DE102016223435A1

DE102016223435A1 - Distance and speed measurement with the help of image recordings

Info

Publication number: DE102016223435A1
Application number: DE102016223435.8A
Authority: DE
Inventors: Gisbert Berger; Jürgen Reisig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-30
Also published as: WO2018095939A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke (R) eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, beschrieben. Es werden mehrere Bilder (B(t), B(t)) von der streckenseitigen Umgebung (11) des Fahrzeugs (10) in bekanntem Abstand (d) zwischen Fahrzeug (10) und Umgebung (11) zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (t, t) fahrzeugseitig erfasst. Weiterhin werden in mehreren der erfassten Bilder B(t), B(t) gemeinsam auftretende Objekte (M) identifiziert. Anschließend werden die Positionen (x(t), x(t)) der identifizierten Objekte (M) in den jeweiligen Bildern (B(t), B(t)) ermittelt. Auf Basis der ermittelten Positionen (x(t), x(t)) der Objekte (M) wird ein Verschiebungsweg (W) der Objekte (M) ermittelt. Schließlich wird ein zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten (t, t) zurückgelegter Weg (R) auf Basis des Verschiebungswegs (W) und des bekannten Abstands (d) zwischen Fahrzeug (10) und Umgebung (11) ermittelt. Es wird auch eine Einrichtung (60) zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke (R) eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, ermittelt. Zudem wird ein Fahrzeug (10) beschrieben.A method for determining a traveled distance (R) of a vehicle (10), in particular a track-bound vehicle, is described. Several images (B (t), B (t)) from the trackside environment (11) of the vehicle (10) at a known distance (d) between the vehicle (10) and the environment (11) at predetermined, successive times (t , t) recorded on the vehicle side. Furthermore, common objects (M) are identified in several of the captured images B (t), B (t). Subsequently, the positions (x (t), x (t)) of the identified objects (M) in the respective images (B (t), B (t)) are determined. On the basis of the determined positions (x (t), x (t)) of the objects (M), a displacement path (W) of the objects (M) is determined. Finally, a distance (R) traveled between the predetermined times (t, t) is determined on the basis of the displacement path (W) and the known distance (d) between the vehicle (10) and the surroundings (11). A device (60) for determining a distance covered (R) of a vehicle (10), in particular a track-bound vehicle, is also determined. In addition, a vehicle (10) will be described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs. Überdies betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.The invention relates to a method for determining a distance traveled by a vehicle. In addition, the invention relates to a device for determining a distance traveled by a vehicle. Moreover, the invention relates to a vehicle.

Bei dem Einsatz von Fahrzeugen ist es notwendig, deren Geschwindigkeit zu kennen. Weiterhin ist es wünschenswert, auch deren exakte Position zu kennen. Eine Methode zur Ermittlung dieser Daten ist die Odometrie. Die Odometrie weist grundsätzlich einen anderen Charakter als Messmethoden zur direkten Positionsbestimmung, wie zum Beispiel die Triangulation zu Landmarken und Vermessungspunkten, einen Kartenangleich oder eine Navigation anhand von Satellitensignalen, wie zum Beispiel GPS, auf. Die Odometrie verwendet für die Positions- und Geschwindigkeitsermittlung Daten des Vortriebssystems. Um odometrische Verfahren für eine Geschwindigkeits- oder Ortsermittlung nutzen zu können, müssen hohe Anforderungen an die Genauigkeit erfüllt werden, da sich insbesondere für die Ortsermittlung auch kleine Abweichungen über die Zeit oder die Wegstrecke zu großen Fehlern akkumulieren können.When using vehicles, it is necessary to know their speed. Furthermore, it is desirable to know their exact position. One method of determining this data is odometry. In principle, odometry has a different character than measuring methods for direct position determination, such as the triangulation of landmarks and survey points, a map matching or navigation based on satellite signals, such as GPS. Odometry uses data from the propulsion system for position and velocity determination. In order to be able to use odometric methods for determining speed or location, high demands on accuracy must be met, since small deviations over time or the path to large errors can accumulate, in particular for locating purposes.

Ein Beispiel für eine odometrische Ermittlung von Wegstrecken und Geschwindigkeitswerten ist die Zählung von Umdrehungen eines Rades von bekanntem Umfang. Allerdings ist diese Vorgehensweise für viele Anwendungen zu ungenau, da sich die Fehler durch den Schlupf des Rades, dessen Umdrehungen gezählt werden, akkumulieren. Außerdem ändert sich der Radumfang allmählich aufgrund von Abnutzung. Daher muss der Radumfang von Zeit zu Zeit neu bestimmt werden, damit der Messfehler nicht zu groß wird.An example of odometrical determination of distances and speeds is the counting of revolutions of a wheel of known magnitude. However, this approach is too inaccurate for many applications because the errors accumulate due to the slip of the wheel whose revolutions are being counted. In addition, the wheel circumference gradually changes due to wear. Therefore, the wheel circumference must be re-determined from time to time so that the measurement error is not too large.

Zur Verbesserung der Messgenauigkeit kann die Umdrehungszahl gleichzeitig von einem treibenden und einem getriebenen Rad, idealerweise mit gleichen Reibungskoeffizienten, erfasst werden. Da der Schlupf bei dem treibenden Rad positive Abweichungen bewirkt, bei dem getriebenen Rad dagegen negative Abweichungen bewirkt, kompensieren sich die schlupfbedingten Fehler zumindest teilweise. Allerdings können die schlupfbedingten Fehler für treibende und getriebene Räder zum Teil stark unterschiedlich sein und auch von ganz anderen Faktoren abhängig sein. Beispielsweise hängt der Schlupf des treibenden Rads nicht nur von der Achslast, sondern mehr noch von der gesamten Trägheit des Fahrzeugs bzw. des Gespanns des Zuges ab, während die Größe für den Schlupf des getriebenen Rades keine Rolle spielt. Mithin ist die Berücksichtigung der genannten Abweichungen kompliziert und erfordert zusätzliche Informationen, wie zum Beispiel die Masse des Fahrzeugs und der anhängenden Waggons. Hierfür können zum Beispiel zusätzliche Sensoren, beispielsweise Kraftsensoren, für die Ermittlung der tatsächlichen Anhängelasten verwendet werden, die nicht nur durch die Massen der angehängten Fahrzeuge beeinflusst werden, sondern auch zum Beispiel von den durch unterschiedliche Neigungen des Fahrweges unter dem Gespann oder Zug verursachten Schwerkraftbeiträgen abhängen. Bei Lastwechseln oder Geschwindigkeitswechseln sind wegen der Beiträge durch Beschleunigungskräfte weitere Korrekturen für das treibende Rad erforderlich. Ferner kommen durch unterschiedliche Reibungskoeffizienten, zum Beispiel durch unterschiedlichen Untergrundbeschaffenheiten, für die jeweiligen Räder des Gespanns oder Zuges weitere Beiträge hinzu, welche wieder unterschiedlich auf getriebene und treibende Räder wirken. Mithin verbleibt als Hauptursache der Ungenauigkeiten die indirekte und dadurch fehlerbehaftete Messung über das Rad, welche nur schwer und ungenau mittels Korrekturen verbessert werden kann.To improve the accuracy of measurement, the number of revolutions can be simultaneously detected by one driven and one driven wheel, ideally with the same coefficient of friction. Since the slip causes positive deviations in the driving wheel, but causes negative deviations in the driven wheel, the slip-related errors at least partially compensate each other. However, the slip-related errors for driving and driven wheels can sometimes be very different and also be dependent on very different factors. For example, the slip of the driving wheel depends not only on the axle load, but more of the total inertia of the vehicle or the combination of the train, while the size of the slip of the driven wheel is irrelevant. Thus, the consideration of the mentioned deviations is complicated and requires additional information, such as the mass of the vehicle and the attached wagons. For this purpose, for example, additional sensors, for example force sensors, can be used for determining the actual trailer loads, which are not only influenced by the masses of the attached vehicles, but also depend, for example, on the gravity contributions caused by different inclinations of the route under the trailer or train , During load changes or speed changes, additional corrections to the driving wheel are required due to contributions from acceleration forces. Furthermore, by different coefficients of friction, for example, by different background textures, for the respective wheels of the car or train further contributions are added, which again act differently on driven and driving wheels. Consequently, the main cause of the inaccuracies remains the indirect and thus faulty measurement via the wheel, which can only be improved with difficulty and inaccurately by means of corrections.

Ein anderes Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung ist in DE 10 2010 022 592 A1 beschrieben. Hierbei kommt eine sogenannte Rolling-Shutter-Kamera zum Einsatz, bei der ein Bild zeilenweise sequenziell aufgenommen wird. Werden damit streckenseitige Objekte aufgenommen, so kommt es aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs und damit auch der Kamera zu Bildverzerrungen, deren Ausmaß zur Ermittlung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs genutzt werden kann. Dabei ergeben sich jedoch Unsicherheiten bezüglich der Entfernung zwischen der Kamera und den von den Bildverzerrungen betroffenen Objekten, welche direkte Auswirkungen auf den Grad der Verzerrung und damit auf das Messergebnis bzw. dessen Genauigkeit haben. Ferner können auf manchen Strecken auch geeignete Objekte für eine Messung fehlen oder zu selten auftreten.Another method of speed measurement is in DE 10 2010 022 592 A1 described. Here, a so-called rolling shutter camera is used, in which an image is recorded sequentially line by line. If track-side objects are thus picked up, the motion of the vehicle and thus also of the camera cause image distortions whose extent can be used to determine a speed of the vehicle. However, uncertainties arise with regard to the distance between the camera and the objects affected by the image distortions, which have direct effects on the degree of distortion and thus on the measurement result or its accuracy. Furthermore, suitable objects for a measurement may also be missing or occur infrequently on some routes.

Eine direkte Positionsbestimmung, zum Beispiel durch Triangulation, ist zu aufwändig und oft auch, wie zum Beispiel bei der Satellitennavigation, nicht flächendeckend durchführbar.A direct determination of the position, for example by triangulation, is too time-consuming and often can not be performed comprehensively, as for example in satellite navigation.

Es besteht also ein Problem, ein ausreichend genaues, möglichst flächendeckend verfügbares und gleichzeitig möglichst einfach durchzuführendes Verfahren zur Wegmessung und Geschwindigkeitsmessung anzugeben.Thus, there is a problem to provide a sufficiently accurate, as comprehensive as possible available and at the same time as simple as possible to be performed method for distance measurement and speed measurement.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1, eine Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 10 und ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 11 gelöst. This object is achieved by a method for determining a traveled distance of a vehicle according to claim 1, a device for determining a distance traveled by a vehicle according to claim 10 and a vehicle according to claim 11.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, werden fahrzeugseitig mehrere Bilder von der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs in bekanntem Abstand zur Umgebung zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst. Vorzugsweise ist der Abstand zur Umgebung konstant. Als Abstand zur Umgebung soll insbesondere ein Abstand zwischen einer Sensoreinheit oder Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs, welche zum Erfassen der Bilder von der Umgebung des Fahrzeugs und bzw. von einem Objekt oder einer Struktur der Umgebung eingerichtet ist, verstanden werden. Um einen festen Abstand zwischen der Sensoreinheit oder Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs und einem Objekt oder einer Struktur der Umgebung zu erreichen, kann zum Beispiel die Sensoreinheit oder Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs an einem ungefederten Element des Fahrzeugs montiert sein. Ein solches ungefedertes Element kann zum Beispiel im Fall eines Schienenfahrzeugs ein Drehgestell sein, welches einen definierten Abstand zu den befahrenen Gleisen aufweist. Teile der Gleise, wie zum Beispiel die Lauffläche der Schienen oder die Schwellen der Gleise, können dann als zu erfassende Objekte bzw. Strukturen für die Wegstreckenmessung genutzt werden.In the method according to the invention for determining a distance traveled by a vehicle, in particular a track-bound vehicle, a plurality of images of the track-side surroundings of the vehicle are detected on the vehicle side at a known distance from the surroundings at predetermined, successive points in time. Preferably, the distance to the environment is constant. In particular, a distance between the surroundings and a sensor unit or image acquisition unit of the vehicle, which is set up to capture the images of the surroundings of the vehicle and / or of an object or a structure of the environment, should be understood as the distance to the surroundings. For example, to achieve a fixed distance between the sensor unit or imaging unit of the vehicle and an object or structure of the environment, the sensor unit or imaging unit of the vehicle may be mounted on an unsprung member of the vehicle. Such an unsprung element may, for example in the case of a rail vehicle, be a bogie which has a defined distance from the tracks being traveled. Parts of the tracks, such as the running surface of the rails or the thresholds of the tracks, can then be used as objects to be detected or structures for the distance measurement.

Besonders geeignet sind hierbei die Laufflächen der Schienen, da sie, insbesondere nach dem Überfahren durch mindestens ein Rad eine weitestgehend gleichartige, in der Regel störungsfreie und von Verunreinigungen oder Fremdkörpern befreite Oberfläche aufweisen, so dass die Funktion der Sensoreinheit vorteilhaft auf diese Oberflächenbeschaffenheit im Hinblick auf eine hohe Messgenauigkeit optimiert werden kann. Um den Zustand des vorherigen Überfahrens auch im Zweirichtungsbetrieb zu gewährleisten, ist die Anbringung der Sensoren zwischen zwei Rädern, beispielsweise den beiden Rädern eines Drehgestells, besonders vorteilhaft. Auch ergibt sich hierbei ein gewisser Schutz vor aufgewirbelten Objekten oder Schmutzpartikeln von denen das Gehäuse der Sensoreinheit andernfalls getroffen werden kann.Particularly suitable in this case are the running surfaces of the rails, since, in particular after passing through at least one wheel, they have a largely similar, generally interference-free, freed surface from impurities or foreign bodies, so that the function of the sensor unit is advantageous for this surface finish a high measuring accuracy can be optimized. In order to ensure the state of the previous pass also in bidirectional operation, the attachment of the sensors between two wheels, for example, the two wheels of a bogie, particularly advantageous. Also, this results in a certain protection against whirled objects or dirt particles from which the housing of the sensor unit can otherwise be hit.

Als „Bilder“ sollen in diesem Zusammenhang jede Art von mit Sensoren mit mehreren Sensorpixeln oder mehreren Sensorelementen erfassten, einer Projektion entsprechenden, ortsaufgelösten Sensormesswerten verstanden werden. Beispielsweise kann ein solches „Bild“ auch nur zwei Bildpunkte umfassen. Bevorzugt jedoch umfasst ein solches „Bild“ eine größere Anzahl von Bildpunkten, wodurch Positionen von Objekten und Mustern auf den Objekten leichter zu ermitteln sind. Der Begriff „Bild“ soll in diesem Zusammenhang optische Aufnahmen umfassen, soll aber nicht auf eine optische Sensoraufnahme im sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt sein, sondern auch andere ortsauflösende, auf Projektionen basierende sensorielle Verfahren sollen davon ebenfalls umfasst sein.In this context, "images" are to be understood as meaning any type of spatially resolved sensor measured values corresponding to a projection with sensors having a plurality of sensor pixels or a plurality of sensor elements. For example, such an "image" may include only two pixels. Preferably, however, such an "image" comprises a larger number of pixels, whereby positions of objects and patterns on the objects are easier to determine. The term "image" is intended in this context to include optical images, but should not be limited to an optical sensor recording in the visible wavelength range, but also other spatially resolving, based on projections sensor processes should also be included.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dann in mehreren der erfassten Bilder gemeinsam auftretende Objekte oder Strukturen, beispielsweise bestimmte Muster auf den genannten Laufflächen der Schienen, identifiziert. Die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder umfassen also ein- und dieselben Muster, welche in den Bildern um einen Verschiebungsweg versetzt auftreten. Weiterhin werden die Positionen der identifizierten Objekte oder Strukturen in den jeweiligen Bildern ermittelt. Auf Basis der ermittelten Positionen der Objekte oder Strukturen wird ein Verschiebungsweg der Objekte oder Strukturen ermittelt. Schließlich wird ein zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten zurückgelegter Weg auf Basis des Verschiebungswegs und des bekannten Abstands zwischen Fahrzeug und Umgebung ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft unabhängig von radspezifischen Größen, wie zum Beispiel dem Radumfang oder der Reibung der Räder. Mithin müssen Änderungen dieser Größen bei der Wegstreckenmessung auch nicht berücksichtigt werden, was das Messverfahren vereinfacht und trotzdem eine hohe Exaktheit bei der Messung erlaubt. Da im Rahmen des Verfahrens die zurückgelegte Wegstrecke direkt gemessen wird, können Störeffekte und Ungenauigkeiten, wie sie bei indirekten Messverfahren auftreten, vermieden werden. Aufgrund der sensoriellen projektiven Messung wird ein Verschleiß von mechanischen Komponenten vermieden. Wird bei dem Verfahren eine kleine Gegenstandsweite für die Aufnahme der Bilder gewählt, so können Umwelteinflüsse und damit verbundene Störungen der Wegstreckenmessung minimiert werden. Aufgrund des geringen Abstands zwischen Sensoren und abzubildenden Objekten können die Abmessungen der Sensoren klein gewählt werden. Mithin lassen sich diese leichter vor Umwelteinflüssen schützen. Beispielsweise lassen sich die Sensoren durch eine klein dimensionierte Heizung vor Frostschäden oder Vereisung schützen. Weiterhin lassen sich die Sensoren auch leichter warten. Beispielsweise können die Sensoren mit Hilfe einer Luftspülung, vorteilhaft durch Luft des Fahrtwindes, reinigen, so dass zusätzliche Wartungseinrichtungen oder entsprechende Maßnahmen zur Reinigung der Sensoren entfallen können.Within the scope of the method according to the invention, objects or structures which occur together in several of the captured images are then identified, for example specific patterns on said running surfaces of the rails. The images recorded at different times thus comprise one and the same pattern, which occur offset in the images by a displacement path. Furthermore, the positions of the identified objects or structures in the respective images are determined. On the basis of the determined positions of the objects or structures, a displacement path of the objects or structures is determined. Finally, a distance traveled between the predetermined times is determined on the basis of the displacement path and the known distance between the vehicle and the surroundings. The method according to the invention is advantageously independent of wheel-specific variables, such as the wheel circumference or the friction of the wheels. Consequently, changes in these quantities must not be taken into account in the distance measurement, which simplifies the measurement process and still allows a high degree of accuracy in the measurement. Since the distance traveled is measured directly in the process, it is possible to avoid interference effects and inaccuracies that occur in indirect measurement methods. Due to the sensorial projective measurement, wear of mechanical components is avoided. If the method selects a small object width for taking the images, then environmental influences and associated disturbances of the distance measurement can be minimized. Due to the small distance between sensors and objects to be imaged, the dimensions of the sensors can be selected small. As a result, they are easier to protect against environmental influences. For example, the sensors can be protected from frost damage or icing by a small-sized heater. Furthermore, the sensors are also easier to maintain. For example, the sensors can be cleaned by means of an air purge, advantageously by air of the airstream, so that additional maintenance facilities or corresponding measures for cleaning the sensors can be dispensed with.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, weist eine fahrzeugseitige Sensoreinheit zum Erfassen von mehreren Bildern von der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs in bekanntem Abstand zwischen Fahrzeug und Umgebung zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auf. Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist außerdem eine Musteridentifizierungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, in mehreren der erfassten Bilder gemeinsam auftretende Objekte oder Strukturen zu identifizieren. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst auch eine Positionsermittlungseinheit zum Ermitteln der Positionen der identifizierten Objekte oder Strukturen in den jeweiligen Bildern. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist zudem eine Verschiebungsermittlungseinheit zum Ermitteln eines Verschiebungswegs der Objekte oder Strukturen auf Basis der ermittelten Positionen der Objekte oder Strukturen und eine Weg-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten durch das Fahrzeug zurückgelegten Wegs auf Basis des Verschiebungswegs und des bekannten Abstands zwischen Fahrzeug und Umgebung auf. Auf Grund des bekannten Zeitabstandes zwischen zwei Messungen und des ermittelten Weges kann auch eine Durchschnittsgeschwindigkeit für den ermittelten Wegabschnitt bestimmt werden und, bei kleinen Messabständen, als hinreichend genaue Näherung für die Momentangeschwindigkeit angegeben werden. The inventive device for determining a distance traveled by a vehicle, in particular a track-bound vehicle, has a vehicle-side sensor unit for detecting a plurality of images of the track-side environment of the vehicle at a known distance between the vehicle and the environment at predetermined, successive points in time. Part of the device according to the invention is also a pattern identification unit, which is set up to identify objects or structures that appear together in a plurality of the captured images. The device according to the invention also comprises a position determination unit for determining the positions of the identified objects or structures in the respective images. The device according to the invention also has a displacement determination unit for determining a displacement path of the objects or structures on the basis of the determined positions of the objects or structures, and a route determination unit for determining a distance covered by the vehicle between the predetermined points in time on the basis of the displacement path and the known distance between Vehicle and environment on. Due to the known time interval between two measurements and the determined path, it is also possible to determine an average speed for the determined path section and, for small measuring distances, to be given a sufficiently accurate approximation for the instantaneous speed.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere ein spurgebundenes Fahrzeug weist zumindest eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, auf. The vehicle according to the invention, in particular a track-bound vehicle, has at least one device according to the invention for determining a distance traveled by a vehicle, in particular a track-bound vehicle.

Einige wesentliche Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Musteridentifizierungseinheit, die Positionsermittlungseinheit, die Verschiebungsermittlungseinheit und die Weg-Ermittlungseinheit.Some essential components of the device according to the invention for determining a traveled distance of a vehicle, in particular a track-bound vehicle, may be in the form of software components. This particularly relates to the pattern identifying unit, the position detecting unit, the displacement detecting unit and the path detecting unit.

Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein.In principle, however, these components can also be partly realized, in particular in the case of particularly fast calculations, in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like.

Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuerungssysteme nach einer entsprechenden Ausrüstung mit einer geeigneten Sensoreinheit auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher eines Steuerungssystems eines Fahrzeugs ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Steuerungssystem ausgeführt wird.A largely software-based implementation has the advantage that even previously used control systems can be retrofitted after a suitable equipment with a suitable sensor unit in a simple way by a software update to work in the inventive way. In this respect, the object is also achieved by a computer program product, which is directly loadable into a memory of a control system of a vehicle, with program code sections to perform all the steps of the inventive method when the program is executed in the control system.

Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.Such a computer program product may contain, in addition to the computer program, additional components such as e.g. a documentation and / or additional components, also hardware components, such as e.g. Hardware keys (dongles, etc.) for using the software include.

Zum Transport zu dem Steuerungssystem und/oder zur Speicherung an oder in dem Steuerungssystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.For transport to the control system and / or for storage on or in the control system, a computer-readable medium, for example a memory stick, a hard disk or another portable or permanently installed data carrier can be used, on which the computer program can be read and executed by a computer unit , The computer unit may e.g. for this purpose have one or more cooperating microprocessors or the like.

Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.The dependent claims and the following description each contain particularly advantageous embodiments and further developments of the invention. In this case, in particular the claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category. In addition, in the context of the invention, the various features of different embodiments and claims can also be combined to form new embodiments.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der als Fahrzeug ein fahrspurgebundenes Fahrzeug verwendet wird, wird als Umgebung eine Oberfläche des Fahrwegs bildlich erfasst. Vorteilhaft befindet sich der Fahrweg stets in etwa dem gleichen Abstand zu dem Fahrzeug. Besonders bevorzugt wird die Sensoreinheit, beispielsweise eine Bildaufnahmeeinheit, im Bereich der ungefederten Massen, d.h. an ungefederten Elementen, wie zum Beispiel den Achsen oder der Achsaufhängung des Fahrzeugs positioniert, um Abstandsänderungen zwischen der Sensoreinheit und der Fahrbahn zu minimieren. Treten trotzdem leichte Abstandsschwankungen zwischen dem Untergrund bzw. der Oberfläche des Fahrwegs und einer an dem Fahrzeug montierten Sensoreinheit auf, so kann zusätzlich eine Abstandsmesseinrichtung an dem Fahrzeug angeordnet sein, mit der ein Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Oberfläche des Fahrwegs gemessen wird. Die gemessene Abstandsänderung wird dann bei der Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke mit berücksichtigt.In a preferred variant of the method according to the invention, in which a lane-bound vehicle is used as the vehicle, a surface of the travel path is pictorially detected as environment. Advantageously, the track is always approximately the same distance to the vehicle. Particularly preferably, the sensor unit, for example an image recording unit, is positioned in the region of the unsprung masses, ie on unsprung elements, such as the axles or the axle suspension of the vehicle, in order to minimize changes in distance between the sensor unit and the roadway. Nevertheless, slight differences in the distance between the ground or the surface of the track and a sensor unit mounted on the vehicle, so a distance measuring device may be additionally arranged on the vehicle, with which a distance between the sensor unit and the surface of the travel path is measured. The measured change in distance is then taken into account in the determination of the distance covered.

Kommt es insbesondere bei Zweiradfahrzeugen aufgrund von Lenkbewegungen zu einem Pendeln des Fahrzeugs um eine zu vermessende Trajektorie herum, werden für die zurückgelegte Wegstrecke zu große Werte ermittelt. Zur Korrektur dieser Abweichungen können die Lenkbewegungen mittels geeigneter Sensoren gemessen und durch entsprechende Korrekturwerte berücksichtigt werden.If, in particular in the case of two-wheeled vehicles, the vehicle oscillates about a trajectory to be measured due to steering movements, too large values are determined for the distance traveled. To correct these deviations, the steering movements can be measured by means of suitable sensors and taken into account by means of corresponding correction values.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der bekannte Abstand zur Umgebung die Gegenstandsweite der erfassten Bilder. Anders ausgedrückt, umfasst der bekannte Abstand den Abstand zwischen einem auf den Bildern erfassten Gegenstand und einer Sensoreinheit bzw. in diesem Fall einer zur Bildaufnahme verwendeten Bildaufnahmeeinheit. Besonders bevorzugt weist die Gegenstandsweite in den unterschiedlichen Bildern den gleichen Wert auf. D.h., die zur Wegstreckenmessung auf den Bildern aufgenommenen Objekte befinden sich stets in einem konstanten Abstand zur Bildaufnahmeeinheit. Vorteilhaft muss bei dieser Variante der Abstand zwischen der Umgebung und der Bildaufnahmeeinheit nicht ständig gemessen werden, da er während der Fahrt konstant bleibt.In one embodiment of the method according to the invention, the known distance to the environment comprises the object width of the captured images. In other words, the known distance comprises the distance between an object detected on the images and a sensor unit or, in this case, an image acquisition unit used for image recording. Particularly preferably, the object width has the same value in the different images. In other words, the objects recorded for the distance measurement on the images are always at a constant distance from the image recording unit. Advantageously, in this variant, the distance between the environment and the image acquisition unit does not have to be constantly measured, since it remains constant while driving.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Bildern von der streckenseitigen Umgebung mindestens eines der folgenden Objekte erfasst:

- Schienen,
- Schwellen,
- seitlich angebrachte Stromschienen,
- Oberleitungen,
- Oberleitungsmasten.

In a preferred variant of the method according to the invention, at least one of the following objects is detected in the images of the trackside environment:

- rails,
- Swell,
- side-mounted busbars,
- overhead lines,
- Catenary masts.

Diese bevorzugte Variante lässt sich vor allem bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Schienenfahrzeuge einsetzen. Schienengebundene Fahrzeuge haben den Vorteil, dass diese eine besonders ausgeprägte Fixierung zwischen Fahrzeug und Fahrweg aufweisen. Damit fallen die bei anderen Fahrzeugarten auftretenden Lenkbewegungen weg bzw. sind stark reduziert. Eventuell auftretende Pendelbewegungen können bei schienengebundenen Fahrzeugen geschwindigkeitsabhängig pauschal berücksichtigt werden. Mithin ist der Aufwand für Korrekturen bei dieser Art von Fahrzeugen deutlich geringer als bei Straßenfahrzeugen. Außerdem ergeben sich für Schienenfahrzeuge konstruktionsbedingt mehr Möglichkeiten zur Abtastung von Objekten in definierten Entfernungen, wie sie vorstehend genannt wurden.This preferred variant can be used especially on the application of the method according to the invention on rail vehicles. Rail-bound vehicles have the advantage that they have a particularly pronounced fixation between the vehicle and the track. This eliminates the steering movements occurring in other types of vehicles or are greatly reduced. Any pendulum movements that may occur can be taken into account as a whole depending on the speed of the rail vehicles. Thus, the cost of corrections for this type of vehicle is much lower than for road vehicles. In addition, for rail vehicles design reasons more opportunities for scanning objects in defined distances, as mentioned above.

Vorzugsweise wird auf Basis des zurückgelegten Wegs und der vorbestimmten Zeitpunkte die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt. Als Geschwindigkeit soll in diesem Zusammenhang die Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten verstanden werden. Mit Hilfe der Geschwindigkeitsdaten kann das dynamische Verhalten des Fahrzeugs an einen Fahrplan oder an eine individuelle Verkehrssituation angepasst werden.Preferably, the speed of the vehicle is determined based on the distance traveled and the predetermined times. Speed should be understood in this context as the average speed between the predetermined times. With the help of the speed data, the dynamic behavior of the vehicle can be adapted to a timetable or to an individual traffic situation.

Besonders bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eine Ermittlung einer absoluten Position des Fahrzeugs anhand von streckenseitigen Markierungen vorgenommen und es wird die absolute Position des Fahrzeugs zu anderen Zeitpunkten auf Basis der zu dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelten absoluten Position und des seit dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelten zurückgelegten Wegs des Fahrzeugs ermittelt. Vorteilhaft werden zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs Ankerpunkte in der Umgebung des Fahrzeugs genutzt, welche mit entsprechenden Markierungen versehen sind. Mithin können Abweichungen bei der Ermittlung des zurückgelegten Fahrwegs mit Hilfe der aufgenommenen Bilder korrigiert werden bzw. es können diese Abweichungen auf ein vorbestimmtes Ausmaß beschränkt werden.In the context of the inventive method, in addition to a predetermined point in time, a determination of an absolute position of the vehicle is made on the basis of track-side markings and the absolute position of the vehicle at other times is determined on the basis of the absolute position determined at the predetermined time and since then determined predetermined time determined distance traveled by the vehicle. Advantageously, anchor points in the vicinity of the vehicle are used for determining the position of the vehicle, which are provided with corresponding markings. Thus, deviations in the determination of the traveled travel path can be corrected with the aid of the recorded images or these deviations can be limited to a predetermined extent.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die streckenseitigen Markierungen eines der folgenden Objekte oder sind an einem der folgenden Objekte angeordnet:

- eine Weiche,
- eine Balise,
- eine Gleiskreuzung,
- ein Schienenstoß,

wobei jeweils die Positionen der Objekte bekannt sind. Eine Balise ist eine Art Informationsübertragungseinrichtung, welche an Gleisschwellen angeordnet sind. Da die genannten Objekte bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Schienenfahrzeuge konstruktionsbedingt vorhanden sind, müssen keine zusätzlichen Vorrichtungen im Streckenbereich montiert werden, um die genannten Markierungen anzuordnen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the track-side markings comprise one of the following objects or are arranged on one of the following objects:

- a switch,
- a balise,
- a track crossing,
- a rail joint,

wherein each of the positions of the objects are known. A balise is a kind of information transmission device, which are arranged on track sleepers. Since the objects mentioned in the application of the method according to the invention on rail vehicles by design exist, no additional devices must be mounted in the stretch area to arrange the said markings.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bildaufnahme mindestens eine der folgenden Einrichtungen verwendet:

- eine hochauflösende Kamera,
- Ultraschallsensoren,
- Schallsensoren,
- Infraschallsensoren,
- Magnetsensoren,
- Infrarotsensoren
- optische Sensoren,
- Laser und/oder Leuchtdioden, deren reflektiertes Licht über optische Sensoren erfasst wird.

In one embodiment of the method according to the invention, at least one of the following devices is used for image recording:

- a high-resolution camera,
- ultrasonic sensors,
- sound sensors,
- infrasonic sensors,
- magnetic sensors,
- Infrared sensors
- optical sensors,
- Laser and / or LEDs whose reflected light is detected by optical sensors.

Die genannten Sensorarten können auch beliebig miteinander kombiniert werden, um eine erhöhte Robustheit des Systems gegen Störungen, die zum Beispiel durch Witterungseinflüsse bewirkt werden können, zu erreichen.The sensor types mentioned can also be combined with one another as desired, in order to achieve increased robustness of the system against disturbances, which can be caused, for example, by weather influences.

In einer besonders einfach zu realisierenden Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus der Computertechnik bekannte, zur Vermessung von Mausbewegungen eingesetzte, auf optische Laser oder Leuchtdioden gestützte Messverfahren eingesetzt. Dabei kann die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Einrichtung zur Messung einer zurückgelegten Wegstrecke besonders einfach gehalten werden. Sie umfasst in diesem Fall eine optische Sensoreinheit, welche den durch eine Leuchtdiode oder einen Laser beleuchteten Untergrund erfassen kann, und zusätzlich eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung kann auch in einer zentralen Recheneinrichtung des Fahrzeugs angeordnet sein. Der optische Sensor liefert in definierten Abständen Muster, die in der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Unter Verwendung der Mustererkennung werden aus Musterfolgen die Bewegung und auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt. Die Abtastrate kann sich automatisch durch eine Steuerung mit Hilfe der Daten der Auswerteeinrichtung an die Geschwindigkeit anpassen, so dass eine optimale Abtastrate für eine genaue Geschwindigkeitsbestimmung ermittelt werden kann. Als Lichtquelle können hier rote oder blaue Leuchtdioden oder auch ein Laser eingesetzt werden. Als Auswerteeinrichtung kann ein Digital Signal Prozessor (DSP) dienen, der entsprechend programmiert ist. Im Fall der Anwendung auf ein Schienenfahrzeug können die Bilder direkt von der Oberkante der Schiene aufgenommen werden. Besonders vorteilhaft für eine hohe Messgenauigkeit ist hierbei ein definierter Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem Objekt, der eine optimale Scharfstellung der Sensoreinheit erlaubt. Die Unterbringung der Sensoreinheit auf Drehgestellen des Schienenfahrzeugs erlaubt dabei einen nahezu unveränderten Abstand zur Schiene. Zur Anpassung der Sensoreinheit an die bei Fahrzeugen größeren Abstände zwischen Sensor und Umgebung kann zum Beispiel eine Anpassung der Optik der Sensoreinheit vorgenommen werden. Damit die Sensoreinheit auch bei höheren Geschwindigkeiten funktioniert, kann die Beleuchtungsfläche vergrößert werden. Auf diese Weise umfassen aufeinanderfolgende Bilder einen ausreichend großen Überlapp, so dass eine Verschiebung zwischen den beiden Bildern ermittelt werden kann.In a variant of the method according to the invention which is particularly easy to implement, known measuring methods used for measuring mouse movements and based on optical lasers or light-emitting diodes are used in computer technology. In this case, the device used for carrying out the method according to the invention for measuring a traveled distance can be kept particularly simple. In this case, it comprises an optical sensor unit, which can detect the background illuminated by a light-emitting diode or a laser, and additionally an evaluation device. The evaluation device can also be arranged in a central computing device of the vehicle. The optical sensor delivers patterns at defined intervals, which are evaluated in the evaluation device. Using Pattern Recognition, pattern sequences are used to determine motion and speed of the vehicle. The sampling rate can automatically adapt itself to the speed by means of a controller with the aid of the data of the evaluation device, so that an optimum sampling rate for an accurate speed determination can be determined. As a light source here red or blue LEDs or a laser can be used. The evaluation device can be a digital signal processor (DSP), which is programmed accordingly. In the case of application to a rail vehicle, the images can be taken directly from the top edge of the rail. In this case, a defined distance between the sensor unit and the object, which permits optimum focusing of the sensor unit, is particularly advantageous for high measuring accuracy. The accommodation of the sensor unit on bogies of the rail vehicle allows a virtually unchanged distance to the rail. For adapting the sensor unit to the larger distances between sensors and vehicles, for example, an adaptation of the optics of the sensor unit can be made. So that the sensor unit works even at higher speeds, the illumination area can be increased. In this way, successive images comprise a sufficiently large overlap, so that a shift between the two images can be determined.

Abnutzungsbedingte mögliche Änderungen des Abstandes zwischen Rad und Schiene durch die Verringerung des Raddurchmessers können vorteilhaft durch eine geeignete Tiefenschärfenreserve des optischen Abbildungssystems oder falls diese Reserve bei längerem Betrieb nicht mehr ausreicht, durch eine mögliche Nachjustierung des optischen Abbildungssystems der Sensoreinheit im Rahmen der Fahrzeugwartung kompensiert werden. Eine Kontrolle oder Nachjustierung des optischen Abbildungssystems erfolgt dabei insbesondere, wenn Radreifen oder Räder verändert (z.B. Abdrehen von Unebenheiten) oder gewechselt werden.Wear-related possible changes in the distance between wheel and rail by reducing the wheel diameter can advantageously be compensated by a suitable depth of field reserve of the optical imaging system or if this reserve is no longer sufficient during prolonged operation, by a possible readjustment of the optical imaging system of the sensor unit in the context of vehicle maintenance. A check or readjustment of the optical imaging system takes place in particular when wheel tires or wheels are changed (for example, unevenness trimming) or changed.

In einer besonders effektiven Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Identifizierung der Objekte oder Strukturen anhand der erfassten Bilder eine Mustererkennung vorgenommen und es wird eine Verschiebung der erkannten Muster zur Ermittlung des Verschiebungswegs verwendet. In a particularly effective variant of the method according to the invention, a pattern recognition is carried out to identify the objects or structures on the basis of the captured images, and a shift of the recognized patterns is used to determine the displacement path.

Eine solche Mustererkennung funktioniert besonders gut, wenn die Bilderfassung mit Hilfe von hochauflösenden Kameras erfolgt, welche den Fahrweg bzw. die im Bereich des Fahrwegs vorhandenen Objekte erfassen. Die erfasste Abfolge von Bildern kann dann in einer Recheneinheit mittels Bildverarbeitung analysiert werden, woraus die Vorwärtsbewegung der Kamera und damit die zurückgelegte Wegstrecke des Fahrzeugs auf die beschriebene Art und Weise ermittelt wird.Such pattern recognition works particularly well if the image acquisition takes place with the aid of high-resolution cameras which record the route or the objects present in the area of the route. The acquired sequence of images can then be analyzed in a computing unit by means of image processing, from which the forward movement of the camera and thus the distance traveled by the vehicle in the manner described is determined.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Bildaufnahmerate in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt. Bei dieser Variante wird die Bildaufnahmerate an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst, so dass eine für eine Geschwindigkeit hinreichende Anzahl von Bildern pro Zeitintervall aufgenommen wird, um zum Beispiel ein Muster noch auf mehreren hintereinander aufgenommenen Bildern erkennen zu können und so eine Verschiebung dieses Musters erfassen zu können.In a special embodiment of the method according to the invention, an image acquisition rate is set as a function of the determined speed of the vehicle. In this variant, the image acquisition rate is adapted to the speed of the vehicle, so that a sufficient number of images per time interval is recorded in order, for example, to be able to recognize a pattern on several consecutively recorded images and thus detect a displacement of this pattern can.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Vergleich der auf Basis der erfassten Bilder ermittelten zurückgelegten Wegstrecke und der bekannten Position der streckenseitigen Markierungen durchgeführt und es werden Parameter für Korrekturberechnungen zur Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke auf Basis des Vergleichs angepasst. Vorteilhaft werden bei dieser Variante die absoluten Streckenpositionen der streckenseitigen Markierungen nicht nur zur Korrektur der ermittelten zurückgelegten Wegstrecke genutzt, sondern zusätzlich zur Korrektur des für künftige Wegstreckenmessungen angewendeten Rechenverfahrens, wodurch die Orts- und Geschwindigkeitsmessung auch in den Streckenabschnitten zwischen den einzelnen streckenseitigen Markierungen weiter verbessert bzw. präzisiert wird.In a variant of the method according to the invention, a comparison of the traveled distance determined on the basis of the acquired images and the known position of the track-side markings is carried out, and parameters for correction calculations for determining the traveled distance are adapted on the basis of the comparison. Advantageously, in this variant, the absolute distance positions of the track-side markers are not only used to correct the determined distance covered, but in addition to the correction of the calculation method used for future distance measurements, whereby the location and speed measurement in the sections between the individual trackside markers further improved or is specified.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines schienengebundenen Transportsystems mit einer Weg-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bewegt,
2 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit zum Erfassen von Bildaufnahmen von einem Schienenabschnitt,
3 eine Draufsicht auf eine Schiene eines Schienenabschnitts,
4 schematische Darstellungen von zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern eines Schienenmusters,
5 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs veranschaulicht,
6 eine schematische Darstellung einer Weg-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures with reference to embodiments. Show it:

1 1 is a schematic representation of a rail-bound transport system with a path detection device according to an embodiment of the invention,
2 a schematic representation of a sensor unit for detecting image recordings of a rail section,
3 a top view of a rail of a rail section,
4 schematic representations of images taken at different times of a rail pattern,
5 a flowchart illustrating a method for determining a traveled distance of a rail vehicle,
6 a schematic representation of a path-determining device according to an embodiment of the invention.

In 1 ist ein schienengebundenes Transportsystem 1 mit einer Einrichtung 60 zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, im Folgenden kurz als Weg-Ermittlungseinrichtung 60 bezeichnet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Teil des Transportsystems 1 ist ein Fahrzeug, in diesem Fall eine Lokomotive 10, welche sich auf einem Schienenstrang 11 bewegt. Die Lokomotive 10 umfasst zwei Fahrgestelle 12, mit Rädern 13. An einem der Fahrgestelle 13 befindet sich eine Weg-Ermittlungseinrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Weg-Ermittlungseinrichtung 60 ist derart an dem Fahrgestell 12 angeordnet, dass von ihr Bildaufnahmen von der Lauffläche der Schienen 11 erstellt werden können. Teil der Lokomotive 10 sind weiterhin Aufbauten 14, die unter anderem eine Antriebseinrichtung und einen Führerstand (nicht im Detail gezeigt) umfassen.In 1 is a rail-bound transport system 1 with a device 60 for determining a distance traveled by a vehicle, in the following briefly as a route determination device 60 designated, illustrated according to an embodiment of the invention. Part of the transport system 1 is a vehicle, in this case a locomotive 10 , which are on a rail track 11 emotional. The locomotive 10 includes two chassis 12 , with wheels 13 , At one of the chassis 13 there is a route determination device 60 according to an embodiment of the invention. The route determination device 60 is so on the chassis 12 arranged that of her taking pictures of the tread of the rails 11 can be created. Part of the locomotive 10 are still bodies 14 including, inter alia, a drive device and a driver's cab (not shown in detail).

In 2 ist ein Fahrgestell 12 mit einer Weg-Ermittlungseinrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Weg-Ermittlungseinrichtung 60 umfasst eine Auswertungseinheit 61, eine Beleuchtungseinheit 62 und eine Bildaufnahmeeinheit 63. Die Auswertungseinheit 61 erfasst von der Bildaufnahmeeinheit 63 aufgenommene Bilddaten und ermittelt auf deren Basis eine zwischen zwei Bildaufnahmezeitpunkten t₁ und t₂ zurückgelegte Wegstrecke R. Die Bildaufnahmeeinheit 63 weist ein Objektiv 63a auf, welches in einem festen Abstand d von der Lauffläche der Schiene 11 entfernt ist. Die Beleuchtungseinheit 62 beleuchtet einen Schienenabschnitt der Schiene 11, welcher von der Bildaufnahmeeinheit 63 bildlich erfasst wird. Die Auswertungseinheit 61 umfasst eine Mehrzahl von Funktionseinheiten, welche im Detail in 6 veranschaulicht sind.In 2 is a chassis 12 with a route determination device 60 shown according to an embodiment of the invention. The route determination device 60 includes an evaluation unit 61 , a lighting unit 62 and an image pickup unit 63 , The evaluation unit 61 detected by the image acquisition unit 63 taken on the basis of a recorded image between two image recording times t ₁ and t ₂ distance R. The image pickup unit 63 has a lens 63a which is at a fixed distance d from the tread of the rail 11 is removed. The lighting unit 62 illuminates a rail section of the rail 11 which is from the image acquisition unit 63 captured becomes. The evaluation unit 61 comprises a plurality of functional units, which are described in detail in FIG 6 are illustrated.

In 3 ist Draufsicht auf die Lauffläche einer Bahnschiene 11 gezeigt. Auf der Lauffläche der Bahnschiene 11 befinden sich Muster M an Positionen P, die mit der in 2 gezeigten Bildaufnahmeeinheit 63 bildlich erfasst werden.In 3 is shown plan view of the tread of a track rail 11. On the tread of the railway track 11 are patterns M at positions P, with the in 2 shown image capture unit 63 be recorded.

In 4 sind zwei zu den unterschiedlichen Zeiten t₁ und t₂ aufgenommene Bilder B(t₁), B(t₂) gezeigt. Um einzelne Positionen in den beiden Bildern B(t₁), B(t₂) festlegen zu können, sind die beiden Bilder jeweils in ein x-y-Koordinatensystem integriert. Bei dem ersten Bild B(t₁) befindet sich ein aufgenommenes Muster M an einer ersten Position mit einer ersten x-Koordinate x(t₁) und bei dem zweiten Bild B(t₂) befindet sich dasselbe Muster M an einer zweiten Position mit einer zweiten x-Koordinate x(t₂). Wie in 4 zu erkennen ist, hat sich das Muster in dem zweiten Bild B(t₂) nach links verschoben. Auf Basis der Koordinatenverschiebung ergibt sich eine Verschiebung W des Musters M in den beiden Bildern B(t₁), B(t₂) zu: $W = x (t_{1}) - x (t_{2}) .$

In 4 Two images B (t ₁ ), B (t ₂ ) recorded at the different times t ₁ and t _{2 are} shown. In order to be able to define individual positions in the two images B (t ₁ ), B (t ₂ ), the two images are each integrated in an xy coordinate system. In the first image B (t ₁ ), a captured pattern M is at a first position having a first x coordinate x (t ₁ ), and the second image B (t ₂ ) is the same pattern M at a second position a second x-coordinate x (t ₂ ). As in 4 can be seen, the pattern in the second image B (t ₂ ) has moved to the left. Based on the coordinate shift, a displacement W of the pattern M in the two images B (t ₁ ), B (t ₂ ) results in:

W = x (t_{1}) - x (t_{2}),

Aus der Linsengleichung mit 1/b + 1/g = 1/f, wobei b die Bildweite, g die Gegenstandsweite, d.h. der Abstand d zwischen dem Objektiv der Sensoreinheit und dem abzubildendem Gegenstand ist, und f die Brennweite ist, ergibt sich für den zurückgelegten Weg R: $R = g * f * W/ (g - f) = d * f * W/ (d - f) .$

From the lens equation with 1 / b + 1 / g = 1 / f, where b is the image width, g is the object width, ie the distance d between the lens of the sensor unit and the object to be imaged, and f is the focal length, results for the distance traveled R:

R = G * f * W / (G - f) = d * f * W / (d - f),

Wählt man f = d/2 ergibt sich zum Beispiel R = W.If you choose f = d / 2, for example, R = W.

In 5 ist ein Flussdiagramm 500 gezeigt, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke R eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 5.I werden zunächst während der Fahrt eines Schienenfahrzeugs mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit als Sensoreinheit von dem Schienenfahrzeug aus zu einem ersten Zeitpunkt t₁ und einem zweiten Zeitpunkt t₂ Bildaufnahmen B(t₁), B(t₂) von einem gerade überfahrenen Schienenabschnitt erstellt. Wie bereits erwähnt, ist dafür das Objektiv der Bildaufnahmeeinheit nach unten in Richtung der Lauffläche der überfahrenen Eisenbahnschiene gerichtet.In 5 is a flowchart 500 which illustrates a method for determining a traveled distance R of a rail vehicle according to an embodiment of the invention. At the step 5.I are first created while driving a rail vehicle with the help of an image pickup unit as a sensor unit of the rail vehicle at a first time t ₁ and a second time t ₂ images B (t ₁ ), B (t ₂ ) of a straight over run rail section. As already mentioned, the objective of the image acquisition unit is directed downwards in the direction of the running surface of the run over railroad track.

Nachfolgend werden bei dem Schritt 5.II in den beiden erfassten Bildern B(t₁), B(t₂) gemeinsam auftretende Muster M identifiziert. Dieser Vorgang erfolgt automatisch mit Hilfe eines Mustererkennungsalgorithmus. Dieser Algorithmus kann zum Beispiel mit Hilfe eines maschinellen Lernprozesses, welcher auch eine Trainingsphase enthalten kann, an die auf der Lauffläche der Eisenbahnschienen vorhandenen Muster angepasst worden sein.Subsequently, at step 5.II in the two captured images B (t ₁ ), B (t ₂ ), mutually occurring patterns M are identified. This process is done automatically using a pattern recognition algorithm. This algorithm may, for example, have been adapted to the patterns present on the tread of the railroad tracks by means of a machine learning process, which may also include a training phase.

Weiterhin werden bei dem Schritt 5.III Positionen x(t₁), x(t₂) der identifizierten Muster M in den jeweiligen Bildern B(t₁), B(t₂) ermittelt.Furthermore, in step 5.III, positions x (t ₁ ), x (t ₂ ) of the identified patterns M in the respective images B (t ₁ ), B (t ₂ ) are determined.

Auf Basis der ermittelten Positionen x(t₁), x(t₂) wird dann bei dem Schritt 5.IV ein Verschiebungsweg W in den Bildaufnahmen B(t₁), B(t₂), wie im Zusammenhang mit 4 erläutert, berechnet.On the basis of the determined positions x (t ₁ ), x (t ₂ ), a displacement path W in the image recordings B (t ₁ ), B (t ₂ ) then becomes in step 5.IV, as in connection with FIG 4 explained, calculated.

Bei dem Schritt 5.V wird schließlich ein zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten t₁, t₂ zurückgelegter Weg R auf Basis des Verschiebungswegs W und des bekannten Abstands d zwischen dem Objektiv der Bildaufnahmeeinheit und der Lauffläche der Eisenbahnschiene berechnet.At the step 5.V Finally, a distance R traveled between the predetermined times t ₁ , t _{2 is} calculated on the basis of the displacement path W and the known distance d between the objective of the image recording unit and the running surface of the railroad track.

Zusätzlich ergibt sich die Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs zu $v = R/ (t_{1} - t_{2}) .$

In addition, the speed v of the rail vehicle is too

v = R / (t_{1} - t_{2}),

In 6 ist eine Einrichtung 60 zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 60 umfasst eine Sensoreinheit 63, welche an dem Schienenfahrzeug angeordnet ist. Die Sensoreinheit 63 dient dem Erfassen von mehreren Bildern B(t₁), B(t₂) von der Lauffläche einer Schiene, welche von dem Schienenfahrzeug befahren wird. Die Lauffläche der Schiene befindet sich in einem bekannten und konstanten Abstand zur Sensoreinheit 63. Dafür ist die Sensoreinheit 63 an einem der Fahrgestelle montiert, welche selbst ungefedert sind und daher keine Feder- oder Wankbewegung ausführen. Die Bilder B(t₁), B(t₂) werden zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t₁, t₂ aufgenommen und an eine Eingangsschnittstelle 61a einer fahrzeugseitigen Auswertungseinrichtung 61 übermittelt. In 6 is a facility 60 for determining a traveled distance of a rail vehicle according to an embodiment of the invention. The device 60 includes a sensor unit 63 , which is arranged on the rail vehicle. The sensor unit 63 is used to capture a plurality of images B (t ₁ ), B (t ₂ ) of the tread of a rail, which is traveled by the rail vehicle. The running surface of the rail is located at a known and constant distance from the sensor unit 63 , That's what the sensor unit is for 63 mounted on one of the chassis, which are themselves unsprung and therefore perform no spring or rolling motion. The images B (t ₁ ), B (t ₂ ) are taken at predetermined successive times t ₁ , t ₂ and sent to an input interface 61a a vehicle-side evaluation device 61 transmitted.

Von dort werden die Bilddaten B(t₁), B(t₂) an eine Musteridentifizierungseinheit 61b übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, die erfassten Bilder B(t₁), B(t₂) nach gemeinsam auftretenden Mustern M zu untersuchen und diese zu identifizieren. Die ermittelten Muster M werden an eine Positionsermittlungseinheit 61c übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, die Positionen x(t₁), x(t₂) der identifizierten Muster M in den jeweiligen Bildern B(t₁), B(t₂) zu ermitteln. Die ermittelten Positionen x(t₁), x(t₂) der identifizierten Muster M werden anschließend an eine Verschiebungsermittlungseinheit 61d übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, einen Verschiebungsweg W der Muster M auf Basis der ermittelten Positionen x(t₁), x(t₂) der Muster M zu ermitteln. Die Daten bezüglich des Verschiebungswegs W werden an eine Weg-Ermittlungseinheit 61e übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, auf die im Zusammenhang mit 4 und 5 beschriebene Art und Weise einen zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten t₁, t₂ zurückgelegten Weg R auf Basis des Verschiebungswegs W und des bekannten Abstands d zwischen Fahrzeug und Umgebung zu ermitteln.From there, the image data B (t ₁ ), B (t ₂ ) are sent to a pattern identifying unit 61b which is adapted to examine the captured images B (t ₁ ), B (t ₂ ) for co-occurring patterns M and to identify them. The determined patterns M are sent to a position determination unit 61c which is adapted to determine the positions x (t ₁ ), x (t ₂ ) of the identified patterns M in the respective images B (t ₁ ), B (t ₂ ). The determined positions x (t ₁ ), x (t ₂ ) of the identified patterns M are then sent to a displacement determination unit 61d which is adapted to determine a displacement path W of the patterns M on the basis of the determined positions x (t ₁ ), x (t ₂ ) of the patterns M. The data relating to the displacement path W is sent to a route determination unit 61e which is designed to be related to 4 and 5 described way to determine a distance R between the predetermined times t ₁ , t ₂ based on the displacement path W and the known distance d between the vehicle and the environment.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und die Einrichtung in erster Linie im Zusammenhang mit dem Einsatz von Schienenfahrzeugen erläutert. Das genannte Verfahren und die beschriebene Einrichtung sind jedoch nicht auf die Anwendung auf Schienenfahrzeuge beschränkt, sondern können auch im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Straßenfahrzeugen eingesetzt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die ggf. auch räumlich verteilt sein können.It is finally pointed out again that the above-described methods and devices are merely preferred embodiments of the invention and that the invention can be varied by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention, as far as it is specified by the claims. Thus, the method and the device were explained primarily in connection with the use of rail vehicles. However, said method and apparatus are not limited to application to rail vehicles, but may be used in conjunction with other vehicles such as road vehicles. For the sake of completeness, it is also pointed out that the use of indefinite articles does not exclude "a" or "one", that the characteristics in question can also be present multiple times. Likewise, the term "unit" does not exclude that it consists of several components, which may possibly also be spatially distributed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010022592 A1 [0005]

Claims

Method for determining a traveled distance (R) of a vehicle (10), in particular a track-bound vehicle, comprising the steps: - vehicle-side detection of a plurality of images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) from the track-side environment (11) the vehicle (10) at a known distance (d) to the environment (11) at predetermined successive times (t ₁ , t ₂ ), identifying in several of the acquired images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) jointly occurring objects (M), - determining the positions (x (t ₁ ), x (t ₂ )) of the identified objects (O) in the respective images (B (t ₁ ), B (t ₂ )), - determining a displacement path (W) of the objects (M) on the basis of the determined positions (x (t ₁ ), x (t ₂ )) of the objects (M), - determining a path traveled between the predetermined times (t ₁ , t ₂ ) (R) based on the displacement path (W) and the known distance (d) to the environment (11).

Method according to Claim 1 , wherein the known distance (d) to the environment comprises the object width (g) of the captured images (B (t ₁ ), B (t ₂ )).

Method according to Claim 2 , where the object width (g) in the different images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) has the same value.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) of the track-side environment at least one of the following objects (M) is detected: - rails, - rail sections, - sleepers, - laterally mounted busbars, - overhead lines, - trolley masts.

Method according to one of the preceding claims, wherein on the basis of the traveled distance (R) and the predetermined times (t ₁ , t ₂ ), the speed (v) of the vehicle (10) is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein additionally - Determining an absolute position of the vehicle (10) is carried out on the basis of track-side markers at a predetermined time and - Determining the absolute position of the vehicle (10) at other times based on the determined at the predetermined time absolute position and the determined distance traveled (R) of the vehicle (10).

Method according to Claim 6 in which the track-side markings comprise one of the following objects or are arranged on one of the following objects: a switch, a balise, a track crossing, a rail joint, the positions of the objects being known in each case.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least one of the following devices (63) is used for image recording: - a high-resolution camera, - ultrasonic sensors, - sound sensors, - infrasonic sensors, - magnetic sensors, - optical sensors, - Laser and / or LEDs whose reflected light is detected by optical sensors.

Method according to one of the preceding claims, wherein to identify the objects (M) on the basis of the captured images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) a pattern recognition is performed and a displacement of the detected pattern (M) is determined and as a displacement path (W) of objects (M) is used.

Method according to one of Claims 5 to 9 in which an image acquisition rate is set as a function of the determined speed (v) of the vehicle (10).

Method according to one of Claims 6 to 10 wherein a comparison is made of the distance (R) determined on the basis of the acquired images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) and the known position of the track-side markings and parameters for correction calculations for determining the distance traveled (R) Be adjusted based on the comparison.

Device (60) for determining a traveled distance (R) of a vehicle (10), in particular a track-bound vehicle, comprising: - a vehicle-side sensor unit (63) for capturing a plurality of images (B (t ₁ ), B (t ₂ )) from the trackside environment of the vehicle (10) at a known distance (d) to the environment at predetermined successive times (t ₁ , t ₂ ), - a pattern identification unit (61b) for identifying in several of the acquired images (B (t ₁ ) , B (t ₂ )) co-occurring objects (M), - a position determination unit (61c) for determining the positions (x (t ₁ ), x (t ₂ )) of the identified objects (M) in the respective images (B (B) t ₁ ), B (t ₂ )), - a displacement determination unit (61d) for determining a displacement path (W) of the objects (M) on the basis of the determined positions (x (t ₁ ), x (t ₂ )) of the objects ( M), - a route determination unit (61e) for determining one between the predetermined times (t ₁ , t ₂ ) traveled distance (R) based on the displacement path (W) and the known distance (d) to the environment.

Vehicle (10), in particular lane-bound vehicle, with at least one device (60) Claim 12 ,

A computer program product having a computer program that can be loaded directly into a memory device of a control system of a vehicle (10), with program sections for carrying out all the steps of a method according to one of the claims Claims 1 to 11 when executing the computer program in the control system.

Computer-readable medium on which are stored by a computer unit readable and executable program sections to all steps of a method according to one of Claims 1 to 11 execute when the program sections are executed by the computer unit.