DE102019214863A1 - Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar - Google Patents

Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar Download PDF

Info

Publication number
DE102019214863A1
DE102019214863A1 DE102019214863.8A DE102019214863A DE102019214863A1 DE 102019214863 A1 DE102019214863 A1 DE 102019214863A1 DE 102019214863 A DE102019214863 A DE 102019214863A DE 102019214863 A1 DE102019214863 A1 DE 102019214863A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
data
rail
floor
rail vehicle
sensor data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019214863.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Zhihu Chen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102019214863.8A priority Critical patent/DE102019214863A1/en
Publication of DE102019214863A1 publication Critical patent/DE102019214863A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/885—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • G01S13/605—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track using a pattern, backscattered from the ground, to determine speed or drift by measuring the time required to cover a fixed distance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Abstract

Verfahren zur Lokalisierung eines Schienenfahrzeugs (50), umfassend Erhalten von Sensordaten, die ein Bodenradarsensor (30) beim Erfassen eines Streckenbodens (60) unterhalb des Schienenfahrzeugs (50) erzeugt; Erhalten von vorbestimmten Streckenbodendaten, die einen Streckenboden (60) einer oder mehrerer Schienenstrecken (62) betreffen; Vergleichen der erhaltenen Sensordaten mit den vorbestimmten Referenzbodendaten, um den erhaltenen Sensordaten eine Schienenstrecke (62) und/oder eine Position auf der Schienenstrecke (62) zuzuordnen.A method for localizing a rail vehicle (50), comprising obtaining sensor data which a ground radar sensor (30) generates when detecting a track floor (60) below the rail vehicle (50); Obtaining predetermined route floor data relating to a route floor (60) of one or more rail routes (62); Comparing the sensor data obtained with the predetermined reference floor data in order to assign a rail section (62) and / or a position on the rail section (62) to the sensor data obtained.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schienenfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal.The present invention relates to the field of rail vehicles. In particular, the present invention relates to a device, a method, a computer program product, a computer-readable storage medium and a data carrier signal.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Schienenfahrzeuge spielen in der Mobilität von Personen und Gütern eine wesentliche Rolle. Es ist daher wichtig, Schienenfahrzeuge während ihres Einsatzes mit hoher Genauigkeit lokalisieren zu können. Hieraus lässt sich einerseits der Ort ermitteln, in dem das überwachte Schienenfahrzeug gerade befindet. Diese Information kann beispielsweise zur Verkehrsplanung verwendet werden, um beispielsweise Fahrpläne zu aktualisieren. Andererseits können Zugbegleitpersonen und Passagiere bei drohenden Gefahren vor diesen gewarnt werden, sodass überlebenswichtige Maßnahmen rechtzeitig ergriffen werden können.Rail vehicles play an essential role in the mobility of people and goods. It is therefore important to be able to localize rail vehicles with a high degree of accuracy while they are in use. On the one hand, this can be used to determine the location in which the monitored rail vehicle is currently located. This information can be used, for example, for traffic planning, for example to update timetables. On the other hand, train escorts and passengers can be warned of impending dangers so that vital measures can be taken in good time.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Schienenfahrzeuge mit Hilfe eines Satellitensystems, etwa Global Navigation Satellite System (GNSS), zu lokalisieren. Neben den hohen Lizenzkosten ist diese Methode auch aufgrund des limitierten Auflösungsvermögens nachteilig. Insbesondere ist es im Fall, dass mehrere Schienen nebeneinander angeordnet sind und sich das zu überwachende Schienenfahrzeug auf einer dieser Schiene befindet, äußerst schwierig bzw. nahezu unmöglich festzustellen, auf welcher Schiene das Schienenfahrzeug ist. Diese mangelhafte Detektionsfähigkeit kann zu Sicherheitsbedenken und unter Umständen gar zu Unfällen mit gravierenden Folgen führen.It is known from the prior art to localize rail vehicles with the aid of a satellite system, for example Global Navigation Satellite System (GNSS). In addition to the high license costs, this method is also disadvantageous due to the limited resolution. In particular, if several rails are arranged next to one another and the rail vehicle to be monitored is located on one of these rails, it is extremely difficult or almost impossible to determine which rail the rail vehicle is on. This inadequate detection capability can lead to safety concerns and, under certain circumstances, even to accidents with serious consequences.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schienenfahrzeuge mit höherer Zuverlässigkeit zu überwachen, sodass der Schienenverkehr mit höherer Sicherheit gestaltet werden kann.The present invention is therefore based on the object of monitoring rail vehicles with greater reliability, so that rail traffic can be designed with greater safety.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.The object is achieved by a device, a method, a computer program product, a computer-readable storage medium and a data carrier signal according to the independent claims.

Das Schienenfahrzeug kann einen Zug, insbesondere einen Passagierzug oder einen Güterzug, aufweisen. Es kann sich hierbei um einen Zug für Nah- oder Fernverkehr handeln. Das Schienenfahrzeug befindet sich in der Regel auf einer Schienenstrecke eines Schienenverkehrsnetzes. Das Schienenfahrzeug ist mit einem Bodenradarsensor ausgestattet, der am Boden des Schienenfahrzeugs angebracht ist, um beim Fortbewegen des Schienenfahrzeugs einen Streckenboden der Schienenstrecke zu erfassen. Dabei ist der Bodenradarsensor zumindest teilweise nach unten (d.h. zum Streckenboden hin) gerichtet.The rail vehicle can have a train, in particular a passenger train or a freight train. It can be a local or long-distance train. The rail vehicle is usually located on a rail section of a rail transport network. The rail vehicle is equipped with a ground radar sensor which is attached to the floor of the rail vehicle in order to detect a track floor of the rail line when the rail vehicle is moving. The ground radar sensor is at least partially directed downwards (i.e. towards the track floor).

Beim Erfassen des Streckenbodens erzeugt der Bodenradarsensor Sensordaten (Scansensordaten). Insbesondere wird ein Radiofrequenz-Signal (RF-Signal) von einer Sendereinheit des Bodenradarsensors ausgesendet. Das RF-Signal trifft die Oberfläche des Streckenbodens und dringt ins Innere des Streckenbodens ein. An im Streckenboden enthaltenen Objekten, etwa Gesteine, Metallgebilde, Baumwurzeln, wird das RF-Signal zurückgestreut bzw. reflektiert. Das reflektierte RF-Signal wird von einer Empfängereinheit empfangen.When recording the track floor, the ground radar sensor generates sensor data (scan sensor data). In particular, a radio frequency signal (RF signal) is transmitted from a transmitter unit of the ground radar sensor. The RF signal hits the surface of the track floor and penetrates the inside of the track floor. The RF signal is scattered back or reflected on objects contained in the track floor, such as rocks, metal structures, tree roots. The reflected RF signal is received by a receiver unit.

Bei den Sensordaten kann es sich um Rohdaten handeln, die keine Positionsinformationen der im Streckenboden befindlichen Objekte enthalten. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einen Datenprozessierungsschritt, indem Positionsinformationen, die beispielsweise in Form von Punktewolken vorliegen, aus den Rohdaten extrahiert werden. Diese Positionsinformationen betreffen die im vom Bodenradarsensor erfassten Streckenboden enthaltenen Objekte.The sensor data can be raw data that do not contain any position information about the objects located in the track floor. In this case, the method according to the invention preferably includes a data processing step in which position information, which is present, for example, in the form of point clouds, is extracted from the raw data. This position information relates to the objects contained in the road surface detected by the ground radar sensor.

Das Extrahieren erfolgt vorzugsweise, indem eine Objekterkennung, z.B. mittels eines bereits vorher trainierten neuronalen Netzes, an den Rohdaten durchgeführt wird. Aus der Zeitdauer zwischen dem Sende- und Empfangsvorgang sowie der Ausbreitungsgeschwindigkeit des RF-Signals kann die Entfernung zwischen dem Bodenradarsensor und dem jeweiligen Objekt im Streckenboden gemäß dem Prinzip der Flugzeit (Engl.: Time of Flight, ToF) ermittelt werden. Hieraus ergeben sich Positionsinformationen der erfassten Objekte.The extraction is preferably carried out by performing object recognition on the raw data, e.g. by means of a previously trained neural network. The distance between the ground radar sensor and the respective object on the track floor can be determined based on the principle of time of flight (ToF) from the time between the transmission and reception process and the propagation speed of the RF signal. This results in position information of the detected objects.

Alternativ kann es sich bei den Sensordaten um Daten handeln, in denen die Positionsinformationen bereits enthalten sind. In diesem Fall weist der Bodenradarsensor vorzugsweise einen eigenen Prozessor auf, der dazu dient, den o. g. Datenprozessierungsschritt auszuführen.Alternatively, the sensor data can be data in which the position information is already contained. In this case, the ground radar sensor preferably has its own processor, which is used to control the above. Execute data processing step.

Neben den Sensordaten werden zusätzlich vorbestimmte Referenzbodendaten erhalten, die einen Streckenboden einer oder mehrerer Schienenstrecken betreffen. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um Daten, die ein Bodenradarsensor oder ein anderer Sensor beim Erfassen der einen oder mehreren Schienenstrecken erzeugt. Die Referenzbodendaten dienen als Referenz der erhaltenen Sensordaten, um das Schienenfahrzeug zu lokalisieren.In addition to the sensor data, predetermined reference floor data are also obtained that relate to a track floor of one or more rail tracks. This is preferably data that a ground radar sensor or another sensor generates when detecting the one or more rail sections. The reference ground data serve as a reference for the sensor data obtained in order to localize the rail vehicle.

Konkret werden die erhaltenen Sensordaten mit den Referenzbodendaten verglichen. Vorzugsweise enthalten die Referenzbodendaten Referenzpositionsinformationen betreffend im Streckenboden befindliche Objekte. Die aus den Sensordaten des Bodenradarsensors extrahierten Positionsinformationen (Scanpositionsinformationen) werden mit den Referenzpositionsinformationen verglichen. Die Referenzpositionsinformationen beziehen sich vorzugsweise auf ein Volumen des Streckenbodens der einen oder mehreren Schienenstrecken, welches in mehrere Teilvolumina unterteilt ist. Die Scanpositionsinformationen werden mit den Referenzpositionsinformationen dieser Teilvolumina einzeln verglichen, wobei die Reihenfolge vordefiniert sein kann. Vorzugsweise wird nach jedem Vergleichsvorgang ein Konfidenzwert ermittelt, der den Grad der Übereinstimmung zwischen den Scanpositionsinformationen und den Referenzpositionsinformationen der Teilvolumina beschreibt. Den Scanpositionsinformationen und somit auch den erhaltenen Sensordaten wird das Teilvolumen mit dem höchsten Konfidenzwert zugeordnet. Da das Teilvolumen einer bestimmten Schienenstrecke sowie einer bestimmten Position auf dieser Schienenstrecke eindeutig zuzuordnen ist, erfolgt auf diese Weise die Zuordnung einer Schienenstrecke und/oder einer Position auf der Schienenstrecke zu den erhaltenen Sensordaten.Specifically, the sensor data obtained are compared with the reference soil data. The reference floor data preferably contain reference position information relating to objects located in the route floor. The position information (scan position information) extracted from the sensor data of the ground penetrating radar sensor is compared with the reference position information. The reference position information preferably relates to a volume of the track floor of the one or more rail tracks, which is divided into several partial volumes. The scan position information is individually compared with the reference position information of these partial volumes, it being possible for the sequence to be predefined. Preferably, after each comparison process, a confidence value is determined which describes the degree of correspondence between the scan position information and the reference position information of the partial volumes. The partial volume with the highest confidence value is assigned to the scan position information and thus also to the sensor data obtained. Since the partial volume of a specific rail route and a specific position on this rail route can be clearly assigned, a rail route and / or a position on the rail route is assigned to the sensor data obtained in this way.

Erfindungsgemäß ist daher ein Lokalisierungsverfahren für Schienenfahrzeuge ermöglicht, welches sich durch ein deutlich höheres Auflösungsvermögen gegenüber satellitenbasierten Lokalisierungsverfahren auszeichnet. Daher können die eingangs beschriebenen Nachteile, die die satellitenbasierten Lokalisierungsverfahren aufweisen, besonders wirksam überwunden werden. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiger verfügbar, wohingegen die Betriebskosten bei den satellitenbasierten Lokalisierungsverfahren neben hohen Beschaffungskosten für Vorrichtungen auch hohe Lizenzkosten für die Benutzungserlaubnis von Satellitendaten üblicherweise hoch sind.According to the invention, a localization method for rail vehicles is therefore made possible, which is distinguished by a significantly higher resolving power compared to satellite-based localization methods. Therefore, the disadvantages described at the beginning, which the satellite-based localization methods have, can be overcome particularly effectively. In addition, the method according to the invention is available more cheaply, whereas the operating costs of the satellite-based localization method are usually high in addition to high procurement costs for devices and high license costs for the permission to use satellite data.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments are specified in the subclaims.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Erfassen des Streckenbodens unterhalb des Schienenfahrzeugs mittels des Bodenradarsensors, um die Sensordaten zu erzeugen.According to one embodiment, the method further comprises detecting the track floor below the rail vehicle by means of the ground radar sensor in order to generate the sensor data.

In diesem Fall ist die Erfassung des Streckenbodens ein Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Daher kann, ohne von einem externen Sensor abhängig zu sein, das Schienenfahrzeug zuverlässig lokalisiert werden.In this case, the detection of the track floor is part of the method according to the invention. Therefore, the rail vehicle can be reliably located without being dependent on an external sensor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erhaltenen Sensordaten Akkumulationsdaten umfassen, die mittels mehrerer Erfassungszirpen des Bodenradarsensors erzeugt, wobei die Akkumulationsdaten mit den Referenzbodendaten verglichen werden.According to a further embodiment, the sensor data obtained include accumulation data that is generated by means of several detection chirps of the ground radar sensor, the accumulation data being compared with the reference ground data.

Die Akkumulationsdaten entstehen daher durch Akkumulieren von Sensordaten über ein Zeitintervall, in dem die mehreren Erfassungszirpen des Bodenradarsensors stattgefunden haben. Die hieraus gewonnenen Scansensordaten betreffen somit mehrere Positionen des Streckenbodens entlang der Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs. Daher sind die Scansensordaten umfangreicher als bei einer Momentaufnahme des Streckenbodens. Daher können mehr Scanpositionsinformationen mit den Referenzpositionsinformationen verglichen werden. Der gesuchte maximale Konfidenzwert ist daher höher, was auf eine erhöhte Lokalisierungssicherheit hindeutet. Vorzugsweise sind die Erfassungszirpen zeitlich verschieden, beispielsweise nacheinander folgende Zirpen.The accumulation data is therefore created by accumulating sensor data over a time interval in which the multiple detection chirps of the ground radar sensor have taken place. The scan sensor data obtained therefrom thus relate to several positions of the track floor along the direction of movement of the rail vehicle. The scan sensor data are therefore more extensive than with a snapshot of the track floor. Therefore, more scanning position information can be compared with the reference position information. The searched maximum confidence value is therefore higher, which indicates an increased localization security. The detection chirps are preferably different in time, for example successive chirps.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Vergleichen der erhaltenen Sensordaten mit den Referenzbodendaten entlang einer vordefinierten Raumrichtung.According to a further embodiment, the comparison of the sensor data obtained with the reference soil data takes place along a predefined spatial direction.

Hierbei werden die Scansensordaten mit den Referenzbodendaten betreffend mehrere Teilvolumina der Schienenstrecke(n) verglichen, wobei die Teilvolumina entlang der vordefinierten Raumrichtung aufeinander folgend angeordnet sind. Dies reduziert den Rechenaufwand gegenüber dem Fall, in dem das Vergleichen entlang mehrerer Raumrichtungen und/oder Drehrichtungen erfolgt.Here, the scan sensor data are compared with the reference floor data relating to several partial volumes of the rail route (s), the partial volumes being arranged one after the other along the predefined spatial direction. This reduces the computational effort compared to the case in which the comparison takes place along several spatial directions and / or rotational directions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die vordefinierte Raumrichtung der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs.According to a further embodiment, the predefined spatial direction corresponds to the direction of travel of the rail vehicle.

Schienenfahrzeuge verfügen in der Regel über einen einzigen Bewegungsfreiheitsgrad, der von ihrer Fahrtrichtung vorgegeben ist. Daher ermöglicht diese Maßnahme eine einfache und wirksame Lokalisierung.Rail vehicles usually have a single degree of freedom of movement that is dictated by their direction of travel. This measure therefore enables simple and effective localization.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Erhalten von Umweltdaten des Streckenbodens.According to a further embodiment, the method further comprises obtaining environmental data of the track floor.

Die Umweltdaten werden von einem Umweltsensor erzeugt und betreffen einen physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parameter, z.B. Feuchtigkeit, Temperatur, des Streckenbodens. Diese im Betrieb des Schienenfahrzeugs erhaltenen Umweltdaten können mit vorbestimmten Umweltdaten, die etwa in den Referenzbodendaten enthalten sein können, verglichen werden. Hieraus ergibt sich ein weiterer Parameter, um den Grad der Übereinstimmung zwischen den Scansensordaten und den Referenzbodendaten der Teilvolumina (Konfidenzwert) zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Lokalisierverfahren ist daher besonders genau. Alternativ oder zusätzlich kann eine Einstellung für die Prozessierung der Rohdaten des Bodenradarsensors basierend auf den Umweltdaten optimiert werden.The environmental data are generated by an environmental sensor and relate to a physical, chemical and / or biological parameter, for example humidity, temperature, of the track floor. These environmental data obtained during the operation of the rail vehicle can be compared with predetermined environmental data that can be contained in the reference ground data, for example. This results in a further parameter, the degree of correspondence between the scan sensor data and the To determine reference soil data of the partial volumes (confidence value). The localization method according to the invention is therefore particularly accurate. As an alternative or in addition, a setting for processing the raw data of the ground penetrating radar sensor can be optimized based on the environmental data.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.The computer program product according to the invention is designed to be loaded into a memory of a computer and comprises software code sections with which the method steps of the method according to the invention are carried out when the computer program product is running on the computer.

Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.A program belongs to the software of a data processing system, for example an evaluation device or a computer. Software is a collective term for programs and associated data. The complement to software is hardware. Hardware describes the mechanical and electronic alignment of a data processing system. A computer is an evaluation device.

Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.Computer program products generally comprise a sequence of instructions which, when the program is loaded, cause the hardware to carry out a specific method that leads to a specific result. When the program in question is used on a computer, the computer program product produces the inventive technical effect described above.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.The computer program product according to the invention is platform-independent. That means it can be run on any computing platform. The computer program product is preferably executed on an evaluation device according to the invention for detecting the surroundings of the vehicle.

Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python, Java, JavaScript, C, C++, C#, Matlab, LabView, Objective C.The software code sections are written in any programming language, for example in Python, Java, JavaScript, C, C ++, C #, Matlab, LabView, Objective C.

Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.The computer-readable storage medium is, for example, an electronic, magnetic, optical or magneto-optical storage medium.

Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System, ein drahtloses Kommunikationssystem der 4G/5G oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.The data carrier signal is a signal which the computer program product from a storage medium on which the computer program product is stored to another entity, for example another storage medium, a server, a cloud system, a wireless communication system 4G / 5G or a data processing facility, transmits.

Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einem Bodenradarsensor;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Lokalisierung des Sch ienenfah rzeugs.
Embodiments will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a rail vehicle with a ground radar sensor;
  • 2 a schematic representation of a control device according to an embodiment; and
  • 3 a schematic representation of a method for locating the rail vehicle.

In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.In the figures, the same reference symbols relate to the same or functionally similar reference parts. The relevant reference parts are identified in the individual figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs 50. Das Schienenfahrzeug 50 ist vorzugsweise ein Passagierzug für Fern- und/oder Nahverkehr. Das Schienenfahrzeug 50 befindet sich im gezeigten Beispiel auf einer Schienenstrecke 62, die auf einem Streckenboden 60 angeordnet ist. Das Schienenfahrzeug 50 ist mit einem Bodenradarsensor 30 versehen, der an einem Unterboden des Schienenfahrzeugs 50 angebracht ist, derart, dass sich ein Erfassungsbereich 32 ins Innere des Streckenbodens 60 erstreckt. Auf diese Weise kann der Bodenradarsensor 30 beim Fortbewegen des Schienenfahrzeugs 50 den Streckenboden 50 laufend erfassen. Wie unten erläutert wird, dient diese sensorbasierte Erfassung der Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 50. 1 shows a schematic representation of a rail vehicle 50 . The rail vehicle 50 is preferably a passenger train for long-distance and / or local traffic. The rail vehicle 50 is located on a rail line in the example shown 62 running on a track floor 60 is arranged. The rail vehicle 50 is with a ground radar sensor 30th provided on an underbody of the rail vehicle 50 is attached in such a way that there is a detection area 32 inside the track floor 60 extends. In this way, the ground radar sensor 30th when moving the rail vehicle 50 the track floor 50 record continuously. As will be explained below, this sensor-based detection is used to localize the rail vehicle 50 .

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 50. 2 shows a schematic representation of a device 10 for locating the rail vehicle 50 .

Die Vorrichtung 10 umfasst eine erste Eingangseinheit 12, eine zweite Eingangseinheit 14, eine dritte Eingangseinheit 18, eine Auswerteeinheit 16 und eine Ausgangseinheit 19. Die erste Eingangseinheit 12 ist mit dem Bodenradarsensor 30 datentechnisch verbunden, um Scansensordaten, die der Bodenradarsensor 30 während seiner laufenden Erfassung des Streckenbodens 50 erzeugt, zu erhalten. Die zweite Eingangseinheit 14 ist mit einem Speichermedium 20 datentechnisch verbunden, um vordefinierte Referenzbodendaten, die zuvor mittels einer Sensorik erzeugt worden sind, zu erhalten. Wie oben bereits beschrieben handelt es sich bei den Referenzbodendaten um Daten über eine oder mehrere Schienenstrecken eines Schienenverkehrsnetzes. Die dritte Eingangseinheit 18 ist mit einem Umweltsensor 40 datentechnisch verbunden, um Umweltdaten, die einen physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parameter des Streckenbodens 50 betreffen, zu erhalten.The device 10 comprises a first input unit 12th , a second input unit 14th , a third input unit 18th , an evaluation unit 16 and an output unit 19th . The first input unit 12th is with the ground radar sensor 30th data connected to scan sensor data that the ground penetrating radar sensor 30th during its ongoing recording of the track floor 50 generated to receive. The second input unit 14th is with a storage medium 20th connected in terms of data technology in order to receive predefined reference soil data that have previously been generated by means of a sensor system. As already described above, the reference ground data is data about one or more rail lines of a rail traffic network. The third input unit 18th is with an environmental sensor 40 data technology connected to environmental data, which is a physical, chemical and / or biological parameter of the track floor 50 concern to receive.

Die Auswerteeinheit 16 kann einen oder mehrere Prozessoren, insbesondere Graphikprozessoren (GPU), umfassen. Die Auswerteeinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Scansensordaten mit den Referenzbodendaten zu vergleichen, um den Scansensordaten eine bestimmte Schienenstrecke und/oder eine bestimmte Position auf der Schienenstrecke zuzuordnen. Dieser Auswertungsvorgang ist in 3 beispielhaft und schematisch gezeigt. In den Scansensordaten 34 ist eine Punktewolke enthalten, die aus Rohdaten des Bodenradarsensors 30 mittels mehrerer Prozessierungsschritte gewonnen sind. In der Punktewolke sind Positionsinformationen betreffend mehrere im vom Bodenradarsensor 30 erfassten Streckenboden 50 befindliche Objekte in Form einer sogenannten Zielliste (Engl. Target List) enthalten. Die Scansensordaten 34 beziehen sich vorzugsweise auf eine Erfassungszirpe des Bodenradarsensors 30 und liefert eine „Momentaufnahme“ des Streckenbodens 50.The evaluation unit 16 can comprise one or more processors, in particular graphics processors (GPU). The evaluation unit 16 is designed to compare the scan sensor data with the reference floor data in order to assign a specific rail route and / or a specific position on the rail route to the scan sensor data. This evaluation process is in 3 shown by way of example and schematically. In the scan sensor data 34 contains a point cloud, which is obtained from raw data from the ground penetrating radar sensor 30th are obtained by means of several processing steps. In the point cloud there is position information relating to several from the ground penetrating radar sensor 30th recorded track floor 50 contained objects in the form of a so-called target list. The scan sensor data 34 preferably relate to a detection chirp of the ground radar sensor 30th and provides a “snapshot” of the track floor 50 .

Die Referenzbodendaten 22 sind vorzugsweise aus mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Erfassungszirpen gewonnen. Auch in den Referenzbodendaten 22 sind Punktewolken enthalten. Außerdem sind die Referenzbodendaten 22 mittels eines gedachten Gitters 22 in mehrere Referenzbodendatensegmente 26 aufgeteilt, die jeweils einem Abschnitt der erfassten Schienenstrecke(n) entsprechen. Jedem Referenzbodendatensegment 26 sind eine bestimmte Schienenstrecke und eine Position auf dieser Schienenstrecke eindeutig zugeordnet.The reference soil data 22nd are preferably obtained from several consecutive acquisition chirps. Also in the reference soil data 22nd point clouds are included. Also are the reference soil data 22nd by means of an imaginary grid 22nd into several reference soil data segments 26th which each correspond to a section of the tracked rail route (s). Every reference soil data segment 26th a certain rail route and a position on this rail route are clearly assigned.

Die Scansensordaten 34 werden mit den Referenzbodendatensegmenten 26 einzeln verglichen. Für jedes Referenzbodendatensegment 26 wird ein Konfidenzwert ermittelt, der den Grad der Übereinstimmung zwischen den Scansensordaten 34 und dem jeweiligen Referenzbodendatensegment 26 angibt. Schließlich wird das Referenzbodendatensegment 26 mit dem höchsten Konfidenzwert bestimmt. Die diesem Referenzbodendatensegment 26 zugeordnete Schienenstrecke und Position werden ausgelesen und den Scansensordaten 34 zugewiesen.The scan sensor data 34 are with the reference soil data segments 26th individually compared. For each reference soil data segment 26th a confidence value is determined which shows the degree of correspondence between the scan sensor data 34 and the respective reference soil data segment 26th indicates. Eventually it becomes the reference ground data segment 26th determined with the highest confidence value. The this reference soil data segment 26th assigned rail route and position are read out and the scan sensor data 34 assigned.

Wie in 2 gezeigt, erfolgt der Vergleichsvorgang entlang einer x-Richtung, die der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 50 entspricht. Beispielsweise sind die Referenzbodendatensegmente 26 mehreren Positionen eines Schienenverkehrsnetzes zugeordnet, wobei die mehreren Positionen entlang der x-Richtung angeordnet sind. Dies reduziert den Rechenaufwand beim Vergleichsschritt.As in 2 As shown, the comparison process takes place along an x-direction, which is the direction of travel of the rail vehicle 50 corresponds to. For example, the reference soil data segments are 26th assigned to a plurality of positions of a rail transport network, the plurality of positions being arranged along the x-direction. This reduces the computational effort in the comparison step.

Die Vorrichtung 10 kann als eine elektronische Steuereinheit (Engl.: Electronic Control Unit, ECU) ausgebildet sein, die mehrere Schnittstellen aufweist. Diese Schnittstellen können beispielsweise mit einer oder mehreren Aktuatoren signaltechnisch verbunden sein, um ein basierend auf der Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 50 erzeugtes Steuersignal zur Ausführung einer Ansteuerung der Aktuatoren an diese auszugeben.The device 10 can be designed as an electronic control unit (ECU), which has several interfaces. These interfaces can, for example, be connected to one or more actuators for signaling purposes in order to provide a signal based on the localization of the rail vehicle 50 to output the generated control signal to execute a control of the actuators.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Vorrichtungcontraption
1212th
erste Eingangseinheitfirst input unit
1414th
zweite Eingangseinheitsecond input unit
1616
AuswerteeinheitEvaluation unit
1818th
dritte Eingangseinheitthird input unit
1919th
AusgangseinheitOutput unit
2020th
SpeichermediumStorage medium
2222nd
ReferenzbodendatenReference soil data
2424
GitterGrid
2626th
ReferenzbodendatensegmentReference soil data segment
3030th
BodenradarsensorGround radar sensor
3232
ErfassungsbereichDetection area
3434
ScansensordatenScan sensor data
4040
UmweltsensorEnvironmental sensor
5050
SchienenfahrzeugRail vehicle
6060
StreckenbodenTrack floor
6262
SchienenstreckeRail line

Claims (12)

Verfahren zur Lokalisierung eines Schienenfahrzeugs (50), umfassend: - Erhalten von Sensordaten, die ein Bodenradarsensor (30) beim Erfassen eines Streckenbodens (60) unterhalb des Schienenfahrzeugs (50) erzeugt, - Erhalten von vorbestimmten Referenzbodendaten, die einen Streckenboden (60) einer oder mehrerer Schienenstrecken (62) betreffen; - Vergleichen der erhaltenen Sensordaten mit den Referenzbodendaten, um den erhaltenen Sensordaten eine Schienenstrecke (62) und/oder eine Position auf der Schienenstrecke (62) zuzuordnen.A method for locating a rail vehicle (50), comprising: - Receiving sensor data that a ground radar sensor (30) generates when detecting a track floor (60) below the rail vehicle (50), - Obtaining predetermined reference floor data relating to a track floor (60) of one or more rail tracks (62); - Comparing the sensor data obtained with the reference floor data in order to assign a rail section (62) and / or a position on the rail section (62) to the sensor data obtained. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erfassen des Streckenbodens (60) unterhalb des Schienenfahrzeugs (50), um die Sensordaten zu erzeugen.Procedure according to Claim 1 , further comprising detecting the track floor (60) below the rail vehicle (50) in order to generate the sensor data. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erhaltenen Sensordaten Akkumulationsdaten umfassen, die mittels mehrerer Erfassungszirpen des Bodenradarsensors (30) erzeugt sind, wobei die Akkumulationsdaten mit den Referenzbodendaten verglichen werden.Procedure according to Claim 1 or 2 wherein the sensor data obtained include accumulation data generated by means of a plurality of detection chirps of the ground radar sensor (30), the accumulation data being compared with the reference ground data. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vergleichen der erhaltenen Sensordaten mit den Referenzbodendaten entlang einer vordefinierten Raumrichtung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the comparison of the sensor data obtained with the reference soil data takes place along a predefined spatial direction. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vordefinierte Raumrichtung der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs (50) entspricht.Procedure according to Claim 4 , wherein the predefined spatial direction corresponds to the direction of travel of the rail vehicle (50). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend Erhalten von Umweltdaten des Streckenbodens (60).A method according to any one of the preceding claims, further comprising obtaining environmental data of the track floor (60). Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend Vergleichen der Umweltdaten des Streckenbodens (60) mit vorbestimmten Umweltdaten der Referenzbodendaten.Procedure according to Claim 6 , further comprising comparing the environmental data of the track floor (60) with predetermined environmental data of the reference floor data. Vorrichtung (10) zur Lokalisierung eines Schienenfahrzeugs (50), umfassend: - eine erste Eingangseinheit (12) zum Erhalten von Sensordaten, die ein Bodenradarsensor (30) beim Erfassen eines Streckenbodens (60) unterhalb des Schienenfahrzeugs (50) erzeugt, - eine zweite Eingangseinheit (14) zum Erhalten von vorbestimmten Streckenbodendaten, die einen Streckenboden (60) einer oder mehrerer Schienenstrecken (62) betreffen; - eine Auswerteeinheit (16) zum Vergleichen der erhaltenen Sensordaten mit den vorbestimmten Referenzbodendaten, um den erhaltenen Sensordaten eine Schienenstrecke (62) und/oder eine Position auf der Schienenstrecke (62) zuzuordnen.Device (10) for localizing a rail vehicle (50), comprising: - A first input unit (12) for receiving sensor data which a ground radar sensor (30) generates when detecting a track floor (60) below the rail vehicle (50), - A second input unit (14) for receiving predetermined route floor data which relate to a route floor (60) of one or more rail routes (62); - An evaluation unit (16) for comparing the received sensor data with the predetermined reference floor data in order to assign a rail route (62) and / or a position on the rail route (62) to the received sensor data. Verwendung der Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 in einem Schienenfahrzeug (50).Use of the device (10) after Claim 8 in a rail vehicle (50). Computer-Programm-Produkt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen.Computer program product, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to perform the method according to Claim 1 to execute. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 10 gespeichert ist.Computer-readable storage medium on which the computer program product is based Claim 10 is stored. Datenträgersignal, das das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 10 überträgt.Data carrier signal that the computer program product according to Claim 10 transmits.
DE102019214863.8A 2019-09-27 2019-09-27 Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar Withdrawn DE102019214863A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019214863.8A DE102019214863A1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019214863.8A DE102019214863A1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019214863A1 true DE102019214863A1 (en) 2021-04-01

Family

ID=74872668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019214863.8A Withdrawn DE102019214863A1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019214863A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014065856A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Massachusetts Institute Of Technology Vehicle localization using surface penetrating radar

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014065856A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Massachusetts Institute Of Technology Vehicle localization using surface penetrating radar

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cornick, M. [et al.]: Localizing Ground Penetrating RADAR: A Step Toward Robust Autonomous Ground Vehicle Localization. In: Journal of Field Robotics 33 (1), 2016. S. 82–102. - ISSN 1556-4959 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69631750T2 (en) OBJECT DETECTION DEVICE
DE102018114808A1 (en) Method for the automatic lateral guidance of a following vehicle in a vehicle platoon
DE102006007788A1 (en) Computer-assisted driverless railway train monitoring system, to show its travel behavior, has train-mounted sensors and track position markers for position data to be compared with a stored model
EP3161515B1 (en) Method for positioning a track-bound vehicle, use of the method, and system for positioning a rail-bound vehicle
EP3250943B1 (en) Method for object acquisition in the environment of a vehicle by verifying a spatial deviation of measurement points, control device, driver assistance system and vehicle
DE102015107388A1 (en) Collision avoidance with static targets in confined spaces
EP1895318A1 (en) Method for determining the global position
DE102009014105A1 (en) Detection system for a vehicle
EP3078992B1 (en) System and method for the identification and/or prediction of hail events
DE102007020264A1 (en) Method and measuring device for determining a relative speed
EP3526624A1 (en) Automated open space identification by means of difference analysis for vehicles
WO2021121854A1 (en) Method and monitoring system for determining a position of a rail vehicle
EP3515787B1 (en) Method for determining the position of a rail vehicle and rail vehicle having a position determining device
DE102015214425A1 (en) Method for detecting a course of rails
EP4066006A1 (en) Simultaneous identification and localization of objects by means of bistatic measurement
DE102019214863A1 (en) Localization of a rail vehicle using ground penetrating radar
DE102019206806A1 (en) Determination of the speed and the distance of objects to a sensor system
DE102018203665A1 (en) Position and speed determination through cooperation between a plurality of vehicles
DE102021204372A1 (en) Orientation-based position determination of rail vehicles
DE102017212953A1 (en) Determination of odometric data of a rail vehicle with the aid of stationary sensors
DE102019214567B4 (en) Method and device for operating a pulsed lidar sensor
DE112020005320T5 (en) SENSOR ALIGNMENT DEVICE, RIDE CONTROL SYSTEM AND CORRECTION AMOUNT ESTIMATION PROCEDURE
DE102020205068A1 (en) Control device and method as well as computer program product for localizing a vehicle based on ground radar sensors
DE112019005675T5 (en) INFORMATION PROCESSING DEVICE AND DRIVER ASSISTANT DEVICE
DE102019204661A1 (en) Localization and mapping for an off-road vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee