseinrichtung bezeichnet hierbei eine von der ersten Bilderfassungserfassungseinrichtung verschiedene Einrichtung zur Bestimmung oder Erfassung der Gleislage. Die Gleislagebestimmungseinrichtung dient zur Bestimmung einer Lage des Gleises, insbesondere einer oder beider Schienen des Gleises, relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem. Eine Gleislage kann z.B. eine Position und/oder Orientierung einer Gleismitte bzw. einer Mittellinie des Gleises bezeichnen.
Die Gleislagebestimmungseinrichtung kann hierbei ebenfalls am Schienenfahrzeug befestigbar sein, insbesondere an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, weiter insbesondere an einer Unterseite des Schienenfahrzeugs.
Hierdurch können in vorteilhafter Weise von einer Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten und/oder die von der Laserscan-Einrichtung erzeugten Profildaten, z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs, einer bestimmten Position relativ zur Gleislage, z.B. relativ zu einem Gleiskoordinatensystem, zugeordnet werden können.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene des Gleises. Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, insbesondere relativ zum Schienenfahrzeug, bewegbar ist.
Die Profilerfassungseinrichtung ist hierbei jedoch eine von der vorhergehend erläuterten Laserscan-Einrichtung verschiedene Einrichtung, insbesondere eine baulich davon getrennt ausgebildete Einrichtung. Ein Profil kann hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert, insbesondere ein zweidimensionales Profil sein. Das Profil kann hierbei z.B. eine äußere Kontur der Schiene repräsentieren. Das Profil ist vorzugsweise ein Querprofil der Schiene, wobei das Querprofil in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Schiene angeordnet ist, erfasst wird. Die Profilerfassungseinrichtung kann insbesondere eine optische Profilerfassungseinrichtung sein. Somit kann die Profilerfassungseinrichtung eine berührungslose Erfassung des Profils ermöglichen.
Die Positioniereinrichtung kann hierbei insbesondere einen ortsfesten Teil und einen relativ zum ortsfesten Teil beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, z.B. einen Schlitten, umfassen. Die Profilerfassungseinrichtung kann auf oder an der Positioniereinrichtung, insbesondere auf oder an dem beweglichen Teil, befestigt sein. Hierbei kann die Profilerfassungseinrichtung lösbar oder unlösbar an der Positioniereinrichtung befestigt sein.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein. Die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, kann an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, weiter insbesondere an einer Unterseite des Schienenfahrzeugs, befestigbar sein. Hierzu kann die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, mindestens ein Befestigungsmittel aufweisen. Die Positioniereinrichtung kann hierbei vorzugsweise derart am Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung mit einer gewünschten, insbesondere geradlinigen, Bewegung entlang einer Trajektorie bewegbar ist, die parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs orientiert ist. Insbesondere kann die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegbar sein. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass die Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mehrere Positioniereinrichtungen entlang mehrerer, insbesondere geradliniger, Trajektorien bewegbar ist. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass eine Orientierung der Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mindestens eine weitere Positioniereinrichtung veränderbar ist.
Die Positioniereinrichtung kann hierbei mindestens ein Mittel zur Erzeugung von Antriebsenergie umfassen. Das Mittel kann beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor, sein. Weiter kann die Positioniereinrichtung mindestens ein Mittel zur Bewegungsführung umfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens ein Führungsmittel zur Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtung entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie umfassen. Das Führungsmittel kann beispielsweise eine Lagereinrichtung sein oder eine solche umfassen. Das Führungsmittel kann insbesondere eine Linearführung ermöglichen. Z.B. kann die Lagereinrichtung beispielsweise eine Gleitführung, eine Wälzführung, eine Schienenführung, eine Wellenführung ermöglichen. Weiter kann die Positioniereinrichtung auch ein Mittel zur Übertragung von Antriebsenergie umfassen. Beispielsweise kann die Positioniereinrichtung mindestens einen Seilzug umfassen, wobei über den Seilzug Antriebsenergie von dem Mittel zur Erzeugung von Antriebsenergie auf den beweglichen Teil übertragbar ist.
Die Positioniereinrichtung kann z.B. als Lineareinheit ausgebildet sein, wobei der Begriff Lineareinheit den ortsfesten Teil, den beweglichen Teil sowie das Mittel zur Erzeugung und/oder Übertragung von Antriebsenergie umfasst.
Die Profilerfassungseinrichtung kann hierbei einen Erfassungsbereich, insbesondere einen zweidimensionalen Erfassungsbereich, aufweisen, wobei ein Profil von Gegenständen, die sich im Erfassungsbereich befinden, von der Profilerfassungseinrichtung erfasst wird. Somit können Profildaten erzeugt werden, die das Profil eines Gegenstandes repräsentieren oder kodieren. Durch eine Veränderung der Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, z.B. relativ zur Positioniereinrichtung, kann auch eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden.
Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Profilerfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet bzw. an diesem befestigt werden, dass der Erfassungsbereich zumindest einen Teilbereich unterhalb des Schienenfahrzeugs abdeckt. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs parallel zu einer Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können durch die Profilerfassungseinrichtung Gegenstände unterhalb des Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden.
Der bewegliche Teil kann hierfür in Vertikalrichtung unterhalb des ortsfesten Teils angeordnet sein. Die Vertikalrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeughochachse orientiert sein. Die Vertikalrichtung kann von unten nach oben orientiert sein, wenn sie von einem Fahrzeugboden hin zu einem Fahrzeugdach orientiert ist. In diesem Fall kann die Vertikalrichtung auch entgegen einer Richtung der Gravitationskraft orientiert sein.
Es ist z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Vertikalrichtung unterhalb eines Mittels zur Bewegungsführung angeordnet ist. Das Mittel zur Bewegungsführung kann hierbei an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an der Unterseite, befestigt sein. An dem Schlitten kann z.B. die Profilerfassungseinrichtung direkt oder indirekt befestigt sein. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises reduziert werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit hochliegenden Böden vorteilhaft ist.
Alternativ oder kumulativ ist es z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Längsrichtung vor oder hinter dem ortsfesten Teil, insbesondere vor oder hinter einem Mittel zur Bewegungsführung angeordnet ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein gewünschter Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises gewährleistet werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit niedrigliegenden Böden vorteilhaft ist.
Die Längsrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeuglängsachse orientiert sein. Die Längsrichtung kann von hinten nach vorne orientiert sein, wenn diese von einem Fahrzeugheck zu einer Fahrzeugfront orientiert ist. Die vorhergehend erläuterte Fahrzeugquerachse kann senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und senkrecht zur Fahrzeughochachse orientiert sein.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Profilerfassungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Positioniereinrichtung relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung Profildaten für zumindest eine Schiene des Gleises erzeugt werden können. In Abhängigkeit der Profildaten kann dann eine Position und/oder Orientierung des Gleises relativ zu der Profilerfassungseinrichtung und somit auch zur Positioniereinrichtung bestimmt werden. Dies wiederum ermöglicht die Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Gleises relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem.
Die durch die Profilerfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Profildaten ermöglichen hierbei jedoch nicht nur eine Bestimmung der Gleislage. Vielmehr kann in Abhängigkeit der Profildaten auch mindestens eine Eigenschaft des Gleises bestimmt werden. Eine Eigenschaft des Gleises kann z.B. eine Eigenschaft einer Schiene des Gleises oder beider Schienen des Gleises sein. Somit kann die Vorrichtung auch zur Schienenmessung dienen. Eine Eigenschaft des Gleises kann ein Verschleiß des Gleises sein, der z.B. durch einen Vergleich eines Ist-Profils des Gleises mit einem Soll-Profil des Gleises bestimmt werden kann. Eine weitere Eigenschaft kann eine Spurweite des Gleises sein. Eine weitere Eigenschaft kann eine Gleisüberhöhung sein, die z.B. einen relativen Höhenunterschied zwischen einer ersten und einer weiteren Schienenoberfläche des Gleises bezeichnen kann. Eine weitere Eigenschaft kann ein Bogenradius des Gleises bzw. eine Vertikalkrümmung sein. Eine weitere Eigenschaft kann ein Gradient des Gleises sein, durch den z.B. eine Steigung oder ein Gefälle des Gleises repräsentiert werden kann. Auch kann die Eigenschaft ein Schienenprofil, insbesondere ein Schienenquerprofil, sein. Somit kann die mindestens eine Eigenschaft eine geometrische Eigenschaft des Gleises sein oder eine in Abhängigkeit mindestens einer geometrischen Eigenschaft bestimmbare weitere Eigenschaft.
Somit umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises, die an einem beliebigen Schienenfahrzeug, insbesondere an dessen Unterseite, befestigbar ist und die Erfassung der Eigenschaft während eines Stillstandes oder während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
Die Bewegbarkeit der Profilerfassungseinrichtung durch die mindestens eine Positioniereinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch während oder nach einer Veränderung einer relativen Lage des Schienenfahrzeugs zum Gleis eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, insbesondere durch die Positioniereinrichtung, derart verändert werden kann, dass sich das Gleis, insbesondere eine Schiene, weiter im Erfassungsbereich der Profilerfassungseinrichtung befinden. Fährt das Schienenfahrzeug z.B. durch eine Kurve und verändert sich aufgrund dessen die relative Lage zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einem Gleis der Schiene, so kann eine Position der Profilerfassungseinrichtung derart verändert bzw. nachgeführt werden, dass sich die Schiene weiterhin im Erfassungsbereich befindet, insbesondere diesen nicht verlässt. Dies kann insbesondere durch die vorhergehend erläuterte Bewegung parallel zu einer Fahrzeugquerachse erreichte werden.
Insbesondere können durch die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft unerwünschte Veränderungen der Eigenschaft detektiert werden, beispielsweise durch einen Abgleich der bestimmten Eigenschaft mit einer gewünschten Soll-Eigenschaft.
Somit wird in vorteilhafter Weise in universelles, flexibles Messsystem geschaffen, welches eine kontinuierliche und genaue Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises ermöglicht und welches an beliebigen Schienenfahrzeugen befestigbar ist, wodurch eine verbesserte Überwachung dieser Eigenschaften möglich ist.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung umfassen. Auch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung kann an der Positioniereinrichtung, insbesondere an einem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein. Somit kann auch die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, beispielsweise entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie, bewegbar sein. Die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung kann hierbei lösbar oder unlösbar an der Positioniereinrichtung befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu der Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein.
Entsprechend der Profilerfassungseinrichtung kann auch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung einen Erfassungsbereich aufweisen. Durch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung können Gegenstände, die sich im Erfassungsbereich befinden, abgebildet werden. Somit können also Abbilder oder Bilddaten dieser Gegenstände erzeugt werden. Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung einen Bereich unterhalb des Schienenfahrzeuges erfassen kann. Insbesondere kann auch eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung parallel zu einer Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können auch durch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung Gegenstände unterhalb des Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden.
Vorzugsweise können die Profilerfassungseinrichtung und die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich die Erfassungsbereiche zumindest teilweise überlappen.
Eine relative Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung und somit auch eine relative Position und/oder Orientierung deren Erfassungsbereiche zueinander können hierbei vorbekannt oder bestimmbar sein. Insbesondere können ein Koordinatensystem der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und ein Koordinatensystem der Profilerfassungseinrichtung zueinander registriert sein. Z.B. kann eine relative Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. In diesem Fall kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmt sein. In diesem Fall kann auch die Position und/oder Orientierung der Koordinatensysteme der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung bekannt oder bestimmbar sein.
Es ergibt sich in vorteilhafter Weise eine redundante optische und somit berührungslose Erfassung der Eigenschaft des Gleises. Z.B. kann eine Erfassung der mindestens einen Eigenschaft, insbesondere des Profils der Schiene, durch die Profilerfassungseinrichtung durch Umgebungsbedingungen, beispielsweise durch Laub auf der Schiene, gestört sein. In diesem Fall kann die mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von durch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Abbildern bestimmt werden.
Alternativ oder kumulativ kann durch die Auswertung der von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Abbilder eine Genauigkeit der Bestimmung der Eigenschaft des Gleises, insbesondere eine Genauigkeit der Bestimmung der räumlichen Lage einer Schiene, verbessert werden. Beispielsweise können in Abbildern, die von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugt werden, Kanten der Schiene detektiert werden. Auch können in Profildaten, die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugt werden, diese Kanten der Schiene detektiert werden. Weiter kann jeweils eine Lage dieser Kanten relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bestimmt werden. Weichen diese relativen Lagen um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann beispielsweise nur die aus den Profildaten bestimmte Lage oder nur die aus Bilddaten bestimmte Lage zur Bestimmung der Gleislage und/oder der mindestens einen Eigenschaft des Gleises verwendet werden. Allerdings kann in Abhängigkeit der jeweils bestimmten Eigenschaft, insbesondere der vorhergehend erläuterten relativen Lagen, auch eine fusionierte Eigenschaft, insbesondere Lage, bestimmt werden. Eine fusionierte Eigenschaft kann z.B. durch eine Mittelwertbildung oder durch eine gewichtete Mittelwertbildung bestimmt werden. Auch kann eine fusionierte Lage durch geeignete Schätzverfahren, beispielsweise durch ein Kalman-Filter-Verfahren, bestimmt werden. Selbstverständlich sind aber noch weitere Verfahren zur Fusionierung vorstellbar. Somit erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Genauigkeit bei der Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs umfassen. Diese Lagebestimmungseinrichtung kann hierbei der vorhergehend erläuterten Lagebestimmungseinrichtung entsprechen. Selbstverständlich kann die Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung auch von der vorhergehend erläuterten Lagebestimmungseinrichtung verschieden sein, beispielsweise ein baulich getrennt ausgebildetes Bauteil. In diesem Fall weist jedoch die Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung die gleiche Funktionalität wie die vorhergehend erläuterte Lagebestimmungseinrichtung auf.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise das Schienenfahrzeug und somit auch die von der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Profildaten bzw. Bilddaten in dem globalen Referenzkoordinatensystem verortet werden. Hierfür kann eine relative Position und/oder Orientierung des Koordinatensystems der Positioniereinrichtung relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sein. Beispielsweise kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, die Gleislagebestimmungseinrichtung eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung, insbesondere auch der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung, relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem umfassen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Bilddaten z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs einer bestimmten Position in dem globalen Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine nachträgliche Auswertung und Zuordnung dieser Profildaten bzw. Bilddaten, z.B. zu einem bestimmten Streckenabschnitt.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Schienenfahrzeug umfassen. Die weitere Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung ermöglicht eine Bestimmung der relativen Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem des Schienenfahrzeugs. Beispielsweise kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Abstands der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Positioniereinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung von einem Referenzpunkt oder einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs umfassen. Die mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung kann z.B. als optischer Abstandssensor ausgebildet sein. Im Falle, dass die Positioniereinrichtung einen Seilzug zum Antrieb des beweglichen Teils umfasst, kann die Abstandserfassungseinrichtung auch als Seilzugwegaufnehmereinrichtung ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist eine relative Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung und/oder Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar. In diesem Fall kann die mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug dienen. Insgesamt ist es somit möglich, von der Profilerfassungseinrichtung erzeugte Profildaten und/oder von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugte Bilddaten einer bestimmten Position und/oder Orientierung im Fahrzeugkoordinatensystem und somit gegebenenfalls in einem globalen Referenzkoordinatensystem zuzuordnen.
Selbstverständlich kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Speichereinrichtung aufweisen, wobei die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Bilddaten und gegebenenfalls Informationen zu einer räumlichen Position und/oder Orientierung dieser Daten in einem der vorhergehend beschriebenen Koordinatensysteme speicherbar sind.
Bevorzugt ist die Profilerfassungseinrichtung als zweidimensionale Profilerfassungseinrichtung ausgebildet. Somit ist insbesondere kein dreidimensionales Profil durch die Profilerfassungseinrichtung erzeugbar. So ist es z.B. möglich, aus zweidimensionale Profildaten, die zu verschiedenen, insbesondere aufeinander folgenden Zeitpunkten, erzeugt wurden, dreidimensionale Profildaten zu erzeugen.
Insbesondere kann die Profilerfassungseinrichtung derart am Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass das zweidimensionale Profil in einer Ebene senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Bevorzugt ist die zweidimensionale Profilerfassungseinrichtung als Laserscanner ausgebildet. Der Laserscanner ist hierbei jedoch ein von der vorhergehend erläuterten Laserscan-Einrichtung verschiedene Einrichtung, insbesondere eine baulich separat davon ausgebildete Einrichtung. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache und zuverlässige Erfassung des Profils.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Beleuchtungseinrichtung umfassen. Hierbei kann die Beleuchtungseinrichtung ebenfalls durch die Positioniereinrichtung bewegbar sein. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung an der Positioniereinrichtung befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Beleuchtungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei beispielsweise derart an der Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, angeordnet sein, dass die Beleuchtungseinrichtung zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtung bzw. der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung ausleuchtet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte optische Erfassung des Profils der mindestens einen Schiene.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens ein Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung umfassen. Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung dient hierbei insbesondere zur Führung und/oder Formung eines von der Profilerfassungseinrichtung ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Lichtstrahles, insbesondere eines ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Laserstrahls. Ein ausgestrahlter Lichtstrahl kann auch als emmitierter Lichtstrahl und ein zu empfangender Lichtstrahl kann auch als immitierender Lichtstrahl bezeichnet werden.
Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung kann hierbei an der Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar.
Bevorzugt ist eine Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung relativ zur Positioniereinrichtung und somit auch eine Strahlrichtung veränderbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung die räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs der Profilerfassungseinrichtung verändert werden kann. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Bauraum der Gleislagebestimmungseinrichtung minimiert werden kann, da die Profilerfassungseinrichtung nicht zwingend derart an der Positioniereinrichtung anzuordnen ist, dass der Erfassungsbereich in dieser Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung bereits derart ausgerichtet ist, dass die mindestens eine Schiene des Gleises erfassbar ist. Vielmehr kann durch das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung eine räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden, wodurch z.B. eine Höhe der Gleislagebestimmungseinrichtung in Vertikalrichtung unterhalb des Schienenfahrzeugs verringert werden kann.
Ist/sind die Lage(n) oder die Orientierung(en) der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und/oder des Mittels zur Strahlführung/Strahlformung und/oder der mindestens einen Beleuchtungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar, so kann eine Veränderung manuell, beispielsweise durch manuelle Betätigung durch Bedienpersonal, oder aktorgestützt erfolgen. So ist es z.B. vorstellbar, dass die Position und/oder Orientierung relativ zur Positioniereinrichtung vor Betrieb der Gleislagebestimmungseinrichtung, insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs, manuell eingestellt wird, wobei die Position und/oder Orientierung während des Betriebes unverändert bleibt. Dies betrifft insbesondere die Einstellung einer Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und der Beleuchtungseinrichtung. Alternativ oder kumulativ kann die Position und/oder Orientierung auch während des Betriebs der Gleislagebestimmungseinrichtung, insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs, verändert werden, insbesondere aktorgestützt verändert werden. Dies betrifft insbesondere die Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung.
Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung mindestens zwei der beschriebenen Gleislagebestimmungseinrichtungen. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen können hierbei derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtungen der Gleislagebestimmungseinrichtungen nicht überschneiden.
Insbesondere können die Gleislagebestimmungseinrichtungen derart an einem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass eine erste Schiene eines Gleises für das Schienenfahrzeug durch die Profilerfassungseinrichtung einer ersten Gleislagebestimmungseinrichtung und eine weitere Schiene des Gleises durch die Profilerfassungseinrichtung einer weiteren Gleislagebestimmungseinrichtung erfassbar ist.
Weiter insbesondere können die Gleislagebestimmungseinrichtungen mit einem, insbesondere veränderbaren, Abstand zueinander am Schienenfahrzeug angeordnet sein, wobei der Abstand entlang einer Fahrzeugquerrichtung gemessen wird. Z.B. können die Gleislagebestimmungseinrichtungen entlang einer Geraden parallel zur Fahrzeugquerrichtung beabstandet zueinander angeordnet sein. Dies ermöglicht insbesondere eine spurweitenunabhängige Erfassung einer Gleislage.
Z.B. kann eine Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtungen beider Gleislagebestimmungseinrichtungen durch ein gemeinsames Führungsmittel oder durch voneinander verschiedene Führungsmittel erfolgen.
Weiter vorgeschlagen wird ein Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug mindestens eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Die Vorrichtung, insbesondere die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung, die Laserscan-Einrichtung und/oder die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung ist/sind an dem Schienenfahrzeug befestigt.
Hierbei kann/können die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung und/oder die Laserscan-Einrichtung in einem Frontbereich, insbesondere an einer Vorderseite, des Schienenfahrzeugs befestigt. Alternativ kann/können die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung und/oder die Laserscan-Einrichtung in einem Heckbereich, insbesondere an einer Hinterseite, des Schienenfahrzeugs befestigt sein.
Die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung kann an einer Unterseite, insbesondere an einer Unterseite eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs befestigt sein. Hierbei kann ein ortsfester Teil der Positioniereinrichtung an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, wobei ein beweglicher Teil in diesem Fall gegenüber dem ortsfesten Teil und somit gegenüber dem Schienenfahrzeug bewegbar ist. Insbesondere kann die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die Profilerfassungseinrichtung parallel zu einer Fahrzeugquerachse, insbesondere entlang einer geradlinigen Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerachse, bewegbar ist.
Eine Lage der ersten Bilderfassungseinrichtung, der mindestens einen weiteren Bilderfassungseinrichtung, der Laserscan-Einrichtung und/oder der mindestens einen Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem kann hierbei vorbekannt oder bestimmbar sein. Auch kann die Lage fest oder veränderlich sein.
Weiter kann das Schienenfahrzeug zwei Gleislagebestimmungseinrichtungen umfassen. Hierbei kann eine erste Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der ersten Gleislagebestimmungseinrichtung ein Profil der ersten Schiene erfassbar ist und/oder mindestens eine Eigenschaft einer ersten Schiene eines Gleises durch die erste Gleislagebestimmungseinrichtung bestimmbar ist. Entsprechend kann die weitere Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der weiteren Gleislagebestimmungseinrichtung ein Profil der weiteren Schiene erfassbar ist und/oder mindestens eine Eigenschaft einer weiteren Schiene des Gleises durch die weitere Gleislagebestimmungseinrichtung bestimmbar ist.
Auf Grundlage der Profile beider Schienen kann in einfacher Art und Weise eine Position und/oder Orientierung der Gleismitte bestimmt werden, insbesondere wenn eine relative Position und/oder Orientierung beider Positioniereinrichtungen bzw. beider Profilerfassungseinrichtungen und/oder Bilderfassungseinrichtungen zueinander, beispielsweise im Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sind. Die Position und/oder Orientierung der Gleismitte kann dann, wie vorhergehend bereits erläutert, relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt und gespeichert werden.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Fahrzeugumgebung durch mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung abgebildet wird. Dies kann bedeuten, dass entsprechende Bilddaten erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet.
Das vorgeschlagene Verfahren ist hierbei insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen durchführbar.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der erzeugten Bilddaten und/oder Profildaten relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter können die Profildaten und gegebenenfalls die zugehörigen Informationen bezüglich der Position und/oder Orientierung in einem der vorhergehend genannten Koordinatensysteme gespeichert werden, z.B. in einer Speichereinrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine Gleislage eines Gleises für das Schienenfahrzeug bestimmt.
Dies kann insbesondere durch die vorhergehend beschriebene mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung erfolgen. Hierbei erfasst eine Profilerfassungseinrichtung ein Profil mindestens einer Schiene des Gleises. In diesem Fall kann auch mindestens eine Eigenschaft des Gleises bestimmt werden. Z.B. kann die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung vor und/oder während und/oder nach der Erfassung des Profils durch eine Positioniereinrichtung bewegt werden. Insbesondere kann die Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs, bewegt werden. Hierbei kann die Profilerfassungseinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegt werden. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der erzeugten Profildaten relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung oder relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter können die Profildaten und gegebenenfalls die zugehörigen Informationen bezüglich der Position und/oder Orientierung in einem der vorhergehend genannten Koordinatensysteme gespeichert werden.
Weiter können die Profildaten derart ausgewertet werden, dass mindestens eine der eingangs erläuterten Eigenschaften des Gleises bestimmt wird. Auch kann eine Prüfung der Eigenschaft durch Abgleich der erfindungsgemäß bestimmten Eigenschaft mit einer vorbestimmten Soll-Eigenschaft erfolgen.
Die bestimmte Eigenschaft oder eine Abweichung, insbesondere eine unerwünschte Abweichung, kann beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung einem Fahrzeugführer und/oder Wartungspersonal angezeigt werden.
Z.B. kann die Vorrichtung mindestens eine Kommunikationseinrichtung, beispielsweise eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtung, aufweisen. Diese kann z.B. zum Übertragen der Profildaten, von Informationen zur Position und/oder Orientierung und/oder weiterer Informationen dienen. Weiter ist vorstellbar, dass die Vorrichtung bereits eine Auswerteeinrichtung umfasst, die zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft ausgebildet ist. In diesem Fall kann auch die bestimmte Eigenschaft und gegebenenfalls eine unerwünschte Abweichung über die Kommunikationseinrichtung übertragen werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs,
2 eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs, und
3 eine schematische Detailansicht einer Gleislagebestimmungseinrichtung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit zwei Gleislagebestimmungseinrichtungen 1a, 1b dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur die Positioniereinrichtungen 11 und insbesondere deren ortsfeste Teile 11a und beweglichen Teile 11b dargestellt sind. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen 1a, 1b sind hierbei entlang einer Fahrzeugquerrichtung yf auf gegenüberliegenden Seiten des Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet. Die Ausbildung der Gleislagebestimmungseinrichtungen 1a, 1b ist detailliert in 3 dargestellt und in der entsprechenden Beschreibung beschrieben. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen 1a, 1b sind hierbei Teil einer Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des Schienenfahrzeugs 4.
Weiter dargestellt sind Räder 17 des Schienenfahrzeugs 4, die auf Schienen 3 laufen. Die Räder 17 können hierbei an einem Drehgestell 18 (siehe 2) des Schienenfahrzeugs 4 befestigt sein. Fährt das Schienenfahrzeug 4 eine Kurve, so verändert sich zumindest die relative Lage zwischen einem Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs 4 und den Gleisen 3. Um zu verhindern, dass durch diese Veränderung der relativen Lage die Gleise 3 aus den Erfassungsbereichen 5 der Laserscanner 6 und den Erfassungsbereichen 7 der Kameras 6 der Gleislagebestimmungseinrichtungen 1a, 1b herausbewegen, können die Laserscanner 2 und die Kamera 6 der jeweiligen Vorrichtungen 1 durch die Positioniereinrichtungen 11 derart bewegt werden, dass die Schienen 3 in den Erfassungsbereichen 5, 7 verbleiben oder erneut in diese hineinbewegt werden.
Hierbei dient eine erste Gleislagebestimmungseinrichtung 1a zur Erfassung einer ersten Schiene 3a und eine weitere Gleislagebestimmungseinrichtung 1b zur Erfassung einer weiteren Schiene 3b.
Die Erfassung der Profile sowohl der ersten Schiene 3a als auch der weiteren Schiene 3b ermöglicht weiterhin die Erfassung einer Position und/oder Orientierung einer Gleismitte, insbesondere einer Mittellinie zwischen den Gleisen 3. Diese Gleismitte bzw. Mittellinie kann als Referenzpunkt bzw. Referenzlinie für eine Lichtraummessung durch weitere Systeme, insbesondere durch weitere Erfassungseinrichtungen der Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des Schienenfahrzeugs 4, dienen. Auch kann aber eine Mittellinie einer Schiene 3a, 3b des Gleises 3 als Referenzlinie dienen. Selbstverständlich kann die Position und Orientierung der Gleismitte entsprechend den vorhergehenden Ausführungen ebenfalls relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt und gegebenenfalls gespeichert werden.
Weiter dargestellt ist die Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des Schienenfahrzeugs 4. Die Vorrichtung 19 umfasst eine 3D-Bilderfassungseinrichtung, die als Stereokamerasystem ausgebildet ist, wobei das Stereokamerasystem eine erste 2D-Kamera des Stereokamerasystems 20a und eine weitere 2D-Kamera 20b des Stereokamerasystems umfasst. Schematisch ist ein Erfassungsbereich 21 der 3D-Bilderfassungseinrichtung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Erfassungsbereich 21 zumindest einen Teil der Fahrzeugumgebung, der sich räumlich vor dem und seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet, umfasst.
Weiter umfasst die Vorrichtung 19 eine Rotationslaserscan-Einrichtung 22. Ein von dieser Rotationslaserscan-Einrichtung 22 erzeugter Laserstrahl 23 (siehe 2) zur Abtastung der Fahrzeugumgebung rotiert hierbei um eine Achse, die parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung xf (siehe 2) orientiert ist. Eine Richtung des Laserstrahls 23 kann auch Anteile in Fahrzeuglängsrichtung xf enthalten. Ein nicht dargestellter Erfassungsbereich der Rotationslaserscan-Einrichtung 22 umfasst ebenfalls zumindest einen Teil der Fahrzeugumgebung, der sich räumlich vor dem und seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet.
Weiter umfasst die Vorrichtung 19 eine erste 2D-Kamera 24 und eine weitere 2D-Kamera 25, wobei schematisch Erfassungsbereiche 26, 27 dieser 2D-Kameras 24, 25 dargestellt sind. Die Erfassungsbereiche 26, 27 der 2D-Kameras 24, 25 umfassen jeweils zumindest einen Teil der Fahrzeugumgebung, der sich seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet, wobei die Erfassungsbereiche 26, 27 verschiedene Seitenbereiche des Schienenfahrzeugs 4 umfassen.
Es ist dargestellt, dass die 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, die Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und die 2D-Kameras 24, 25 an einer Fahrzeugfront des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet sind. Insbesondere sind die 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, die Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und die 2D-Kameras 24, 25 im Dachbereich des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet.
Weiter dargestellt ist die Fahrzeugquerrichtung yf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf, die ein Fahrzeugkoordinatensystem ausbilden.
Weiter dargestellt ist eine Inertialeinheit 16 zur globalen Referenzierung eines Fahrzeugkoordinatensystems und somit auch der Position und Orientierung der 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, der Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und der 2D-Kameras 24, 25 der von diesen erzeugten Profildaten und Bilddaten.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 19 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass Räder 17 an einem Drehgestell 18 angeordnet sind. Die Räder 17 laufen auf Schienen 3. An einer Unterseite 15 eines Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 ist eine Gleislagebestimmungseinrichtung 1 mit einer Positioniereinrichtung 11, die einen ortsfesten Teil 11a und einen beweglichen Teil 11b aufweist, angeordnet. Die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 kann hierbei wie die in 3 beschriebene Gleislagebestimmungseinrichtung 1 ausgebildet sein. Weiter dargestellt ist eine Fahrzeuglängsrichtung xf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf.
Weiter dargestellt ist eine Vorrichtung 19 zur Erfassung der Fahrzeugumgebung um das Schienenfahrzeug 4 herum, wobei nur eine Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und ein exemplarischer von der Rotationslaserscan-Einrichtung emittierter Laserstrahl 23 dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 19 ermöglicht die Bestimmung einer Gleismitte sowie die Bestimmung eines Lichtraumprofils. Somit ist die Bestimmung der Informationen zum verfügbaren lichten Raum relativ zu der Gleismitte möglich.
In 3 ist eine schematische Darstellung einer Gleislagebestimmungseinrichtung 1 dargestellt. Die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 umfasst eine als zweidimensionalen Laserscanner 2 ausgebildete Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Querprofils einer Schiene 3 eines Gleises für ein Schienenfahrzeug 4. Schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine als Kamera 6 ausgebildete Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung 1. Ebenfalls schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 7 der Kamera 6. Die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 umfasst weiter zwei Beleuchtungseinrichtungen 8, wobei schematisch ebenfalls Beleuchtungsbereiche 9 der Lichtquellen dargestellt sind. Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 einen Abstandssensor 10.
Weiter dargestellt ist ein Spiegel 13 zur Führung der von dem Laserscanner 2 ausgestrahlten und zu empfangenden Lichtstrahlen. Auch der Spiegel 13 ist am beweglichen Teil 11b, insbesondere im Gehäuse 12, angeordnet.
Der Spiegel 13 bildet hierbei das vorhergehend beschriebene Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung aus. Der Spiegel 13 kann hierbei insbesondere verschiebbar, also mit einer oder mehreren Translationsbewegungen bewegbar, und verdrehbar, also mit einer oder mehreren Rotationsbewegungen bewegbar, sein.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Laserscanner 2 derart anzuordnen, dass dieser mit seinem Erfassungsbereich 7 nicht hin zur Schiene 3, sondern quer zur Schiene 3 ausgerichtet ist. Hierdurch kann ein Bauraum der Gleislagebestimmungseinrichtung 1, insbesondere eine Höhe entlang einer Vertikalrichtung zf des Schienenfahrzeugs 4, minimiert werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Positioniereinrichtung 11. Die Positioniereinrichtung 11 umfasst einen ortsfesten Teil 11a und einen relativ zum ortsfesten Teil 11a bewegbaren beweglichen Teil 11b. Der bewegliche Teil 11b kann über einen beweglichen Schliltten am ortsfesten Teil 11c befestigt sein. Der bewegliche Teil 11b umfasst ein Gehäuse 12 oder weist dieses auf. Der bewegliche Teil 11b kann weiter eine Trägereinrichtung umfassen bzw. ausbilden. Somit kann das Gehäuse 12 auch als Trägergehäuse bezeichnet werden. Am beweglichen Teil 11b, insbesondere innerhalb des Gehäuses 12, ist der Laserscanner 2, die Kamera 6, die Beleuchtungseinrichtungen 8 sowie der Abstandssensor 10 angeordnet. Selbstverständlich ist eine Anordnung des Abstandssensors 10 außerhalb des Trägergehäuses 12 denkbar. Hierbei kann zumindest ein Teil des Abstandssensors 10 außerhalb einer Außenwand des Trägergehäuses 12 angeordnet sein.
Das Gehäuse 12 kann hierbei entsprechende Öffnungen, insbesondere an einer Unterseite des Gehäuses 12 aufweisen, um die Erfassung und/oder Beleuchtung einer Schiene 3 aus dem Gehäuse 12 heraus, also aus einem Innenvolumen des Gehäuses 12, zu ermöglichen.
Es ist dargestellt, dass der Laserscanner 2 und die Kamera 6 derart an der Positioniereinrichtung 11 befestigt sind, dass sich die Erfassungsbereiche 5, 7 überschneiden und jeweils die Schiene 3 umfassen. Die Beleuchtungseinrichtungen 8 sind hierbei derart an der Positioniereinrichtung 11 angeordnet, dass die Beleuchtungsbereiche 9 sich ebenfalls mit den Erfassungsbereichen 5, 7 überschneiden und somit die Schiene 3 ausleuchten.
Nicht dargestellt ist ein Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11, welches z.B. ortsfest relativ zum beweglichen Teil 11b angeordnet sein kann. Eine Position und/oder Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der Beleuchtungseinrichtungen 8 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11 kann hierbei einstellbar sein. Insbesondere kann eine gewünschte Position und/oder Orientierung zeitlich vor einem Betrieb der Gleislagebestimmungseinrichtung 1, insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs 4, eingestellt werden, wobei während des Betriebes der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 diese Position und/oder Orientierung unverändert bleibt.
Auch eine Position und/oder Orientierung des Spiegels 13 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11 kann hierbei veränderlich, insbesondere aktorgestützt veränderbar, sein. Eine Veränderung kann hierbei insbesondere auch während eines Betriebs der Gleislagebestimmungseinrichtung 1, insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere während eines Betriebs des Laserscanners 2 erfolgen.
Der ortsfeste Teil 11a der Positioniereinrichtung 11 kann beispielsweise Teile eines Linearantriebes umfassen, insbesondere einen Schrittmotor zum Antrieb des beweglichen Teils 11b. Weiter kann die Positioniereinrichtung Führungsmittel zur Linearführung des beweglichen Teils 11b relativ zum ortsfesten Teil 11a umfassen oder ausbilden. Somit wird durch die Positioniereinrichtung 11 ein Linearantrieb bereitgestellt.
Es ist dargestellt, dass die Positioniereinrichtung 11, insbesondere der ortsfeste Teil 11a, an einem Wagenkasten 14, insbesondere an einer Unterseite des Wagenkastens 14, des Schienenfahrzeugs 4 befestigt ist.
Weiter dargestellt ist ein Fahrzeugkoordinatensystem, wobei eine Fahrzeugquerrichtung yf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf dargestellt ist. Eine Fahrzeuglängsrichtung xf (siehe 2) ist in 1 orthogonal zur Zeichenebene orientiert und auf einen Betrachter zu orientiert. Die Positioniereinrichtung 11 ist hierbei derart ausgebildet und an dem Schienenfahrzeug 4 angeordnet, dass der bewegliche Teil 11b, insbesondere der Laserscanner 2, entlang einer geradlinigen Trajektorie bewegbar ist, wobei die geradlinige Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerrichtung yf orientiert ist.
Hierbei kann die Fahrzeuglängsrichtung xf parallel zu einer Rollachse des Schienenfahrzeugs 4, die Fahrzeugquerrichtung yf parallel zu einer Fahrzeugnickachse des Schienenfahrzeugs 4 und die Fahrzeugvertikalrichtung zf parallel zu einer Fahrzeuggierachse des Schienenfahrzeugs 4 orientiert sein.
Der Abstandssensor 10 erfasst einen Abstand des beweglichen Teils 11b von einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere einem Abschnitt des Wagenkastens 14. Hierdurch kann kontinuierlich eine Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung 11, insbesondere des beweglichen Teils 11b, und somit eine Position und Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der Gleislagebestimmungseinrichtung 1, relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem erfasst werden.
Der Abstandssensor 10 oder ein weiterer, nicht dargestellter, Abstandssensor kann alternativ oder kumulativ einen Abstand zwischen den beiden in 1 dargestellten Vorrichtungen 1a, 1b, insbesondere einen Abstand zwischen den beweglichen Teilen 11b der Positioniereinrichtung 11 der beiden Vorrichtungen 1a, 1b erfassen.
Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 eine als Inertialeinheit 16 ausgebildete Lagebestimmungseinrichtung des Schienenfahrzeugs 4. Diese entspricht der in 1 und 2 dargestellten Inertialeinheit 16 der Vorrichtung 19. Diese ermöglicht eine Bestimmung einer Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs 4 in einem nicht dargestellten globalen Referenzkoordinatensystem. Dies wiederum ermöglicht eine Bestimmung der Lage des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 und insbesondere der von dem Laserscanner 2 erzeugten Profildaten und der von der Kamera 6 erzeugten Bilddaten relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem.
Das Trägergehäuse 12 kann durch eine nicht vollständig dargestellte Lineareinheit translatorisch bewegt werden, um das Gehäuse 11 und somit den Laserscanner 2 und die Kamera 6 dem sich relativ zum Wagenkasten 14 bewegenden Schienenprofil nachzuführen. Das Trägergehäuse 12 kann hierbei Teil der Lineareinheit sein oder an einem Teil, insbesondere dem beweglichen Teil 11b, der Lineareinheit befestigt sein. Durch den Spiegel 13 kann eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs 5 verändert werden. Hierdurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Abstände zwischen Wagenkasten 14, Gehäuse 12 und Oberkante der Schiene 3, beispielsweise bei verschiedenen Schienenfahrzeugen 4, berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform vorstellbar, bei der der Laserscanner 2 derart ausgerichtet ist, dass die Schiene 3 unmittelbar, also ohne Spiegel 13, im Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2 liegt.
Die von der als Kamera 6 ausgebildeten Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 erzeugten Abbilder bzw. Bilddaten können hierbei mit bekannten Bildverarbeitungsalgorithmen verarbeitet werden. Hierbei kann insbesondere eine Orientierung des beweglichen Teils 11b der Positioniereinrichtung 11 relativ zur Schiene 3 bildbasiert, also durch Auswertung der Bilddaten, bestimmt werden. Durch Auswertung der Bilddaten kann aber auch eine Fehldetektion oder -funktion des Laserscanners 2 erkannt werden.
Die Vorrichtung 19 und insbesondere auch die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 kann an einem Wagenkasten einer beliebigen Straßen-, U- oder Voll-Bahn angebracht werden.
Insgesamt ermöglicht die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 neben der Bestimmung der Gleislage die Bestimmung oder Erfassung einer Spurweite, eines Radius, einer Vertikalkrümmung sowie einer Gradiente der Schiene bzw. des Gleises. Weiterhin kann auch ein Schienenprofil und dessen Qualität bestimmt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2403861 A [0005]
EP 1544572 A2 [0006]
DE 19801311 A1 [0007]
DE 4238034 C1 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Vorrichtung (19) mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung umfasst, wobei die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung als 2D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Laserscanner-Einrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserscan-Einrichtung als Rotationslaserscan-Einrichtung (22) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs (4) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung (1, 1a, 1b) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleislagebestimmungseinrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene (3, 3a, 3b) des Gleises umfasst, wobei die Gleislagebestimmungseinrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Positioniereinrichtung (11) umfasst, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung (11) bewegbar ist.
Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine Vorrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (19) an dem Schienenfahrzeug (4) befestigt ist.
Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Fahrzeugumgebung durch mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Gleislage eines Gleises für das Schienenfahrzeug (4) bestimmt wird.