DE10218215A1

DE10218215A1 - Verfahren zur optosensorischen Gefahrbereichsüberwachung an Gleisanlagen, Bahnsteigen und Abfertigungsanlagen für Personenbeförderungseinrichtungen jeglicher Art mittels CMOS-Helligkeitssensorsystemen

Info

Publication number: DE10218215A1
Application number: DE2002118215
Authority: DE
Inventors: Alfred Spitzley
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur optosensorischen Überwachung von Gefahrbereichen an Gleisanlagen, Bahnhöfen und Abfertigungsanlagen für Personenbeförderungseinrichtungen jeglicher Art, welches mittels CMOS-Helligkeitssensoren [Fig. 3 (1)] mit zumindest einem digitalen Helligkeitssensorelement, die die Sensorelemente auf Veränderungen, die durch Eindringen von Körpern in den überwachten Gefahrbereich [Fig. 3 (2) (3) (4)] entstehen, detektieren und sicherheitsrelevant melden. Eine Beleuchtungseinrichtung [Fig. 3 (5)] im Fluchttunnel [Fig. 3 (8)] kann den Gefahrbereich dabei gezielt ausleuchten. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das optosensorische Überwachungssystem dadurch besonders sicher, da der Sensor nach den Regeln der Sicherheitstechnik redundant aufgebaut ist, die Überwachung durch Softwaregestaltung redundant arbeitet und die Geometrie des sensitiven Feldes durch Formanpassung an den Gefahrbereich derart gestaltet werden kann, daß eine optimale und redundante Überwachung der Überwachungsflächen [Fig. 3 (2) (3) (4)] möglich ist. Des weiteren ist die optosensorische Überwachung dadurch besonders sicher, da die Auswertesoftware die vom Sensorelement [Fig. 1 (1)] gelieferten Daten nach unterschiedlichen, voneinander unabhängigen Auswertealgorithmen bewerten kann. DOLLAR A Besonders vorteilhaft an dieser Erfindung ist, daß neben der erfindungsgemäßen Aufgabe des Sensorsystems weitere visuelle Steuerungsaufgaben, wie z.B. die vollautomatische Türöffnung und -schließung ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optosensorischen Überwachung von Gefahrbereichen an Gleisanlagen, Bahnsteigen und Abfertigungsanlagen für Personenbeförderungseinrichtungen jeglicher Art mittels CMOS-Helligkeitssensorsystemen, wobei die Sensorelemente Veränderungen, die durch Eindringen von Objekten in den überwachten Gefahrbereich entstehen, detektieren und ein fehlersicheres Steuersignal erzeugen und sicherheitsrelevant melden.
Zur Überwachung von Gefahrbereichen an Bahnsteigkanten und Gleisanlagen in Bahnhöfen mit automatischem führerlosem Fahrbetrieb werden heute Abzäunungen mit Türen und Lichtgitter als sicherheitstechnischen Einrichtungen eingesetzt. Damit soll erreicht werden, dass niemand in den Gefahrbereich im Gleisbett eindringen kann.
Die Lösung mit den Abzäunungen und Türen zum Fahrgastwechsel verlangt jedoch immer einen punktgenauen Fahrzeugstop, damit die Fahrgäste ein und aussteigen können. Dies ist im normalen Fahrbetrieb sicher realisierbar, jedoch im Gefahrfalle, wenn z. B. die Notbremse im Bahnsteigbereich betätigt wird, ist dies nicht gewährleistet. Hält aber der Zug nicht punktgenau, so sind die Fahrgäste wie in einem Aufzug, der zwischen den Stockwerken steckt, eingeschlossen.
Die Absicherung des Gleisbereichs mittels Lichtgitter erfasst in den Gleisbereich eindringende Gegenstände sicher und kann den ankommenden Zug automatisch und schnell durch Notbremsen stoppen. Lichtgitter lassen sich aber auch leicht unbeabsichtigt durch ins Gleisbett flatternde Zeitungen, leere Einkaufstüten, usw. oder beabsichtigt durch ins Gleisbett hängende Schultaschen, Kleidungsstücke oder Fänfahnen von Schlachtenbummlern auslösen.
Gegen die Gefahr, die von den sich automatisch schließenden Türen ausgeht wirken diese Sicherungsmaßnahmen in keiner Weise. Insbesondere hier besteht wegen der erheblichen Verletzungsgefahr an den Schließkanten und Scherspalten jedoch die Notwendigkeit, diese abzusichern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur optosensorischen Überwachung der Bahnsteigkante und des Gleisbettes durch ein Überwachungssystem aus CMOS-Helligkeitssensoren zur Verfügung zu stellen, mit dem zum einen Personen geschützt werden und Gegenstände (Fremdkörper) genügender Größe, die für den Fahrbetrieb eine Störung darstellen beim Eindringen in den Überwachungsbereich erkannt und äußerst zuverlässig und sicher als Warnsignal in Form eines sicheren Fehlerausgangs gemeldet werden. Dazu werden die Sensoren wie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt, über der Bahnsteigkante angebracht und erfassen gleichzeitig die Bahnsteigkanten und Bahnsteiggleisbereich. Des weiteren kann das System leicht an die jeweiligen Abmessungen und Eigenschaften der in den überwachten Bereich eindringenden Objekte durch die Logik der Software erkennen, ob es sich um ein gefährdetes Objekt oder um einen nicht gefahrbringenden Störkörper, wie eine Zeitung oder eine Fahne handelt. Dadurch wird eine optimale Absicherung vom Gleisbett und der Bahnsteigkante bei der Zugeinfahrt, dem Fahrgastwechsel und Zugabfahrt gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren das aktuelle Helligkeitsprofil des Sensorelements von in einer Auswerteeinheit, die vorteilhafterweise im Sensorgehäuse integriert ist, fortlaufend erfasst und segmentweise auf Veränderungen untersucht. Detektiert die Auswerteeinheit eine Veränderung des Helligkeitsprofils so wird dieses Signal auf Größe und Bewegung bewertet. Erkennt der Auswertealgorithmus einen Gefahrfall, so wird Gefahr signalisiert. Erkennt das System einen Störfall ohne Gefahrpotential so wird dies nicht gemeldet, oder es wird als Informationsmeldung ausgegeben.
Die minimale Größe der Objekte wird u. a. durch die physikalische Auflösung des Sensorelements und die Einbauverhältnisse bestimmt, wobei eine Auflösung von bis zu einigen Millimetern möglich ist. Andererseits kann die Auflösung des gleichen Sensors softwaremäßig auch beliebig klein, z. B. 30 cm, eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann eine große und weniger große, grobe Auflösung in der Lösung einer Absicherungsaufgabe beliebig kombiniert werden. Zum Beispiel kann die Gleisabsicherung mit einer sehr geringen Auflösung von 30 cm und die Bahnsteigkantenabsicherung beim Fahrgastwechsel mit einer sehr großen Auflösung von einigen Millimetern arbeiten. Das Sensorelement erlaubt beides gleichzeitig.
Vorzugsweise wird die Überwachungsfunktion durch Beleuchtungseinrichtungen unterstützt. Zum Beispiel können im Sensor oder in der Nähe der Sensoren eine Lichtquelle angebracht sein, die den Gleisbereich und die Bahnsteigkante ausleuchtet. Auch können unter der Bahnsteigkante und im Fluchttunnel Lichtleisten wirken, die über einen Spiegel von der Kamera erfasst werden und so die Sicherheit der Gleisabsicherung erhöhen. Durch diese Beleuchtungseinrichtungen ist einmal sichergestellt, dass immer ausreichende Helligkeit für eine sichere Sensorfunktion zur Verfügung steht, so dass die Überwachung, unabhängig von den im Einsatz sehr unterschiedlichen Lichtverhältnissen stattfinden kann. Andererseits wird durch die Lichtleisten im Gleisbereich erreicht, dass Objekte im Gleisbereich die Strahler abdecken und dies vom Sensor absolut sicher detektiert wird.
Arbeitet die Beleuchtungseinrichtung mit Licht aus dem sichtbaren Frequenzbereich, so ist die überwachte Zone für den Benutzer erkennbar. Das Licht kann dann mittels Optiken gebündelt und als breite Linie entlang der Bahnsteigkante projiziert werden. Arbeitet die Beleuchtungseinrichtung dagegen mit nicht sichtbarer Strahlung, so kann verhindert werden, dass durch Streulicht aus der Umgebung Fehlinformationen entstehen.
Beim Einsatz der Erfindung unter sich verändernden Hintergrundhelligkeiten die nicht auf das Eindringen von Objekten sondern auf Umwelteinflüsse zurückzuführen sind, kann über einen, eine Vielzahl von Überwachungszyklen dauernden Zeitraum die Hintergrundinformation derart erneuert werden, dass sich langsam ändernde Gesamthelligkeiten nicht auf das Auswerteergebnis auswirken.
Bei dem eingangs beschriebenen optosensorischen Überwachungssystem ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, das ein CMOS-Sensor von dem zu überwachenden Bereich ein Helligkeitsmuster erfasst, die Auswerteeinheit das aktuelle Helligkeitsmuster mit vorgegebenen Hintergrundhelligkeiten vergleicht und die Differenz zwischen dem aktuellem Helligkeitsprofil und dem Hintergrundprofil bewertet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optosensorischen Überwachungssystems gilt, dass das Überwachungssystem einerseits ein Service-Interface zum Anschluss einer Parametriereinrichtung, beispielsweise eines Computers, aufweist und andererseits über ein Bussystem, wie z. B. ein CAN-Bus, an eine Steuerung zur Signalweiterverarbeitung angeschlossen ist.
Durch eine Parametriereinrichtung kann das Überwachungssystem von einem zentralen Ort aus optimal an die gegebenen Anforderungen und Einsatzbedingungen angepasst werden. So kann genau der zu überwachende Bereich ausgewählt werden. Ebenso kann der Kennwert festgelegt werden, ab dem die Änderungen des aktuellen Helligkeitprofils als Fehler erkannt werden. Weiter kann die zulässige Fehlergröße eingestellt werden, ab der das Überwachungssystem ein "Alarm"- Signal erzeugt.
Vorteilhafterweise ist eine infrarotes Licht aussendende Beleuchtungseinrichtung vorzusehen und der Sensor auf diese Strahlung abzugleichen. Solche Abgleichmaßnahmen verhindern, dass durch Streustrahlung aus der Umgebung oder Manipulationen mit Taschenlampen oder Laserpointern zu Fehlinformationen führen.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur optosensorischen Überwachung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung, mit den Zeichnungen.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur optosensorischen Überwachung der Bahnsteigkante/Einstiegbereichs und Gleisbettes durch CMOS- Helligkeitssensoren
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der überwachten Flächenbereiche an der Bahnsteigkante und im Gleisbett in der Draufsicht.
Fig. 3 die Darstellung eines Bahnsteigbereichs mit einer erfindungsmäßigen Überwachungsanlage. Anhand von Fig. 1 soll das erfindungsgemäße Verfahren zur optosensorischen Überwachung von Bahnsteigkanten(2) und Gleisbett(3), insbesondere des Gefahrbereiches im Einstiegsbereich (4) an der Bahnsteigkante in Schienenfahrzeuge erläutert werden, wobei hier insbesondere die Verfahrensweise beschrieben wird.
Der Sensor(1) ist an der Bahnhofsdecke in U-Bahnhöfen oder an der Bahnsteigüberdachung angebracht. Über eine Optik (6) ist das Sichtfeld des Sensors so eingeschänkt, dass einmal die Strahlumlenkoptik (7) im Gleisbereich und der Einstiegsbereich an der Bahnsteigkante erfasst wird. An oder unter der Bahnsteigkante und im Fluchttunnel (8) sind Leichtleisten (5) angeordnet, deren Abbildung über die Strahlumlenkoptik(7) auf dem Sensorelement im Sensor(1) abgebildet wird. Softwaremäßig erfasst nun der Sensor ein Helligkeitsprofil von der Bahnsteigkante(2) und den Lichtleisten(5). Anschließend werden fortlaufend aktuelle Helligkeitsprofile errechnet und auf Veränderungen hin überwacht. Ergibt sich keine Veränderung in der Helligkeitprofilfolge, so wird ein "ok"-Signal an eine übergeordnete Steuerung abgegeben. Anderenfalls wird ein Fehlersignal gesetzt.
Hierzu werden die Helligkeitswerte der zu vergleichenden Profilsegmente softwaremäßig bewertet und ein Kennwert gebildet. Unterscheidet sich der Kennwert des aktuellen Helligkeitsprofil vom vorher errechneten Wert, so wird dies als Fehler gewertet. Die Größe der Abweichung vom Sollwert ist für das System ein Maß zur Fehlerdetektion. Ist die Abweichung größer als ein vorher eingestellter Grenzwert X und weisen die Objekteigenschaften auf ein gefährdetes Objekt hin, so setzt die in den Sensor integrierte Auswerteeinheit einen "Fehlerausgang".. Ist die Abweichung kleiner als der Grenzwert X und die Abweichung innerhalb einer einstellbaren Toleranz so wird der Überwachungsbereich als "ok" gewertet.
Das Gesamtsichtfeld des Sensors kann in mehrere Segmente aufgeteilt werden, wobei dann für jedes Segment die Auswerteparameter und Toleranzwerte beliebig eingestellt werden können. Im vorliegenden Fall kann z. B. die Bahnsteigkanteninspektion mit einer Auflösung von 1 cm und die Gleisbettüberwachung mit einer Auflösung von 20 cm eingestellt werden.
Das zuvor beschriebene Verfahren wiederholt sich fortlaufend. Ein solche segmentweise Auswertung des Helligkeitsprofil dauert dabei ca. 5 ms, so daß durch ein von der Auswerteeinheit erzeugtes Alarmsignal über einen Steuerimpuls innerhalb von Sekundenbruchteilen (< 20 ms) eine Reaktion veranlassen kann.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bahnsteiganlage, ausgerüstet mit Sensoren zur Überwachung der Funktions- und Gefahrbereiche an der Bahnsteigkante(2) und im Gleisbett (3), Die zu überwachenden Bereiche sind grau und hellgrau markiert.
Es sind hier 3 Sensoren(1) dargestellt, die Anzahl der Sensoren kann beliebig, je nach der Länge bzw. der Anzahl des zu überwachenden Bereiches gewählt werden.
In Fig. 2 wird anhand der sich überlappenden Wirkbereich der Sensoren deutlich erkennbar, dass mit dem beschriebenen Verfahren eine komplette Absicherung von Bahnsteigkante/Einstiegsbereich (2)(4) und Gleisbettbereich (3) realisiert werden kann.
Über eine Schnittstelle können die Auswerteeinheiten miteinander sowie mit einer Stromversorgung, und einem Service-Interface verbunden sein. Die Verbindung zwischen optosensorischen Überwachungssystemen und der übergeordneten Steuerung erfolgt direkt oder über ein Interfacemodule und Busleitungen. Ein Interface für Eingangssignale und mehrere Interfaces für Ausgangssignale sind vorgesehen. Ausgangssignale sind da bei durch ein "Alarm"- Signal oder ein "ok"-Signal ausgelöste doppelt fehlersichere Steuersignale. Ein Service-Interface dient zur Anpassung des Überwachungssystems an die räumlichen Randbedingungen am Einsatzort.
Hier können eine Tastatur, ein Laptop und ein Kontrollmonitor für Servicearbeiten angeschlossen werden. Diese werden jedoch für den normalen Betrieb nicht benötigt.
Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 und Fig. 2 in Projektionsebenen dargestellten Zusammenhänge als Bildscene aus einem U-Bahnhof, wobei 5 Sensoren(1) die Gleisbettabsicherung und die Bahnsteigkanten/Einstiegsbereich-Absicherung übernehmen.

Claims

1. Verfahren zur optosensorischen Überwachung von Funktions- und Gefahrbereichen, insbesondere der Funktions- und Gefahrbereiche an Bahnsteigen und Gleisanlagen, bei dem von dem Überwachungsbereich fortlaufend ein digitales Helligkeitsmuster erzeugt, gespeichert und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Helligkeitsmuster kontinuierlich von einer elektronischen Auswerteeinheit auf Veränderungen, die durch Eindringen von Objekten in den Überwachungsbereich entstehen, überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung, das Helligkeitsprofil des Funktionsbereiches eines aktuellen Helligkeitsmusters und eines eingelernten Helligkeitsprofils vom gegebenen Funktions- und Gefahrbereichen elektronisch bewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Veränderung des Helligkeitsmusters größer als ein bestimmter Kennwert ist, dies per intelligenter Software als Fehler erkannt wird und in Abhängigkeit von der Fehlererscheinung von der elektronischen Auswerteeinheit ein SPS-Signal erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennwert für die Fehlerentscheidung variabel einstellbar ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedliche Funktions- und Gefahrbereiche, wie z. B. die Bahnsteigkante und das Gleisbett in Bahnhöfen, von einer Sensoreinheit überwacht werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachenden Bereiche durch oder mehreren Beleuchtungseinrichtungen ausgeleuchtet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtungen, oder mehreren nichtsichtbare elektromagnetische Strahlung aussendet.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachenden Bereiche durch strukturierte Oberflächen gekenzeichnet werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Anzahl von Auswertungen eine automatische Anpassung an sich verändernde Umgebungsbedingungen geschieht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundhelligkeit in jedem Meßzyklus erfaßt wird und die softwaremäßige Auswertungen derart gestaltet wird, daß sich verändernde Grundhelligkeiten nicht auf das Auswerteergebnis auswirken.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren eine Überwachungskette bilden und über Schnittstellen eine Informationskette aufbauen.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Helligkeitssensoren einen Bereich überwachen und durch Vergleich der Auswerteergebnisse von den verschiedenen Sensoren gemachten Helligkeitsprofile des überwachten Bereichs eine Fehlerüberwachung der Sensoren erfolgt.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich sich auf den Bahnsteigbereich in Bahnhöfen bezieht.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich sich auf den Bahnsteiggleisbereich bezieht.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich Schließbereiche an der sich automatisch schließenden Tür von Schienenfahrzeugen darstellt.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich im Außenraum des Schienenfahrzeugs unmittelbar vor der Tür auf dem Bahnsteig liegt.

17 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich der Bahnsteigspalt zwischen Wagenkasten des stehenden Zuges und dem Bahnsteig liegt.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich der Tunneleindringbereich in U-Bahnhöfen ist.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsbereich der Langkuppelbereich von Schienenfahrzeugen ist.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der in den Punkten 12. bis 181 genannten Überwachungsbereiche von einem Sensor gleichzeitig überwacht werden.