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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Lichtraums für ein Schienenfahrzeug, sowie ein Computerprogrammprodukt und einen Datenträger.
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Soll auf einem existierenden Streckennetz für Schienenfahrzeuge ein neues Fahrzeug mit neuen Abmessungen eingesetzt werden, muss zunächst überprüft werden, ob der neue, beispielsweise mehrgliedrige Zug alle Stellen des existierenden Gleisnetzes problemlos passieren kann. Insbesondere die Fahrzeugdynamik, z.B. ein starrer Wagenkasten auf beweglichen Fahrgestellen, ist nur schwer abschätzbar.
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Typische Probleme sind dabei Kollisionen mit Bauwerken, Bahnsteigkanten oder Straßenschildern oder Kollisionen mit anderen Zügen auf einem Nachbargleis, insbesondere in engen Kurven.
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Bislang wurden die auf dem Streckennetz bereits eingesetzten Schienenfahrzeuge mit Schaumstoff vergrößert, um die neu dimensionierten Fahrzeuge in Bezug auf deren Lichtraumprofil zu simulieren. Anschließend wird das so modifizierte Fahrzeug über das gesamte Gleisnetz gefahren, um Kollisionen mit der Umgebung zu erkennen. Um zu testen, dass keine Kollisionen mit anderen Schienenfahrzeugen stattfinden, müssen entsprechend zwei Fahrzeuge simuliert werden.
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Im Betrieb eines Schienenfahrzeugs sind verschiedene Methoden zur Hinderniserkennung bekannt geworden. Die
WO 2006/008292 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Fahrwegs eines Schienenfahrzeugs. Bei einer Verletzung eines vorgegebenen Regellichtraumprofils erfolgt eine Überprüfung hinsichtlich der Bekanntheit des Hindernisses. Die
WO 2004/028881 A1 offenbar hierfür ein geeignetes Sensorsystem zur Fahrwegüberwachung.
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Zur Kollisionsvermeidung wird nach der
DE 10 2014 206 473 A1 das Lichtraumprofil des Fahrzeugs auch in Kurven berechnet.
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Zur Erfassung der Umgebung eines Schienenfahrzeugs werden heute insbesondere Kamera-, Laser-, Radar- und Lidarsysteme eingesetzt.
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Mit diesen Systemen ist es auch grundsätzlich möglich, ein, insbesondere dreidimensionales, digitales Abbild der Strecke und somit des Fahrwegs inklusiver seiner Umgebung zu erstellen - ein sogenannter digitaler Zwilling der Strecke.
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Digitale Zwillinge sind digitale Repräsentanzen und somit virtuelle Ebenbilder von Maschinen oder Anlagen, die alle relevanten Daten und Simulationsmodelle umfassen. Neben den Modellen des repräsentierten Objekts enthalten sie auch Simulationen, die die Eigenschaften oder das Verhalten des repräsentierten Objekts beschreiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mögliche Kollisionen eines neuen Schienenfahrzeugs mit Objekten einer Trasse einfach und sicher zu erkennen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überprüfung eines Lichtraums für ein Schienenfahrzeug umfasst folgende Verfahrensschritte:
- a. Einlesen eines digitalen Zwillings einer Trasse für das Schienenfahrzeug;
- b. Einlesen eines digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs;
- c. Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs auf einem vorgegebenen Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse;
- d. Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse.
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Die Reihenfolge der Verfahrensschritte a. und b. ist dabei beliebig.
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Das Schienenfahrzeug umfasst wenigstens einen Wagenkasten, insbesondere aber wenigstens zwei miteinander gekoppelte Wagenkästen. Es kann sich auch um ein mehrgliedriges Schienenfahrzeug handeln. Handelt es sich um ein Schienenfahrzeug mit nur einem Wagenkasten ist dieser üblicherweise auf zwei Fahrwerken oder auch Drehgestellen abgestützt. Bei mehrgliedrigen Schienenfahrzeugen können einzelne Wagenkästen nur auf einem Fahrwerk oder Drehgestell abgestützt sein.
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Die Trasse ist hier so zu verstehen, dass sie sowohl den Fahrweg, also das Gleis, des Schienenfahrzeugs, als auch den Verkehrsraum entlang des vorgegebenen Gleises umfasst. Dies schließt wiederum den Raum auf oder neben oder über dem Gleis mit ein. Hierzu zählen insbesondere streckenseitige Infrastruktureinrichtungen, wie Oberleitungen, Masten, Balisen und Bauwerke, wie Bahnsteige oder andere Bauwerke an der Strecke, sowie die benachbarten Gleise des vorgegebenen Gleises der Trasse und deren Verläufe inklusive Weichen, Überhöhungen etc. Der digitale Zwilling der Trasse umfasst daher neben dem vorgegebenen Gleis und dessen Lage und Verlauf auch den Verkehrsraum entlang des vorgegebenen Gleises und somit Objekte in der Umgebung des Gleises.
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Der Lichtraum für das Schienenfahrzeug wird durch die Trasse
- - durch das Gleis und die Objekte in der Umgebung des Gleises
- - begrenzt. Er könnte auch als freier Lichtraum für das Schienenfahrzeug bezeichnet werden.
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Das Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs definiert umgekehrt den lichten Raum im Verkehrsraum, der auf dem Fahrweg des Schienenfahrzeugs für dieses frei zu halten ist, da es ansonsten zu Kollisionen mit dem Schienenfahrzeug kommen könnte. Bei Berührungen, Überschneidungen oder Überdeckungen des freien Lichtraums für das Schienenfahrzeug, welcher durch die Trasse begrenzt ist, und dem Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs kommt es zu Kollisionen zwischen Objekten der Trasse und dem Schienenfahrzeug.
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Das Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs ist somit in erster Linie abhängig von den Abmessungen des Schienenfahrzeugs, sowohl in vertikalen Querschnittsebenen des Schienenfahrzeugs als auch in horizontalen Längsschnitten, sowie vom Verlauf des Gleises, auf welchem das Schienenfahrzeug fährt. Bei einer Kurvenfahrt wird der Flächenbedarf des Schienenfahrzeugs durch eine innere und durch eine äußere Kurve begrenzt, die sogenannte Hüllkurve, die ihrerseits durch die maßgeblichen äußeren Punkte des Schienenfahrzeugs gebildet werden. Das Lichtraumprofil ergibt sich aus dem Integral der übereinandergelegten Hüllkurven. Weiterhin kann das Lichtraumprofil von der Geschwindigkeit, dem Gewicht und seinem Schwerpunkt oder von Beschleunigungen des Schienenfahrzeugs, insbesondere in Kurven, abhängen. Wie oben bereits erwähnt, spiel der Gleisverlauf, hier seien insbesondere Kurvenradien und Gleisüberhöhungen genannt, eine wesentliche Rolle. Ein schnell durch eine Kurve fahrendes Schienenfahrzeug kann eine andere Neigung aufweisen als das identische, langsam durch die identische Kurve fahrende Schienenfahrzeug.
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Der digitale Zwilling des Schienenfahrzeugs umfasst neben den reinen geometrischen Abmessungen des Schienenfahrzeugs auch Informationen zum dynamischen Verhalten des Schienenfahrzeugs während der Fahrt, im nachfolgenden kurz Dynamik genannt, um beispielsweise Kurvenfahrten bei verschiedenen Geschwindigkeiten abbilden zu können. Hierzu zählen beispielsweise Informationen zu Ausdrehwinkeln der Fahrwerke oder Federraten der Federungen.
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Die Simulation der, sozusagen virtuellen, Fahrt des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs auf dem vorgegebenen Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse erfolgt auf wenigstens einem vorgegebenen Abschnitt des Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse. Die Simulation berücksichtigt die Dynamik des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs während der virtuellen Fahrt.
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Dabei werden mögliche Kollisionen des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse, also Verletzungen des dynamischen Lichtraumprofils des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs durch wenigstens ein Objekt des digitalen Zwillings der Trasse, ermittelt und erkannt.
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Die vorgeschlagene Lösung reduziert den manuellen Testaufwand für neue Fahrzeuge immens und reduziert die Arbeit auf die Erstellung des digitalen Zwillings der Strecke und des Fahrzeugmodells. Die Simulation kann dann vollautomatisch erfolgen.
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Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass sich unterschiedliche Fahrzeugmodelle mit verschiedenen Dimensionen ohne manuellen Aufwand und mehrmaligen Zugang zur Strecke testen lassen. Dies ist relevant für den Bahnnetzbetreiber sowie den Fahrzeughersteller in der Ausschreibungsphase.
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Des Weiteren verringert es den Aufwand beim Kunden vor Ort deutlich. So ist bei bereits vorliegendem digitalem Modell der Trassen des Streckennetzes kein Eingriff in den Betriebsablauf mehr notwendig.
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Es lässt sich bereits in einer sehr frühen Projektphase die Frage beantworten, ob und welche Streckenänderungen erfolgen müssen.
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Nicht zuletzt ermöglicht eine resultierende 3D Visualisierung ein schnelles und räumliches Verständnis eventueller Problem- und Engstellen und kann zusätzlich für Kommunikationszwecke verwendet werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, mögliche Kollisionen eines Schienenfahrzeugs mit Objekten einer Trasse einfach und sicher und vor allem früh, insbesondere bereits bei der Entwicklung des Schienenfahrzeugs, oder aber auch bereits bei der Planung von Umbauten an der Trasse zu erkennen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Verfahrensschritt b. folgt:
- - Einlesen eines digitalen Zwillings eines weiteren Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse;
dass der Verfahrensschritt c. umfasst: - - Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings weiteren Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten
Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse; dass der Verfahrensschritt d. umfasst: - - Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling des weiteren Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse.
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Zur besseren Unterscheidung kann das Schienenfahrzeug, für welches der Lichtraum überprüft wird, als erstes Schienenfahrzeug bezeichnet werden. Das weitergebildete Verfahren zur Überprüfung eines Lichtraums für ein erstes Schienenfahrzeug kann also wie folgt beschrieben werden:
- a. Einlesen eines digitalen Zwillings einer Trasse für das erste Schienenfahrzeug;
- b. Einlesen eines digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs; und gegebenenfalls
- - Einlesen eines digitalen Zwillings eines weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse
- c. Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs auf einem vorgegebenen, ersten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse; und gegebenenfalls
- - Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse;
- d. Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse; und gegebenenfalls
- - Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis der Trasse.
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Die Reihenfolge der Verfahrensschritte a. und b. ist dabei wiederum unerheblich für die Erfindung und kann beliebig erfolgen.
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Hierdurch können nicht nur Kollisionen des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse, sondern auch mit digitalen Zwillingen von weiteren Schienenfahrzeugen auf einem benachbarten, beispielsweise parallelen, zweiten Streckengleis derselben Trasse ermittelt und erkannt werden. Bei den weiteren, zweiten Schienenfahrzeuge kann es sich um beliebige Schienenfahrzeuge handeln. Sie können also in Bauart, Form und Größe vom ersten Schienenfahrzeug abweichen.
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Eine Kollision zwischen dem vorgegebenen digitalen Zwilling des weiteren vorgegebenen, beliebigen zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, beispielsweise parallel zum ersten Streckengleis verlaufenden, zweiten Streckengleis und dem digitalen Zwilling des ersten Schienenfahrzeugs auf dem ersten Streckengleis der Trasse wird analog erkannt bei Berührungen, Überschneidungen oder Überdeckungen der entsprechenden errechneten bzw. simulierten Lichtraumprofile der jeweiligen digitalen Zwillinge der ersten und zweiten Schienenfahrzeuge.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass dem Verfahrensschritt d. folgt:
- - Visualisieren einer erkannten Kollision des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse und/oder mit dem digitalen Zwilling des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis der Trasse.
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Die Visualisierung kann mittels einer Ausgabe- bzw. Anzeigeeinheit, wie einem Bildschirm, erfolgen. Die Visualisierung wird an einen Benutzer ausgegeben.
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Zur Simulation gemäß Verfahrensschritt c. und gegebenenfalls zur Erkennung von Kollisionen gemäß Verfahrensschritt d. und/oder zur Visualisierung einer erkannten Kollision gemäß der vorherigen Weiterbildung kann weitergebildet eine geeignet ausgebildete Game Engine, insbesondere mit Funktionen zur Physiksimulation und 3D Rendering, eingesetzt werden. Solche Game Engins, wie beispielsweise die Unity Engine, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
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Nach einer weiteren Weiterbildung folgt dem Verfahrensschritt d. :
- - Einleiten von wenigstens einer Maßnahme zur Vermeidung einer Kollision des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit einem Objekt des digitalen Zwillings der Trasse und/oder mit dem digitalen Zwilling des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis der Trasse.
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Die Maßnahme kann beispielsweise in einer Änderung der Konstruktion des ersten Schienenfahrzeugs liegen oder in einer, beispielsweise baulichen, Änderung an der Trasse.
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Weitergebildet umfasst der Verfahrensschritt c.:
- - Errechnen eines Lichtraumprofils des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs an mehreren vorgegebenen Stellen der Trasse zumindest in Abhängigkeit des Verlaufs des ersten Streckengleises des digitalen Zwillings der Trasse an denselben Stellen der Trasse; und gegebenenfalls
- - Errechnen eines Lichtraumprofils des digitalen Zwillings des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse an mehreren vorgegebenen Stellen der Trasse zumindest in Abhängigkeit des Verlaufs des benachbarten, zweiten Streckengleises des digitalen Zwillings der Trasse an denselben Stellen des digitalen Zwillings der Trasse;
- - Errechnen eines freien, durch den digitalen Zwilling der Trasse begrenzten Lichtraum für den digitalen Zwilling des ersten Schienenfahrzeugs an denselben Stellen; und gegebenenfalls
- - Errechnen eines freien, durch den digitalen Zwilling des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse begrenzten Lichtraum für den digitalen Zwilling des ersten Schienenfahrzeugs an denselben Stellen des digitalen Zwillings der Trasse.
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Weitergebildet erfolgt das Errechnen des Lichtraumprofils des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs und gegebenenfalls des zweiten Schienenfahrzeugs in weiterer Abhängigkeit zumindest einer vorgegebenen Geschwindigkeit des digitalen Zwillings des ersten und gegebenenfalls des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem jeweils vorgegebenen ersten und gegebenenfalls des benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse.
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Wie oben bereits ausgeführt wird das Lichtraumprofil des ersten Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit des Verlaufs des ersten Streckengleises des digitalen Zwillings der Trasse errechnet. Dies erfolgt an mehreren, insbesondere in vorgegebener, enger Abfolge aufeinanderfolgenden Stellen des digitalen Zwillings der Trasse, so dass insbesondere der gesamte Streckenverlauf hinreichend abgebildet werden kann. Hierzu können Position und Lage, eines oder mehrerer Wagenkästen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs errechnet werden, insbesondere in Abhängigkeit einer errechneten Stellung der entsprechenden Fahrwerke oder Drehgestelle. Diese errechnet sich wiederum anhand des Gleisverlaufs der Strecke, also in Abhängigkeit von Kurvenradien, Übergangsbögen und/oder Gleisüberhöhungen. Die Berechnungen erfolgen gegebenenfalls in weiterer Abhängigkeit von einer vorgegebenen, angenommenen Geschwindigkeit und gegebenenfalls in weiterer Abhängigkeit von einem vorgegebenen, angenommenen Gewicht und dessen Verteilung auf dem ersten Schienenfahrzeug und/oder in Abhängigkeit einer angenommenen Beschleunigung des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs.
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Für den digitalen Zwilling des gegebenenfalls weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse gilt dies in gleicher Weise - der Einfachheit halber wird auf eine weitere Ausführung daher verzichtet.
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Die Dynamik kann jedoch nicht nur die oben genannten, sondern auch weitere bewegliche Teile oder Baugruppen des Schienenfahrzeugs umfassen. Insbesondere steuerbare Bauteile wie Schwenk- oder Schwenkschiebetüren oder ausfahrbare Trittplattformen können dabei von Relevanz sein.
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Verfahrensschritt c. könnte somit ebenfalls umfassen:
- - Simulieren eines Öffnens von Türen des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs im Bereich von Bahnsteigen des digitalen Zwillings der Trasse.
Entsprechend könnte das Lichtraumprofil des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs an vorgegebenen Stellen der Trasse, insbesondere an Bahnsteigen, zumindest in Abhängigkeit einer geöffneten Tür des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs errechnet werden.
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Eine weitere Weiterbildung des Verfahrens ist darin zu sehen, dass dem Verfahrensschritt b. vorausgeht:
- - Erfassen von Informationen zur Beschreibung des ersten und gegebenenfalls des zweiten Schienenfahrzeugs;
- - Erstellen des digitalen Zwillings des ersten und gegebenenfalls des Schienenfahrzeugs mittels der erfassten Informationen.
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Das Erfassen von Informationen zur Beschreibung des Schienenfahrzeugs umfasst insbesondere das Einlesen von Informationen zur Konstruktion und zur Dynamik des Schienenfahrzeugs. Informationen zum konstruktiven Aufbau des Schienenfahrzeugs können auch Konstruktionsunterlagen, insbesondere aus 3D-CAD-Daten oder anderen 3D-Modellen entnommen werden. Informationen zum dynamischen Verhalten des Schienenfahrzeugs können ebenfalls bereits in 3D-Modellen enthalten sein. Oder es wird auf Simulationen des virtuellen Schienenfahrzeugs zurückgegriffen, welche die Dynamik beinhalten, für die beispielsweise eine Baugruppen-basierte Repräsentation angenommen wird; z.B. die Kenntnis, wie sich Wagenkasten und Drehgestelle zueinander mechanisch gesehen bewegen können. Daraufhin kann der digitale Zwilling des Schienenfahrzeugs erstellt werden.
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Für die Trasse liegen solche Daten zunächst meist nicht vor. Gemäß einem weiteren weitergebildeten Verfahren geht dem Verfahrensschritt a. daher voraus:
- - Erfassen von Informationen entlang der Trasse zur Beschreibung der Trasse;
- - Erstellen des digitalen Zwillings der Trasse mittels der erfassten Informationen.
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Weitergebildet wird zum Erfassen der Informationen zur Beschreibung der Trasse ein geeignet ausgebildetes Sensorsystem verwendet wird, welches an bzw. auf einem beliebigen Schienenfahrzeug angeordnet ist, welches entlang der Trasse fährt. Das Schienenfahrzeug kann sich in Bauart, Form und/oder Größe vom Schienenfahrzeug unterscheiden, für welches der Lichtraum überprüft wird. Geeignete Sensorsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie z.B. das Trimble MX9. Das Sensorsystem kann wenigstens eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise eine Kamera, zum Erfassen eines, insbesondere in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen, Verkehrsraums des Fahrzeugs aufweisen. Neben Bildaufnahmeeinrichtungen kann das Sensorsystem auch Abstandssensoren, wie z.B. Radar oder Lidar, aufweisen. Die Bildaufnahmeeinrichtungen, wie auch die Abstandssensoren, können in Fahrtrichtung nach vorne zur Erfassung des in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen, Verkehrsraums des Fahrzeugs als auch zur Seite zur Erfassung des neben dem Fahrzeug befindlichen, Verkehrsraums des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Sie können auch nach oben und/oder nach hinten zur Erfassung des über und/oder hinter dem Fahrzeug befindlichen, Verkehrsraums des Fahrzeugs ausgerichtet sein.
Zur Auswertung der erfassten Daten kann eine geeignete Auswerteeinrichtung vorgesehen sein.
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Dabei können insbesondere Bild-, Lidar- und/oder Radardaten inklusive Lage- und Ortsinformationen an mehreren Stellen entlang der Trasse erfasst werden, insbesondere mittels des geeignet ausgebildeten Sensorsystems, welches an einem beliebigen Schienenfahrzeug angeordnet ist, welches entlang der Trasse fährt. Die Informationen dienen der, insbesondere geometrischen, Beschreibung von Objekten der Trasse, insbesondere zur Beschreibung ihrer Form, Lage und Größe, welche den freien Lichtraum der Trasse begrenzen. Die erfassten Informationen sind geeignet, ein digitales Modell, insbesondere ein 3D-Modell, der Trasse bzw. des freien Lichtraums für ein Schienenfahrzeug der Trasse zu erstellen.
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Im Anschluss kann ein dreidimensionales Abbild der Trasse und somit der Umgebung des Fahrwegs für das Schienenfahrzeug, insbesondere umfassend eine Punktewolke oder ein Gitternetz, mit bekannten Gleisverläufen inklusive Überhöhung, Übergangsbögen, Bogenradien und Gleismittenabständen, Verzierungslinien sowie Weichen erstellt werden. Der digitale Zwilling der Trasse.
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Üblicherweise ist es ausreichend, die Informationen auf einem Streckengleis der Trasse zu erfassen, was jedoch bei Bedarf auf weiteren Streckengleisen der Trasse, oder in umgekehrter Fahrtrichtung wiederholt werden kann.
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Liegt ein digitaler Zwilling der Trasse einmal vor, können auch Umbauten mittels des digitalen Zwillings geplant bzw. simuliert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein geeignetes mobiles Endgerät dieses veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Auf einem erfindungsgemäßen Datenträger ist das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert. Als Datenträger kann jedes Speichermedium zur Speicherung von Daten dienen. Darunter fallen auch elektronische Halbleiterspeicher.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist eingerichtet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie umfasst hierfür die zur Ausführung des jeweiligen Verfahrensschritts geeigneten, teilweise bereits genannten Mittel:
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- - Wenigstens einen Speicher zum Einlesen eines digitalen Zwillings einer Trasse für das Schienenfahrzeug;
- - Wenigstens einen Speicher zum Einlesen eines digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs; und gegebenenfalls
- - Zum Einlesen eines digitalen Zwillings eines weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse;
- - Wenigstens eine Recheneinheit zum Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs auf dem vorgegebenen, ersten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse; und gegebenenfalls
- - zum Simulieren einer Fahrt des digitalen Zwillings des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse;
- - sowie zum Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse; und gegebenenfalls
- - zum Erkennen von Kollisionen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis der Trasse.
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Bei dem Speicher zum Einlesen des digitalen Zwillings der Trasse für das Schienenfahrzeug und zum Einlesen des digitalen Zwillings des ersten Schienenfahrzeugs und gegebenenfalls zum Einlesen des digitalen Zwillings des weiteren, zweiten Schienenfahrzeugs auf dem benachbarten, zweiten Streckengleis des digitalen Zwillings der Trasse, kann es sich um ein und denselben Speicher handeln.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine Ausgabeeinheit zum Visualisieren einer erkannten Kollision des digitalen Zwillings des Schienenfahrzeugs mit dem digitalen Zwilling der Trasse oder mit dem digitalen Zwilling des weiteren Schienenfahrzeugs auf einem benachbarten Streckengleis der Trasse umfassen.
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Die Recheneinheit ist geeignet ausgebildet zur Ausführung der entsprechenden Verfahrensschritte und weist vorteilhaft eine hohe Rechenleistung auf. Sie kann auch aus mehreren einzelnen Recheneinheiten gebildet sein. Die Vorrichtung kann bevorzugt ein leistungsstarker Server, insbesondere ein oder mehrere Cloud-Server sein. Als Speicher können sowohl flüchtige, wie z.B. RAM, als auch nicht-flüchtige Speicher, wie z.B. ROM, dienen.
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Weitergebildet umfasst die Vorrichtung ein geeignet ausgebildetes Sensorsystem zum Erfassen von Informationen zur Beschreibung der Trasse entlang des vorgegebenen Gleises, welches an bzw. auf einem beliebigen Schienenfahrzeug angeordnet ist, welches entlang der Trasse fährt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt schematisch einen Ablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 zeigt schematisch ein beliebiges Schienenfahrzeug mit einem Sensorsystem zur Erfassung von Informationen zur Beschreibung der Trasse.
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In 1 ist schematisch ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Zunächst wird in Schritt 1 ein digitaler Zwilling der Trasse, gegebenenfalls auch des gesamten Streckennetzes eines Betreibers, mit einem 3D Scanner erstellt. Dazu können fertige Sensorsysteme verwendet werden, aber auch einzelne Lidar Sensoren, die auf beliebigen Fahrzeugen montiert werden. Der digitale Zwilling besteht aus der 3D Umgebung als Punktwolke oder Gitternetz und bekannten Gleisverläufen inkl. Überhöhung.
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Weiterhin muss ein 3D Modell des zukünftigen Schienenfahrzeugs vorhanden sein. Um die Dynamik simulieren zu können, wird eine Baugruppen-basierte Repräsentation angenommen: z.B. Kenntnis, wie sich Wagenkasten und Drehgestelle zueinander mechanisch gesehen bewegen können.
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Dieser digitale Zwilling des Schienenfahrzeugs sowie der digitale Zwilling der Trasse werden anschließend eingelesen (Schritt 2).
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Im nächsten Schritt 3 wird nun die Fahrt des virtuellen dynamischen Schienenfahrzeugs simuliert. Dafür werden für jede Stelle eines vorgegebenen Gleises die Position wenigstens eines Fahrzeugwagenkastens berechnet, unter Berücksichtigung der Dynamik der Drehgestelle (Ausdrehwinkel der Drehgestelle in Abhängigkeit des Gleisverlaufs, insbesondere dessen Kurvenradius). Auch eine Neigung des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit des Gleisverlaufs, insbesondere dessen Gleisüberhöhung, und gegebenenfalls in Abhängigkeit einer angenommenen Geschwindigkeit und eines angenommenen Gewichts (inklusive Gewichtsverteilung) des Schienenfahrzeugs können berücksichtigt werden. Damit lässt sich für jede Position des Schienenfahrzeuges entlang des Gleisverlaufs das genaue Lichtraumprofil bestimmen.
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Ist das Lichtraumprofil für jeden Streckenabschnitt bekannt, kann nun simuliert werden ob das dynamische Lichtraumprofil mit Teilen der Umgebung kollidiert. Ebenso kann simuliert werden ob sich die Lichtraumprofile zweier Fahrzeuge, die sich auf zwei benachbarten Gleisen befinden, berühren. Für die Simulation der Fahrt inklusive der Kollisionsüberprüfung sowie für Visualisierungszwecke kann etwa eine Game Engine, z.B. Unity Engine, mit entsprechenden Funktionen zur Physiksimulation und 3D Rendering eingesetzt werden.
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Wird eine Kollision erkannt, wird sie dem Benutzer in Schritt 4 dargestellt.
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In 2 ist ein beliebiges Schienenfahrzeug 5 mit einem an diesem montierten, geeigneten Sensorsystem 6 skizziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/008292 A1 [0005]
- WO 2004/028881 A1 [0005]
- DE 102014206473 A1 [0006]
