DE102014220778A1

DE102014220778A1 - Verfahren zum Überwachen von Gleisabschnitten bei einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102014220778A1
Application number: DE102014220778.9A
Authority: DE
Inventors: Henning Voelz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-04-14

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Überwachen von Gleisabschnitten und ein Kamerasystem zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt. Bei dem Verfahren werden mit einem Kamerasystem (12) Weichen und die Stellung der Weichen erkannt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Gleisabschnitten bei einem Schienenfahrzeug mit einem Kamerasystem und ein Kamerasystem für ein Schienenfahrzeug.
Stand der Technik
Als Fahrerassistenzsysteme werden elektronische Hilfsmittel bezeichnet, die zur Unterstützung des Fahrers beim Führen von Kraftfahrzeugen dienen. Solche Systeme werden zum einen aus Sicherheitsgründen und zum anderen zum Erzielen eines erhöhten Fahrkomforts eingesetzt. Hierzu greifen Fahrerassistenzsysteme teilautonom oder autonom in den Antrieb und die Steuerung des Fahrzeugs ein. Außerdem warnen oder informieren diese Systeme den Fahrer vor kritischen Fahrsituationen, insbesondere über geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen.
Beispiele für Fahrerassistenzsysteme sind eine Spurwechselassistenz, ein Abstandswarngerät und ein Abstandsregelautomat. Weiterhin sind seit langem das Antiblockiersystem und die Antriebsschlupfregelung im Einsatz. Hierfür sind Fahrerassistenzsysteme mit Sensoren ausgestattet. Hierbei finden Drehzahl-, Lenkradwinkel- und Gierratensensoren sowie Ultraschall-, Radar- und Kamerasysteme Anwendung.
Im Automobilbereich werden Fahrerassistenzsysteme zur Unterstützung des Fahrers seit einigen Jahren in Serie eingesetzt. Dabei sind verschiedene Systemausprägungen bekannt. So kommen bspw. Nachtsichtsysteme oder Rückfahrkameras, die ein Bild einfach nur darstellen, zum Einsatz. Darüber werden sogar sogenannte SurroundView-Systeme, die das komplette 360° Umfeld des Fahrzeugs darstellen, verwendet. Außerdem werden Systeme, die mit einer Frontkamera automatisch Verkehrszeichen, Fahrspuren, Objekte und ähnliches erkennen, eingesetzt.
Bislang werden solche Systeme fast ausschließlich bei Straßenfahrzeuge verwendet. Für den Schienenbereich sind derartige Systeme kaum bekannt.
Im Schienenbereich ist zu beachten, dass es, obwohl die Weichen z. B. bei Straßenbahnen automatisch gestellt, oder einige wenige durch den Fahrer per Funk oder manuell gestellt werden, es immer wieder zu Unfällen durch falsch gestellte Weichen kommt.
Die Druckschrift DE 10 2007 038 820 A1 beschreibt eine Rangierüberwachungseinrichtung zum Überwachen von schienengebundenen Fahrzeugen. Die Vorrichtung weist mindestens einen bildgebenden Sensor auf, der Bildinformationen zu der Umgebung des Fahrzeugs aufnimmt. Es ist weiterhin eine Auswerteeinheit vorgesehen, mit der zumindest Teile von Rangieranlagen detektiert werden, so dass ein Überwachen der Rangierfahrt in Abhängigkeit der detektierten Rangieranlagen ermöglicht wird. Die Rangieranlagen umfassen Rangiersignaleinrichtungen, Gleise und Weichen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kamerasystem gemäß Anspruch 8 und ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das Verfahren ermöglicht somit die Überwachung von typischerweise in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug befindlichen Gleisabschnitten. Die Überwachung der Gleisabschnitte ermöglicht die Erkennung von Weichen und insbesondere auch die Bestimmung der Stellung erkannter Weichen. Auf diese Weise kann bspw. festgestellt werden, ob Weichen richtig gestellt sind. Dies kann bspw. in Verbindung mit einem Positionsbestimmungssystem, bspw. einem GPS-System, durchgeführt werden, das eine Positionsbestimmung und damit auch eine Identifizierung der erkannten Weichen ermöglichen kann. Hierzu erforderliche Daten können in dem Schienenfahrzeug in einer Datenbank abgelegt sein oder über eine Ferndatenverbindung abgerufen werden.
Da außerdem bestimmt werden kann, auf welchen Schienen das Schienenfahrzeug hinter der Weiche seinen Weg fortsetzen wird, kann vor Hindernissen, die sich auf diesem Gleisabschnitt befinden, gewarnt werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird somit ein Gleisabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug und damit werden Schienen vor dem Schienenfahrzeug durch eine Kamera, die an dem Schienenfahrzeug angeordnet ist, erfasst. Für Bilder, die dabei mit der Kamera erfasst werden, werden bspw. unter Durchführung einer Kantendetektion als Methode für eine Bildverarbeitung Schienen erkannt, woraus wiederum ein dreidimensionaler Verlauf der erkannten Schienen bestimmt werden kann. Eine Stellung einer Weiche kann bspw. unter Berücksichtigung einer Lücke zwischen Schienen im Bereich der Weiche erkannt werden.
Es wird folglich ein Kamerasystem, wie dieses insbesondere aus dem Automobilbereich bekannt ist, für Anwendungen im Schienenverkehr genutzt. So können bspw. eine Frontkamera, mono oder stereo, eine Rückfahrkamera und/oder mehrere Kameras in einem SurroundView-System verwendet werden. Dabei sind unterschiedliche Einbauorte und Kombinationen möglich.
Die Frontkamera kann bspw. hinter der Windschutzscheibe oder in einem separaten Gehäuse an der Front des Schienenfahrzeugs eingebaut werden. Das vorgestellte Kamerasystem kann mit anderen Sensoren, wie bspw. Radar-, Ultraschall-, Laserscanner- oder anderen Sensoren kombiniert werden. Selbstverständlich kann es auch als stand alone System verwendet werden.
In einer Ausführung erkennt ein videobasiertes Assistenzsystem die Schienen und ermittelt den Kurvenradius der vorausliegenden Strecke. Mit diesem System können aufgrund der Geometrie Weichen erkannt werden. Wird eine Weiche erkannt, so kann die Stellung der Weiche und damit die Fahrtrichtung der Bahn ermittelt werden. Diese Fahrtrichtung kann jetzt z. B. in einem Board-Computer der Straßenbahn mit der Soll-Stellung abgeglichen werden. Stimmen Soll und Ist überein, so kann die Fahrt ohne Benachrichtigung fortgesetzt werden. Bei einer Diskrepanz kann eine optische und/oder akustische Warnung oder eine Zwangsbremsung erfolgen.
Die erkannte Weichenstellung kann außerdem verwendet werden, um den Suchbereich für Objekte bei einem Kollisionswarnsystem für Straßenbahnen genauer zu definieren. Ein Objekt auf dem nicht befahrenen Schienenzweig wäre dann nicht kollisionsrelevant.
Das vorgeschlagene System erhöht die Sicherheit im Straßenbahnverkehr, indem eine zusätzliche Überwachungsinstanz des Fahrweges hinzugenommen wird. Durch Kenntnis des Schienen-/Fahrverlaufs kann ein Kollisionswarnsystem genauer und mit höherer Güte arbeiten. Die Schienenstellung ist in den meisten Fällen zwar auch über den Board-Computer verfügbar, durch das System kann man diese Schnittstelle aber einstellen und hat eine Verfügbarkeit auch in Situationen, in denen die Weichen manuell gestellt werden müssen, z. B. auf Betriebshöfen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine mögliche Ausführung des beschriebenen Kamerasystems.
2 zeigt ein von einer Kamera erfasstes Bild.
3 zeigt ein weiteres von einer Kamera erfasstes Bild.
4 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
In 1 ist in stark vereinfachter Darstellung ein Schienenfahrzeug wiedergegeben, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. An diesem Schienenfahrzeug 10 ist ein Kamerasystem 12 angeordnet. Dieses umfasst eine Kamera 14, in diesem Fall eine Frontkamera, die Bilder erfasst, die Informationen zu der Umgebung in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug enthalten. So werden insbesondere die von dem Schienenfahrzeug zu befahrenden Gleisabschnitten mit Schienen und Weichen erfasst.
Das Kamerasystem umfasst weiterhin eine Auswerteeinrichtung 16 mit einer Recheneinheit 18 und einer Datenbank 20, in der Informationen zu Weichen abgelegt sein können. Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung 16 mit einem GPS-System 22, einer Benutzerschnittstelle 24 und einer Warneinrichtung 26 zur Abgabe akustischer und/oder optischer Warnsignale verbunden. Diese Warnsignale werden in Gefahrensituationen abgegeben. Diese können gegeben sein, wenn eine Weiche nicht korrekt gestellt ist und/oder wenn sich ein Objekt bzw. Hindernis auf einem Gleisabschnitt befindet, den das Schienenfahrzeug bei erkannter Stellung der Weiche befahren wird.
Die Kamera 14 wird, wie dies in ähnlicher Weise im automotiven Fahrerassistenzbereich durchgeführt wird, nach vorne schauend in dem Schienenfahrzeug 10 befestigt. Die Kamera 14 erfasst diesen Abschnitt und stellt Informationen, die in einem oder mehreren Bildern dargestellt sind, der Auswerteeinrichtung 26 zur Auswertung zur Verfügung. Durch Methoden der Bildverarbeitung, wie z. B. einer Kantendetektion, werden die Schienen erkannt.
Unter einer Kantendetektion, die auch als Kantenextraktion bezeichnet wird, ist Teil einer Segmentierung von Elementen in der Bildbearbeitung. Dabei wird versucht, flächige Bereiche in einem digitalen Bild voneinander zu trennen, wenn diese sich entlang gerader oder gekrümmter Linien ausreichend in Farb- oder Grauwert, Helligkeit oder Textur unterscheiden. Übergänge zwischen Bereichen werden erkannt und als Kanten markiert.
Durch Filtermethoden, wie z. B. nach Sobel oder Canny, können Kanten im Bild erkannt werden. Bei der vorliegenden Anwendung ist zu beachten, dass eine Schiene immer aus zwei langen, parallel verlaufenden Kanten besteht. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die Breite der Schienenoberkante mit ca. sieben cm bekannt ist.
Durch Kenntnis der Einbaulage der Kamera 14, nämlich Position und Winkel, in Bezug zum Schienenfahrzeug 10 kann ein dreidimensionaler Verlauf der erkannten Schienen bestimmt werden. Aus diesem Verlauf wird u. a. der Kurvenradius bestimmt. Durch die Kenntnis der Schienenbreite kann sehr zuverlässig die Situation festgestellt werden, wann sich die Schiene "aufteilt". Hier befindet sich dann der Weichenpunkt.
2 zeigt ein von einer Kamera in einem Schienenfahrzeug erfasstes Bild. Die Darstellung zeigt die erkannten Schienen 30 und, mit Bezugsziffer 32 bezeichnet, die erkannten Aufzweigungen, die Weichen darstellen. Darüber hinaus wird die Weichensituation bzw. -stellung erkannt.
3 zeigt ein weiteres Bild, das von einer Kamera in einem Schienenfahrzeug erfasst wird. Die Darstellung zeigt exemplarisch eine Weiche 38. In diesem Fall ist die Weiche 38 so gestellt, dass die Fahrt geradeaus fortgesetzt werden würde. Das kann daran erkannt werden, dass zwischen der rechten Schiene 40 und der rechten Weichenschiene 42 eine Lücke 43 vorhanden ist. Die linke Weichenschiene 44 liegt aber an der rechten Schiene an 46, so dass das Schienenfahrzeug geradeaus fahren wird.
Kennt man also die Position der Weiche durch die vorstehend beschriebenen Vorgehensweise, so kann man in einem zweiten Schritt die Lage bzw. Lücke der Weichenschienen erkennen und daraus die Weichenstellung ableiten, wie dies in 3 verdeutlicht ist. Hieraus kann jetzt der Soll-Ist der Weichenstellung Abgleich stattfinden oder die Fahrtrichtung für eine Relevanzuntersuchung von erkannten Objekten in einem Kollisionswarnsystem verwendet werden.
Befindet sich hinter eine Weiche ein Kollisionsobjekt, das durch ein Warnsystem erkannt wird, so kann bei entsprechender Weichenstellung eine Warnung abgegeben werden. Ist die Fahrtrichtung in Richtung des Schienenzweigs, der nicht das Kollisionsobjekt enthält, zeigt das System freie Fahrt an. Bei Weichenstellung in Richtung des Objekts ertönt eine Warnung, ggf. schon vor der Weiche.
4 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens. In einem ersten Schritt 60 wird ein Kamerabild erfasst. Daraufhin wird in einem nächsten Schritt 62 eine Kantendetektion durchgeführt. Es erfolgt daraufhin in Schritt 64 eine Schienenerkennung und in einem Schritt 66 eine Weichenerkennung.
Bei einer erkannten Weiche wird in einem Schritt 68 eine Lücke gesucht und daraus in einem Schritt 70 die Weichenstellung abgeleitet. Nun kann in einem Schritt 72 ein Soll-Ist-Abgleich der Weichenstellung durchgeführt werden. Abschließend kann, wenn die Weichenstellung nicht korrekt ist, in einem Schritt 74 eine Warnung erfolgen. Ist die Weichenstellung korrekt, kann dies angezeigt werden. Die Fahrt wird fortgesetzt.
Alternativ oder ergänzend kann in einem Schritt 76 im Rahmen eines Kollisionswarnsystems eine Relevanzuntersuchung von Objekten durchgeführt werden. Dies bedeutet, es wird untersucht, inwieweit erfasste Objekte für die Weiterfahrt relevant sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007038820 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Überwachen von Gleisabschnitten bei einem Schienenfahrzeug (10), bei dem mit einem Kamerasystem (12) ein Gleisabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug (10) erfasst und ausgewertet wird, anhand der Auswertung mindestens eine Weiche (32, 38) und die Stellung der mindestens einen Weiche (32, 38) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Auswertung des erfassten Gleisabschnitts mittels einer Kantendetektion durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Stellung der mindestens einen Weiche (32, 38) anhand einer Lücke (43) erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erkannte Stellung der mindestens einen Weiche (32, 38) einem Soll-Ist-Vergleich unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Relevanz erkannter Objekte auf Grundlage der erkannten Stellung der mindestens einen Weiche (32, 38) untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem im Falle einer Gefahrensituation ein Warnsignal abgegeben wird.
Kamerasystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einer Kamera (14), die dazu ausgebildet ist, Gleisabschnitte zu erfassen, und einer Auswerteeinrichtung (16), die dazu eingerichtet ist, Informationen zu erfassten Gleisabschnitten auszuwerten und auf die Weise mindestens eine Weiche (32, 38) und deren Stellung zu erkennen.
Kamerasystem nach Anspruch 7, mit einer Warneinrichtung (26) zur Abgabe von Warnsignalen.
Kamerasystem nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Datenbank (20), in der Informationen zu Weichen (32) abgelegt sind.
Schienenfahrzeug mit einem Kamerasystem (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.