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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Verlaufs von Schienen.
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Stand der Technik
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Ein Schienenfahrzeug ist durch dessen Schienenfahrzeugführer zu führen. Dabei ist es möglich, den Schienenfahrzeugführer durch Sensoren zum Erfassen eines Umfelds des Schienenfahrzeugs zu entlasten.
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So ist ein Kollisionswarnsystem für Straßenbahnen bekannt, das eine Kamera sowie einen Radarsensor umfasst. Dabei ist mit der Kamera ein Verlauf und somit eine Trajektorie von zu befahrenden Schienen direkt zu erkennen, woraus wiederum ein Gefahrenraum bestimmt wird, in dem mit dem Radarsensor nach eventuell vorhandenen Hindernissen gesucht wird. Somit kann u. a. entlang von Kurven erkannt werden, ob sich im Gefahrenraum ein Hindernis befindet oder nicht. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass bspw. bei einer Fahrt durch einen Tunnel der Verlauf der Schienen durch die Kamera nicht oder nur unvollständig erkannt werden kann. In diesem Fall kann auch eine Ortung der Straßenbahn durch Nutzung eines globalen Navigationssatellitensystems üblicherweise nur eingeschränkt durchgeführt werden.
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Ein Verfahren zur Erkennung von Hindernissen von Schienenfahrzeugen, die eine bestimmte Strecke befahren, ist aus der Druckschrift
DE 197 46 970 A1 bekannt. Hierzu wird ein Bordrechner zur Speicherung von Streckendaten verwendet. Als Streckendaten werden Koordinaten von Punkten gespeichert, die mittig zwischen den Schienen in bestimmten Abständen liegen. Diese Punkte werden von einem Fahrzeugsensor anvisiert, wobei ein Sensorsignal unter anderem abhängig von einer Gleiskrümmung ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren, eine Anordnung und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausführungsformen des Verfahrens, der Anordnung und der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung.
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Ein von einem Schienenfahrzeug befahrbares Gleis umfasst zwei nebeneinander parallel verlaufende und somit angeordnete Schienen. Zur Realisierung des Verfahrens sowie der Anordnung, die in Ausgestaltung die vorgestellte Vorrichtung umfasst, sind neben mindestens einer der Schienen an einem relevanten Punkt vor Beginn eines Streckenabschnitts, bspw. einer Kurve, dessen Verlauf zu erkennen ist, Objekte angeordnet, üblicherweise befestigt, wobei diese Objekte vor dem vorausliegenden Streckenabschnitt gemäß einem für den jeweiligen Streckenabschnitt definierten Muster neben der mindestens einen Schiene des Gleises angeordnet sind.
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Somit ist der Verlauf des Streckenabschnitts durch eine Anordnung von Objekten des Musters indirekt zu erkennen. Üblicherweise ist mindestens ein Objekt des Musters links von den beiden Schienen des Gleises, zwischen den beiden Schienen oder rechts von den beiden Schienen angeordnet. Dies kann bedeuten, dass sämtliche Objekte eines Musters links der beiden Schienen, zwischen den beiden Schienen oder rechts von den beiden Schienen angeordnet sind. Weiterhin ist möglich, dass Objekte jeweils eines Musters links der Schienen und zwischen den Schienen, zwischen den Schienen und rechts der Schienen, links und rechts der Schienen oder links der Schienen, zwischen den Schienen sowie rechts der Schienen angeordnet sind.
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Ein derartiges Muster aus Objekten ist durch mindestens einen Sensor, der an einem Schienenfahrzeug angeordnet ist, gut zu erkennen. Dabei ist ein Erfassungsbereich des mindestens einen Sensors in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs orientiert.
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In Ausgestaltung sind die Objekte als dreieckige Spiegel und somit als sogenannte Tripelspiegel ausgebildet, die bspw. von mindestens einem als Radarsensor ausgebildeten Sensor gut zu erkennen sind.
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In der Regel ist eine Form oder Art eines jeweiligen Musters und somit eine Form der Anordnung der Objekte für das jeweilige Muster durch die Form des zu befahrenden vorausliegenden Streckenabschnitts definiert. Somit ist durch eine bestimmte Form, nach der die Objekte des Musters angeordnet sind, eine bestimmte Art und somit ein bestimmter Verlauf eines Streckenabschnitts vor Beginn dieses Streckenabschnitts anzukündigen.
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Dabei kann ein Streckenabschnitt als Kurve, bspw. Links- oder Rechtskurve, ausgebildet sein. Somit ist durch ein jeweiliges Muster eine Richtung einer Kurve sowie eines Radius als Parameter dieses als Kurve ausgebildeten Streckenabschnitts anzugeben. Ein als Gefälle oder Steigung ausgebildeter Streckenabschnitt ist ebenfalls durch eine hierfür jeweils definierte Form des aus den Objekten gebildeten Musters zu definieren. Dabei ist möglich, dass das jeweilige Muster auch einen prozentualen Wert als Parameter für das Gefälle oder die Steigung als Beispiel eines Streckenabschnitts angibt. In Ausgestaltung ist für eine bestimmte Art von Streckenabschnitten eine bestimmte Art von Mustern vorgesehen.
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Die an dem Gleis bspw. zwischen den Schienen gemäß einem jeweils definierten Muster angeordneten Objekte, die für den mindestens einen Sensor gut zu erkennen sind, werden in Ausgestaltung zur Orientierung und/oder Ortung des Schienenfahrzeugs, bspw. eines Zugs, verwendet. Hierdurch ist möglich, Informationen aus einem bereits vorhandenen System zur Bestimmung des Orts des Schienenfahrzeugs, wobei dieses System bspw. auf einer Balisentechnik und/oder einer Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen beruht, zu plausibilisieren.
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Da für ein Schienennetz eine Reihenfolge einzelner Muster vor Streckenabschnitten sowie Abstände zwischen den Mustern bekannt ist, sind Informationen hierüber in einer Datenbank zu hinterlegen. Dabei werden in Ausgestaltung in der Datenbank hinterlegte Informationen mit einer während einer Fahrt erfassten Reihenfolge von Mustern sowie von Abständen zwischen den Mustern verglichen. Durch diese Maßnahme ist u. a. möglich, Manipulationen durch Saboteure oder Vandalen zu erkennen, sofern ein Muster manipuliert und/oder beschädigt worden ist.
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In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, mindestens ein Objekt eines Musters an einem Aktuator, bspw. einer Weiche, zu befestigen. Dabei bewegt sich das mindestens eine Objekt entsprechend einer Bewegung des Aktuators, wodurch bspw. eine aktuelle Position der Weiche oder eine Stellung eines als Eisenbahnsignal ausgebildeten Aktuators jeweils aktuell darzustellen ist.
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Außerdem ist möglich, dass durch eine bestimmte Kombination und somit Anordnung von Objekten eines Musters mindestens ein Betriebsparameter des Schienenfahrzeugs, bspw. dessen Geschwindigkeit, automatisch an den durch das Muster angekündigten Verlauf des Streckenabschnitts anzupassen und in Ausgestaltung automatisch eine Bremsung auszulösen ist.
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In weiterer Ausgestaltung sind das Verfahren, die Anordnung sowie die Vorrichtung zum Erkennen des Verlaufs von Schienen in Kombination mit einer sensorbasierten Kollisionswarnung für das Schienenfahrzeug einzusetzen. Hierbei sind unterschiedliche Sensoren, bspw. ein Radarsensor, ein Lasersensor oder eine Kamera, zu verwenden, die ohnehin für ein automatisches System zur Kollisionswarnung eingesetzt werden.
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Durch Erkennen des Verlaufs der Schienen im Rahmen des vorgestellten Verfahrens ist es möglich, Sensoren zur Kollisionswarnung in Richtung des Verlaufs eines jeweiligen Streckenabschnitts gezielt zu orientieren, wodurch etwaige Hindernisse entlang des Streckenabschnitts besser zu erkennen sind.
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Der mindestens eine Sensor der Anordnung sowie der Vorrichtung ist bspw. als Radarsensor ausgebildet, mit dem Muster aus Objekten auch bei Dunkelheit und/oder in einem Tunnel gut zu erkennen sind. Die Anordnung, die Vorrichtung und das Verfahren sind weiterhin für ein vollautomatisches Schienenfahrzeug, bspw. eine Untergrundbahn oder eine Straßenbahn, ohne Schienenfahrzeugführer einzusetzen.
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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.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem ersten Beispiel für ein Muster sowie eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel für ein Muster.
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3 zeigt in schematischer Darstellung ein drittes Beispiel für ein Muster.
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4 zeigt ein viertes Beispiel für ein Muster in unterschiedlichen Stellungen.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Gleis, das zwei Schienen 2, 4 umfasst, die zueinander parallel angeordnet sind und von einem hier als Straßenbahn ausgebildeten Schienenfahrzeug 6 befahren werden. Dabei ist hier an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs 6 in dessen Fahrtrichtung mindestens ein Sensor 8 zum Erfassen eines Umfelds der Schienenfahrzeugs 6 angeordnet. Weiterhin umfasst das Schienenfahrzeug 6 ein Kontrollgerät 10, das zum Kontrollieren und somit zum Steuern und/oder zum Regeln einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Außerdem zeigt 1, dass zwischen den beiden Schienen 2, 4 ein erstes Muster 12 aus hier drei Objekten 14 angeordnet ist, wobei diese drei Objekte 14 als identisch ausgebildete dreieckige Spiegel, die als Tripelspiegel bezeichnet werden, ausgebildet sind.
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Der mindestens eine Sensor 8 und das Kontrollgerät 10 als Komponenten des Schienenfahrzeugs 6 sowie das Muster 12 aus den drei Objekten 14 sind als Komponenten der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 16 ausgebildet. 1 zeigt auch Erfassungsbereiche 18 des mindestens einen Sensors 8. Weiterhin sind der mindestens eine Sensor 8 und das Kontrollgerät 10 auch als Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet.
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Bei einer Fahrt des Schienenfahrzeugs 6 werden die vorausliegenden Schienen 2, 4 sowie das Muster 12 aus den Objekten 14 durch den mindestens einen Sensor 8 erfasst. Eine Form des Musters 12, das durch eine Anordnung der Objekte 14 innerhalb des Musters 12 definiert ist, wird durch das Kontrollgerät 10 analysiert sowie identifiziert. Weiterhin wird durch die Form des Musters 12 auch eine Form eines Streckenabschnitts, der in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 6 bspw. unmittelbar nach dem Muster 12 angeordnet ist, beschrieben und/oder definiert. Hierbei ist es möglich, dass für die Form und somit eine Art der Anordnung der Objekte 14 Regeln definiert sind. Sofern das Muster 12 durch den mindestens einen Sensor 8 erfasst und durch das Kontrollgerät 10 ausgewertet und/oder erkannt wird, wird die Art des Verlaufs des dem Muster 12 nachfolgenden Streckenabschnitts unter Berücksichtigung der Regeln von dem Kontrollgerät 10 automatisch abgeleitet. Das erfasste und analysierte Muster 12 kann auch eine Information dazu geben, in welcher Entfernung hinter dem Muster 12 der vorausliegende Streckenabschnitt liegt.
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Alternativ oder ergänzend ist möglich, dass das Kontrollgerät 10 eine Datenbank umfasst, in der unterschiedliche Muster bereits vordefiniert sind. Somit ist ein jeweiliges Muster 12 mit dem Kontrollgerät 10 durch Vergleich mit den Mustern aus der Datenbank zu identifizieren und daraus wiederum der Verlauf des Streckenabschnitts der Schienen 2, 4 abzuleiten.
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2a zeigt einen als Rechtskurve ausgebildeten Streckenabschnitt 22, der aus den zwei Schienen 2, 4 gebildet ist. Dabei ist zu Beginn dieses Streckenabschnitts 22 zwischen den Schienen 2, 4 ein zweites Beispiel eines Musters 20 angeordnet, das in 2b detailliert dargestellt ist. Dieses zweite Muster 20 umfasst hier ebenfalls eine Anordnung aus drei Objekten 21.
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In 3a ist ein weiteres Beispiel für einen Streckenabschnitt 24 aus den zwei Schienen 2, 4 schematisch dargestellt. Zu Beginn dieses Streckenabschnitts 24 ist ein drittes Beispiel eines Musters 26 zwischen den Schienen 2, 4 angeordnet, das in 3b vergrößert dargestellt ist und drei Objekte 27 umfasst.
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Dabei sind in beiden Fällen die Objekte 21, 27 der jeweiligen Muster 20, 26 gemäß einem Verlauf einer Spline-Funktion und somit gemäß einem Verlauf eines Polynoms n-ten Grads angeordnet. Da die Objekte 21, 27 einheitlich geformt sind sowie eine einheitliche, normierte Größe aufweisen, ist durch den mindestens einen Sensor 8 des Schienenfahrzeugs 6 zu erkennen, wie weit ein jeweiliges Muster 20, 26 von einer jeweils aktuellen Position des Schienenfahrzeugs 6 entfernt ist. Außerdem ist weiterhin vorgesehen, dass für jedes Muster 20, 26 ein virtuelles Koordinatensystem vorgesehen ist, auf Grundlage dessen sowie unter Berücksichtigung der einheitlichen Größe der Objekte 21, 27 ein jeweils durch das Muster 20, 26 dargestelltes Polynom n-ten Grads eindeutig identifiziert wird. Somit wird hier eine Regel zur Definition eines jeweiligen Musters 20, 26 durch das Polynom n-ten Grades beschrieben.
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Die voranstehend vorgestellten Muster 12, 20, 26 umfassen jeweils drei Objekte 14, 21, 27, die in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 6 hintereinander und gemäß eines jeweiligen Polynoms n-ten Grads angeordnet sind, wobei die Objekte 14, 21, 27 jeweils entlang einer durch das Polynom definierten mathematischen Kurve angeordnet sind, wobei im Fall eines als Kurve ausgebildeten Streckenabschnitts 22, 24 der Verlauf der mathematischen Kurve, die durch das Polynom beschrieben wird, dem Verlauf des Streckenabschnitts 22, 24, der auf das jeweilige Muster 12, 20, 26 folgt, zumindest abschnittsweise entsprechen kann.
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Das vierte Beispiel des Musters 28 ist sowohl in 4a als auch in 4b schematisch dargestellt. Dieses Muster 30 ist hier an einer Weiche 32 als Aktuator für zu befahrende Schienen 36, 38 bzw. 40, 42 angeordnet. Durch eine jeweils aktuelle Stellung der Weiche 32 wird für das darauf zufahrende Schienenfahrzeug ein erster, hier als Rechtskurve ausgebildeter Streckenabschnitt 48 oder ein zweiter als Linkskurve ausgebildeter Streckenabschnitt 50 definiert. Dabei erstreckt sich der erste Streckenabschnitt 48 entlang der Schienen 36, 38 und der zweite Streckenabschnitt 50 entlang der Schienen 40, 42.
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Das an der Weiche 32 angeordnete Muster 30 umfasst hier ein erstes zwischen den Schienen 36, 38 bzw. 40, 42 ortsfest angeordnetes, als Tripelspiegel ausgebildetes Objekt 44. Ein zweites, ebenfalls als Tripelspiegel ausgebildetes Objekt 46 des Musters 30 ist hier, wie durch einen Doppelpfeil 52 in 4a angedeutet, mit einer Weichenzunge der Weiche 32 bewegbar verbunden.
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Dabei wird in 4a durch die aktuelle Stellung der Weiche 32 für das Schienenfahrzeug 6 eine Fahrt entlang des ersten als Rechtskurve ausgebildeten Streckenabschnitt 48 vorgegeben, was hier durch einen Pfeil 54 angedeutet ist. Dieser erste Streckenabschnitt 48 wird durch die aktuelle Stellung der beiden Objekte 44, 46 des Musters 32 relativ zueinander bestimmt, wobei hier vorgesehen ist, dass das zweite Objekt 46 das in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 6 hinter dem ersten Objekt 44 angeordnet ist, zudem auch rechts von dem ersten Objekt 44 angeordnet ist.
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Bei einer zweiten Stellung der Weiche 32, wie anhand von 4b schematisch dargestellt, ist das zweite Objekt 46 nach Umstellen der Weiche 32 in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 6 links neben dem ersten Objekt 44 angeordnet. Somit wird aufgrund der aktuellen Stellung der Weiche 32 für die weitere Fahrt des Schienenfahrzeugs 6 der zweite als Linkskurve ausgebildete Streckenabschnitt 50 vorgegeben, was in 4b durch einen Pfeil 56 angedeutet ist.
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Die hier dreieckigen Objekte 14, 21, 27, 44, 46 sind als Tripelspiegel ausgebildet und üblicherweise für mindestens einen als Radarsensor ausgebildeten Sensor 8 gut zu erkennen. Falls der mindestens eine Sensor 8 des Schienenfahrzeugs 6 als Lasersensor ausgebildet ist, sind hierfür gut erkennbare Objekte 14, 21, 27, 44, 46 einzusetzen, die zur Darstellung eines jeweiligen Musters 12, 20, 26, 30 eventuell eine andere Form und/oder unterschiedliche Farben aufweisen.
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Somit werden für unterschiedliche Streckenabschnitte 22, 24, 48, 50 unterschiedliche Arten des Verlaufs vorgesehen, wobei vor dem zu erkennenden Streckenabschnitt 22, 24, 48, 50 neben mindestens einer der zueinander parallelen Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42 eines Gleises Objekte 14, 21, 27, 44, 46 nach einem von dem jeweilige Verlauf des Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 abhängigen oder definierten Muster 12, 20, 26, 30 angeordnet sind. Ein jeweiliges Muster 12, 20, 26, 30 wird durch den mindestens einen an dem Schienenfahrzeug 6 angeordneten Sensor 8 erfasst und der Verlauf des vorausliegenden Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 automatisch erkannt. Eine jeweilige Anordnung der Objekte 14, 21, 27, 44, 46 ist von dem nachfolgenden Streckenabschnitt 22, 24, 48, 50 abhängig. Üblicherweise ist mindestens ein Objekt 14, 21, 27, 44, 46 eines Musters 12, 20, 26, 30 links der beiden Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42, zwischen den beiden Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42 oder rechts beider Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42 angeordnet. In den anhand der vorgestellten 1, 2, 3, 4 vorgestellten Ausführungsformen sind sämtliche Objekte 14, 21, 27, 44, 46 eines Musters 12, 20, 26, 30 zwischen den beiden Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42.
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Zur Beschreibung eines Verlaufs des jeweils zu befahrenden Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 wird für ein jeweils vor dem Streckenabschnitt 22, 24, 48, 50 neben mindestens einer der beiden Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42 angeordnetes Muster 12, 20, 26, 30 eine Regel für die Anordnung der Objekte 14, 21, 27, 44, 46 berücksichtigt. Für unterschiedliche Verläufe von Streckenabschnitten 22, 24, 48, 50 sind unterschiedliche Regeln zu berücksichtigen. Ein jeweiliger Verlauf des Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 ist u. a. durch eine Anzahl der Objekte 14, 21, 27, 44, 46, eine Form des Musters 12, 20, 26, 30, die bspw. einem Polynom n-ten Grads entspricht, und ggf. einem relativen Abstand der Objekte 14, 21, 27, 44, 46 innerhalb des Musters 12, 20, 26, 30 zueinander dargestellt und/oder beschrieben.
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Eine Größe der Objekte 14, 21, 27, 44, 46 ist in der Regel normiert, wobei unter Berücksichtigung einer normierten Größe der Objekte 14, 21, 27, 44, 46 eines jeweiligen Musters 12, 20, 26, 30 Positionen, die die Objekte 14, 21, 27, 44, 46 innerhalb des jeweiligen Musters 12, 20, 26, 30 relativ zueinander aufweisen, erkannt werden und das jeweilige Muster 12, 20, 26, 30 identifiziert wird.
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In Ausgestaltung wird durch das jeweilige Muster 12, 20, 26, 30 eine Kurve und somit deren Richtung und Radius, eine Steigung oder ein Gefälle mit einer prozentualen Ausgabe der Steigerung oder des Gefälles als Parameter des vorausliegenden Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 angekündigt.
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Informationen zu einer Anordnung oder Abfolge der Muster 12, 20, 26, 30 entlang mindestens eines Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 von zu befahrenden Schienen 2, 4, 36, 38, 40, 42 sind bekannt und in einer Datenbank gespeichert. Eine aktuelle Position des Schienenfahrzeugs 6 wird anhand der während einer Fahrt bislang erfassten Muster 12, 20, 26, 30 durch Vergleich mit Informationen über Muster 12, 20, 26, 30 aus der Datenbank ermittelt wird.
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Mindestens ein Betriebsparameter des Schienenfahrzeugs 6, bspw. dessen Geschwindigkeit, wird nach einem aufgrund eines Musters 12, 20, 26, 30 erkannten Verlaufs des vorausliegenden Streckenabschnitts 22, 24, 48, 50 an diesen angepasst.
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Der mindestens eine Sensor 8 des Schienenfahrzeugs 6 ist dazu ausgebildet, die Objekte 14, 21, 27, 44, 46 durch eventuelles Aussenden, jedoch zumindest durch Empfangen von Signalen aus elektromagnetischen Wellen, die von den Objekte 14, 21, 27, 44, 46 ausgestrahlt bspw. reflektiert werden, zu erfassen, wobei ein Erfassungsbereich 18 des mindestens einen Sensors 8 in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 6 orientiert ist. Dieser mindestens eine Sensor 8 ist als Radarsensor, Lasersensor (Lidar) und/oder Kamera ausgebildet.
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In Ausgestaltung ist mindestens ein Objekt 14, 21, 27, 44, 46 eines Musters 30 zwischen den Schienen 36, 38, 40, 42 ortsfest angeordnet und/oder mit einem Aktuator, bspw. einer Weiche oder einem Eisenbahnsignal für die Schienen 36, 38, 40, 42 beweglich verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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