DE10338234A1 - Verfahren zur Ortung eines bewegten Objekts - Google Patents

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Andreas Prof. Dr.-Ing. Rehkopf
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung, bei dem sensorische Informationen von mehreren verschiedenen Sensoren empfangen werden, für die sensorischen Informationen eine Plausibilitätsprüfung ausgeführt wird, ein Ort und ein Ortsvertrauensintervall mittels stochastischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen bestimmt werden, falls bei der Plausibilitätsprüfung mindestens zwei plausible sensorische Informationen identifiziert werden, deren Güteangaben im wesentlichen durch stochastische Einflüsse bestimmt sind, und anderenfalls der Ort und das Ortvertrauensintervall mittels deterministischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen bestimmt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, bei dem sensorische Informationen von mehreren verschiedenen Sensoren empfangen werden, und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
  • Für moderne Verkehrsmittel, insbesondere schienengebundene Verkehrsmittel, ist es wichtig, den Ort des Verkehrsmittels und dessen Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt möglichst genau zu kennen, um eine sichere Steuerung des Verkehrs zu gewährleisten. Insbesondere Zugsteuerungsverfahren und Zugsicherungsverfahren auf der Basis von Funkübertragungen, die weitestgehend auf ortsfeste Ortungseinrichtungen verzichten, machen eine zuverlässige Ortung des bewegten Objekts erforderlich. Um die zurückgelegte Wegstrecke und die Geschwindigkeit eines bewegten Objekts zu bestimmen, stehen verschiedene Sensoren zur Verfügung. Diese umfassen Odometer, Radarsensoren, Gyroskopen, Wegimpulsgeber, Beschleunigungssensoren, GPS-(Global Positioning System)-Sensoren und Balisen.
  • Bei bekannten Verfahren werden die Orts- und Geschwindigkeitsausgabewerte von an dem bewegten Objekt angebrachten Sensoren mittels gegenseitiger Plausibilitätsprüfungen (deterministischer Fusion) signaltechnisch sicher fusioniert. Diese Verfahren zur Bestimmung des Orts und der Geschwindigkeit des bewegten dynamischen Objekts ermöglichen es, Ausfälle und Fehler einzelner Sensoren zuverlässig zu erkennen.
  • Andere Verfahren zur Bestimmung des Orts und der Geschwindigkeit eines bewegten dynamischen Objekts nutzen stochastische Verfahren, um die Orts- und Geschwindigkeitsmessdaten zu fusionieren. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Druckschrift DE 196 33 884 A1 bzw. der zugehörigen Patentschrift EP 0825418 B1 beschrieben. Das darin vorgestellte Verfahren ist prinzipbedingt sehr geeignet für die Fusion einer beliebigen Anzahl von Sensoren mit stochastischem Störverhalten, wie Radarsensoren, interne Navigationssysteme (INS) und GPS-Sensoren. Deterministische Störeffekte (wie Schlupf im Falle von Wegimpulsgebern), Signaldriften (beim Radar oder INS) oder gezielt beaufschlagte Störungen (available selectivity beim GPS) können mit diesem Fusionsverfahren allerdings nur bei einem Einsatz einer entsprechend großen Anzahl diversitär-redundanter Sensoren erkannt werden, weil nur hiermit ein stabiler Clusterschwerpunkt gegenüber dem deterministischen Abdriften einzelner Sensoren vorliegt. Aus Kosten- und Wartungsgründen muss die Anzahl der betrieblich eingesetzten Sensoren jedoch so klein wie möglich gehalten werden, so dass die Drifterkennung nur mittels deterministischer Fusionsverfahren erfolgen kann.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum sicheren Orten eines bewegten Objekts mit einer verbesserten Ortsbestimmung und einer verbesserten Zuverlässigkeit sowie eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, gelöst, bei dem sensorische Informationen von Sensoren empfangen werden, wobei die sensorischen Informationen Ortsmessdaten des bewegten Objekts sowie eine jeweilige Güteangabe für die Ortsmessdaten umfassen; für die sensorischen Informationen eine Plausibilitätsprüfung ausgeführt wird; und ein Ort und ein Ortsvertrauensintervall für das bewegte Objekt auf Basis der sensorischen Informationen mittels stochastischer Fusion, falls mindestens zwei plausible sensorische Informationen identifiziert werden, deren jeweilige Güteangabe im wesentlichen durch stochastische Einflüsse bestimmt ist, oder andernfalls mittels deterministischer Fusion bestimmt werden.
  • Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch eine multisensorische Ortungseinheit (SDMU) zum Bestimmen einer Position eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, gelöst. Die SDMU umfasst eine Vorplausibilisierungseinheit mit mindestens einem Eingang zum Empfangen sensorischer Informationen von Sensoren und zum Ausführen einer Plausibilitätsprüfung für die empfangenen sensorischen Informationen, wobei die sensorischen Informationen Ortsmessdaten für das bewegte Objekt sowie eine jeweilige Güteangabe für die Ortsmessdaten umfassen; ein stochastisches Berechnungsmodul zum Bestimmen eines Orts und eines Ortsvertrauensintervalls des bewegten Objekts mittels stochastischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen; ein deterministisches Berechnungsmodul zum Bestimmen des Orts und des Ortsvertrauensintervalls des bewegten Objekts mittels deterministischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen; eine mit der Vorplausibilisierungseinheit und dem stochastischen Berechnungsmodul und dem deterministischen Berechnungsmodul verknüpfte Steuereinheit zum Weiterleiten der plausibilisierten sensorischen Informationen von der Vorplausibilisierungseinheit zu dem stochastischen Berechnungsmodul oder dem deterministischen Berechnungsmodul und zum alternativen Ansteuern des stochastischen Berechnungsmoduls, falls von der Steuereinheit mindestens zwei plausible sensorische Informationen identifiziert werden können, deren jeweilige Güteangabe im wesentlichen durch stochastische Einflüsse bestimmt ist, oder andernfalls des deterministischen Berechnungsmoduls, um den Ort und das Ortsvertrauensintervall des bewegten Objekts zu bestimmen; und eine Ausgabeeinheit, die mit dem stochastischen Berechnungsmodul und dem deterministischen Berechnungsmodul verknüpft ist, zum Ausgeben des Orts und des Ortsvertrauensintervalls.
  • Die Erfindung umfasst den Gedanken, ein deterministisches Verfahren, welches Fehler, Ausfälle und deterministische Störeffekte einzelner sensorischer Informationen sicher erkennt, mit einer stochastischen Messdatenfusion zu kombinieren. Ein Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erricht wird, besteht darin, dass die Ortung des bewegten Objekts in Abhängigkeit von der Plausibilität der Messdaten der einzelnen Sensoren entweder mittels stochastischer oder deterministischer Fusion der Messdaten erfolgt. Bei einem Betriebszustand, bei dem weder Sensorausfälle noch deterministische Störeffekte auftreten, wird die Position mittels stochastischer Messdatenfusion von sensorischen Informationen bestimmt, deren Ungenauigkeiten im wesentlichen stochastischer Natur sind. Andernfalls erfolgt die Ortung mittels deterministischer Messdatenfusion. Hierbei kann die Zahl der eingesetzten Sensoren klein gehalten werden, da Sensorausfälle und Störungen aufgrund gegenseitiger Plausibilitätsprüfungen zwischen den einzelnen sensorischen Informationen sicher erkannt werden. Somit ist es möglich, mit Hilfe der Erfindung zuverlässig und kostengünstig eine Ortung eines bewegten dynamischen Objekts durchzuführen, um eine hochpräzise, sehr zuverlässige und mit einem kleinen Vertrauensintervall versehene Positionsangabe zu erhalten. Es wird die Sicherheit eines deterministischen Verfahrens mit der genaueren Ortsbestimmung eines stochastischen Fusionsverfahrens kombiniert.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die empfangenen sensorischen Informationen Geschwindigkeitsmessdaten des bewegten Objekts sowie eine jeweilige Güteangabe für die Geschwindigkeitsmessdaten umfassen, die zumindest bei der Bestimmung des Orts und des Ortsvertrauensintervalls mittels der stochastischen Fusion verwendet werden. Dieses Verfahren steigert die Genauigkeit der Positionsermittlung.
  • Eine andere Fortbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Geschwindigkeit und ein Geschwindigkeitsvertrauensintervall des bewegten Objekts bestimmt werden. Hierdurch stehen einer Zugsicherungseinrichtung die Informationen, die den Zustand des bewegten Objekts vollständig beschreiben, zur Verfügung.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die empfangenen sensorischen Informationen ein Balisentelegramm umfassen, welches mindestens eine absolute Ortsangabe umfasst und genutzt wird, um das Ortsvertrauensintervall zurückzusetzen. Das bietet den Vorteil, dass das Vertrauensintervall, welches sich bei jeder Ortsbestimmung aufgrund der Addition von Fehlern vergrößert, wieder auf ein minimales Mindestpositionsvertrauensintervall reduziert werden kann, ohne dabei die Sicherheit zu beeinträchtigen.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Informationen des Balisentelegramms bei der Plausibilitätsprüfung berücksichtigt werden. Der Vergleich des für jeden einzelnen Sensor berechneten Werts des zurückgelegten Wegs mit einem Abstandswert, der auf der Basis der absoluten Positionsangaben zweier nacheinander eingelesener Balisentelegramme ermittelt wurde, ermöglicht es, systematische Fehler einzelner Messsensoren sicher festzustellen. So weicht z. B. die berechnete zurückgelegte Wegstrecke für einen Wegimpulsgeber von der anhand der Balisentelegramminformationen ermittelten "wahren" Wegstrecke dann ab, wenn sich der Raddurchmesser des Rades, an dem der Wegimpulsgeber angeordnet ist, durch Abnutzung verändert hat.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft vorzusehen, dass der bestimmte Ort und das bestimmte Ortsvertrauensintervall einer Nachplausibilitätsprüfung unterzogen werden, um beispielsweise eine Driftkompensation auszuführen und Sensorgüten der Sensoren zu überwachen. Eine solche Nachplausibilisierung ist dann erforderlich, wenn mittels deterministischer Fusion der sensorischen Informationen verschiedener Sensorpaare unterschiedliche Werte für die Position und das Positionsvertrauensintervall ermittelt werden. Die Nachplausibilisierung erlaubt es, die Kombination mit der größten Ausgangssicherheit zu ermitteln. Dies steigert die Gesamtsicherheit des Verfahrens. Ferner ist es mittels der Nachplausibilitätsprüfung möglich, eine Driftkompensation auszuführen, wenn sensorische Informationen von mindestens drei Sensoren vorliegen, von denen mindestens zwei diversitär sind.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass eine Fehlerinformation erzeugt wird, wenn die Bestimmung des Orts nicht möglich ist. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass auf den Ausfall der Ortung schnellstmöglich reagiert werden kann.
  • Eine Ausführungsform der multisensorischen Ortungseinheit (SDMU) kann vorsehen, dass mit Hilfe der Vorplausibilisie rungseinheit sensorische Informationen empfangen werden können, die Geschwindigkeitsmessdaten und eine jeweilige Güteangabe für die Geschwindigkeitsmessdaten umfassen. Stehen weitere Geschwindigkeitsangaben, wie Limitierungswerte oder ATO-Vorgabewerte, zur Verfügung, kann die Berechnung der Position des bewegten Objekts verbessert werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der multisensorischen Ortungseinheit ist vorgesehen, dass mit Hilfe der Ausgabeeinheit zusätzlich eine Geschwindigkeit und ein Geschwindigkeitsvertrauensintervall ausgegeben werden können. So ist die Vorrichtung in der Lage, alle den Zustand des bewegten Objekts beschreibenden Daten zur Verfügung zu stellen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der multisensorischen Ortungseinheit (SDMU) kann vorsehen, dass die Vorplausibilisierungseinheit einen Eingang aufweist, der ein Balisentelegramm empfangen kann, so dass das Balisentelegramm bei der Plausibilitätsprüfung mit einbezogen werden kann. Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die Ortungseinheit in der Lage ist, zusätzliche Informationen auszuwerten, und die Präzision und die Zuverlässigkeit der von der Ortungseinheit ermittelten Position verbessert werden.
  • Eine andere Ausführungsform der Ortungseinheit kann vorsehen, dass die Ausgabeeinheit einen Eingang zum Empfangen des Balisentelegramms und eine Nachplausibilisierungseinheit zur Nachplausibilisierung des bestimmten Orts und des bestimmten Ortsvertrauensintervalls und zum Verändern des Ortsvertrauensintervalls auf Basis des Balisentelegramms umfasst. Diese Ausführungsform weist zusätzliche Funktionalität auf, die es ermöglicht, die Ortung zuverlässiger und präziser zu machen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der multisensorischen Ortungseinheit sieht vor, dass das die Vorplausibilisierungseinheit, die Steuereinheit, das stochastische Berechnungsmodul, das deterministische Berechnungsmodul und die Ausgabeeinheit in einem Mikrocomputer ausgeführt sind. Diese Ausführungsform kann besonders kompakt und kostengünstig hergestellt werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer multisensorischen Ortungseinheit.
  • Anhand von 1 wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines schienengeführten Fahrzeuges, näher erläutert. Block 1 repräsentiert schematisch sensorische Informationen verschiedener Sensoren. Die sensorischen Informationen umfassen aufgearbeitete Ortsmessdaten und Geschwindigkeitsmessdaten, die aus Rohdaten verschiedener Sensoren aufbereitet worden sind. Zusätzlich umfassen die sensorischen Informationen für die Orts- und die Geschwindigkeitsmessdaten der verschiedenen Sensoren jeweils eine Güteangabe in Form einer Messvarianz. Darüber hinaus können die sensorischen Informationen Angaben der verschiedenen Sensoren umfassen, die beispielsweise Auskunft über deren fehlerfreien Betrieb geben. Die Sensoren, die die sensorischen Informationen ermitteln, sind an dem zu ortenden bewegten Objekt, z. B. einer Lokomotive, angeordnet.
  • Von einem Balisentransmissionsmodul (BTM) werden Informationen zur Verfügung gestellt, die beim Überfahren einer Balise durch das zu ortende bewegte Objekt von der Balise in Form eines Balisentelegramms empfangen werden (vgl. Block 2 in 1). Die Informationen des Balisentelegramms werden ebenfalls von den sensorischen Informationen umfasst. Die Informationen des Balisentelegramms umfassen eine Ortsangabe und in der Regel einen Überfahrzeitpunkt des zu ortenden bewegten Objekts, der als Zeitstempel bezeichnet wird und zur Synchronisation mit den übrigen sensorischen Informationen verwendet wird, und eine Information über einen Abstand zu einer nächsten Balise. Darüber hinaus kann das Balisentelegramm weitere Informationen wie eine Identifikationsnummer umfassen.
  • Die gesamte mit Hilfe der Blöcke 1 und 2 in 1 schematisch dargestellte sensorische Information wird zu einer Vorplausibilisierung im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung zusammengeführt (vgl. Block 3 in 1). Die einzelnen Orts- und Geschwindigkeitsmessdaten eines jeden Sensors, die zwischen einem früheren Auswertezeitpunkt tk-1 und einem Auswertezeitpunkt tk erhoben wurden, werden dann auf ihre Plausibilität hin überprüft. Die Informationen des Balisentelegramms werden ebenfalls auf Plausibilität geprüft, beispielsweise indem die Informationen mit denen eines Streckenatlasses verglichen werden. Verschiedene Verfahren zur Plausibilitätsprüfung von Orts- und Geschwindigkeitsangaben sind dem Fachmann bekannt und werden hier deshalb nicht näher erläutert.
  • Anhand der Ergebnisse der Plausibilitätsprüfung für die einzelnen Orts- und Geschwindigkeitsangaben wird ermittelt, ob zu einem Auswertungszeitpunkt ti plausible Messdaten von min destens zwei Sensoren vorliegen, deren Güteangaben im wesentlichen durch stochastische Unsicherheiten bestimmt sind. Solche Sensoren umfassen insbesondere Radarsensoren, interne Navigationssensoren, Trägheitssensoren, Gyroskope, GPS-Sensoren. Diese Sensoren werden hier als stochastische Sensoren bezeichnet. Liegen plausible Ortsmessdaten für mindestens zwei stochastische Sensoren vor, so wird festgelegt, dass ein Ort und ein Ortsvertrauensintervall sowie eine Geschwindigkeit und ein Geschwindigkeitsvertrauensintervall mittels stochastischer Fusion der Messdaten zu bestimmen sind, was in 1 mittels eines Blocks 4 schematisch dargestellt ist.
  • Ein Block 5 in 1 repräsentiert schematisch eine anschließende Bestimmung des Orts und der Geschwindigkeit sowie des Ortsvertrauensintervalls und des Geschwindigkeitsvertrauensintervalls. Verschiedene Verfahren zur stochastischen Fusion von Messdaten und zur stochastischen Filterung sind dem Fachmann bekannt. Die Bestimmung des Orts, des Ortsvertrauensintervalls, der Geschwindigkeit und des Geschwindigkeitsvertrauensintervalls nach einem möglichen Verfahren wird daher im folgenden nur kurz beispielhaft skizziert.
  • Ein Block 6 in 1 repräsentiert schematisch die Bestimmung der Geschwindigkeit und des Geschwindigkeitsvertrauensintervalls. Zunächst wird aus den zu dem Auswertezeitpunkt tk empfangenen Geschwindigkeitsangaben und den zugehörigen Güteangaben eine Geschwindigkeitsverbundmessdichte gebildet, von der ein erstes Moment, ein Erwartungswert, und ein zweites Moment, eine Varianz, bestimmt werden. Der Erwartungswert repräsentiert die aus der stochastischen Messdatenfusion resultierende gemessene Geschwindigkeit und die Varianz deren stochastische Güte. Zum einen wurden unter Berücksichtigung dynamischer Eigenschaften des zu ortenden bewegten Objekts eine Geschwindigkeitsschätzung, eine Geschwindigkeitsprädiktion, und eine Güte, eine Geschwindigkeitsvarianz, für einen nächsten Auswertezeitpunkt tk+1 berechnet. Zum anderen ergibt eine Filterung, die die fusionierte Geschwindigkeitsverbundmessdichte mit der für Messdaten zu dem früheren Auswertezeitpunkt tk-1 bestimmten Geschwindigkeitsprädiktion verknüpft, eine beste Bestimmung der Geschwindigkeit des zu ortenden bewegten Objekts zum Auswertzeitpunkt tk. Abschließend wird das Geschwindigkeitsvertrauensintervall bestimmt.
  • Anschließend wird der Ort des zu ortenden bewegten Objekts bestimmt (vgl. Block 7 in 1). Die Bestimmung erfolgt analog zu der Berechnung der Geschwindigkeit (vgl. Block 6 in 1). Zunächst werden eine Ortsverbundmessdichte sowie deren Momente ermittelt, die einen Ort und eine Güteangabe repräsentieren. Anschließend werden einerseits unter Verwendung der ermittelten Ergebnisse eine Ortsprädiktion, eine Ortsschätzung, für den Ort und eine Prädikationsortsgüte für den nächsten Auswertezeitpunkt tk+1 berechnet. Andererseits wird ebenfalls mittels Filterung der Ort des zu ortenden bewegten Objekts zum Auswertezeitpunkt tk bestimmt. Hierbei werden eine Ortsprädiktion und eine Ortsprädiktionsgüte, die mittels Messdaten für den früheren Auswertezeitpunkt tk-1 bestimmt wurden, mit den Momenten der Ortsverbundmessdaten für den Abtastzeitpunkt tk verknüpft. Abschließend wird das dazugehörige Ortsvertrauensintervall bestimmt.
  • Die ermittelten Werte für den Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindkeitsvertrauensintervall werden ausgegeben, sofern bei der Plausibilitätsprüfung der Orts- und Geschwindigkeitsmessdaten kein Driften festgestellt wurde, wie in 1 schematisch mittels eines Blocks 8 dargestellt ist.
  • Unter einem Driften versteht man die systematische Abweichung eines Messwertes von dem tatsächlichen ("wahren") Wert einer zu messenden Größe. Zum Driften gehören z. B. Fehler in den Wegimpulsgebersensoren aufgrund von Schlupf der Räder im Brems- oder Beschleunigungsfall. Konnte ein Driften bei der Plausibilitätsprüfung der sensorischen Informationen sicher erkannt werden und war darüber hinaus die Berechnung des Orts, des Ortsvertrauensintervalls, der Geschwindigkeit, und des Geschwindigkeitsvertrauensintervalls mittels stochastischer Fusion der Messdaten (Block 5) möglich, so wird eine Nachplausibilitätsprüfung durchgeführt (vgl. Block 8 in 1). Hierbei können auch Informationen verwendet werden, die zu zurückliegenden Auswertezeitpunkten tk-i (i=1,2,...) ermittelt wurden. Ergibt die Nachplausibilitätsprüfung, dass die ermittelten Werte (vgl. Block 5 in 1) plausibel sind, werden diese ausgegeben.
  • Musste eine stochastische Fusion gänzlich verworfen werden, weil die Plausibilitätsprüfung der sensorischen Informationen keine geeignete(n) Sensor-Kombination(en) fand, müssen verbleibende Paarkombinationen deterministisch fusioniert werden. Unter einem deterministischen Fusionsverfahren versteht man ein Verfahren, bei dem anhand des Vergleiches der sensorischen Informationen miteinander die gewünschten Werte für den Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindigkeitsvertrauensintervall nicht stochastisch bestimmt werden. Sind mehrere Paarkombinationen möglich (z. B. ein erster Wegimpulsgeber mit einem ersten Radar, ein zweiter Wegimpulsgeber mit dem ersten Radar, der zweite Wegimpulsgeber mit einem zweiten Radar, usw.), muss bei der Nachplausibilitätsprüfung die Kombination mit der größten Ausgangssicherheit ermittelt werden. Konnte nur eine Kombination gefunden werden, liefert die Auswertung der deterministischen Fusion für diese Kombination direkt Ausgabewerte für den Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindigkeitsvertrauensintervall. Sind die ermittelten Werte für diese Kombination nicht ausreichend plausibel, so kann dies nur für wenige Auswertezyklen toleriert werden und führt zu Betriebseinschränkungen. Existieren für eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Auswertezeitpunkten nicht mindestens von zwei verschiedenen Sensoren plausible sensorische Informationen, wird ein Fehlersignal erzeugt, das angibt, dass keine zuverlässige Ortsbestimmung möglich ist.
  • Die Information über den Ort der Balise des zu dem Auswertezeitpunkt tk empfangenen plausiblen Balisentelegramms wird als Ort des bewegten Objekts verwendet, und zugleich wird das Ortsvertrauensintervall auf einen Minimalwert zurückgesetzt (vgl. Block 8 in 1).
  • Die mit Bezug auf 1 beschriebenen Fusionsverfahren stellen nur Beispiele für ein stochastisches und deterministisches Fusionsverfahren dar, die dem Fachmann als solche bekannt sind. Die Erfindung kann für beliebige deterministische Fusionsverfahren und beliebige stochastische Fusionsverfahren ausgeführt werden. Der Fachmann kann in Abhängigkeit vom Anwendungsfall unter den bekannten Verfahren auswählen. Die Vorteile der Erfindung sind unabhängig von der konkreten Wahl der Verfahren.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für eine schlupfbehaftete Lokomotive mit Allachsantrieb. Block 10 repräsentiert schematisch eine Lokomotive mit zwei Radarsensoren und zwei Wegimpulsgebern, die sensorische Informationen an eine Vorplausibilisierungseinheit 11 in aufbereiteter Form weiterleiten. Um ein 2x2-Prinzip zu verwirklichen, werden für die Lokomotive zwei Radarsensoren unterschiedlicher Bautypen und/oder mit unterschiedlicher Ausleuchtung verwendet. Die Vorplausibilisierungseinheit 11 empfängt ferner Balisentelegramminformationen, die von einer Aufbereitungseinheit 12 geliefert werden. Eine Steuereinheit 13, die von der Vorplausibilisierungseinheit 11 umfasst sein kann, steuert in Abhängigkeit der Ergebnisse der Plausibilitätsprüfung, die von der Vorplausibilisierungseinheit 11 ausgeführt wird, ob der Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindigkeitsvertrauensintervall mittels eines stochastischen Berechnungsmoduls 14 oder mittels eines deterministischen Berechnungsmoduls 15 bestimmt werden sollen. Die hierfür erforderlichen sensorischen Informationen werden dem stochastischen Berechnungsmodul 14 bzw. dem deterministischen Berechnungsmodul 15 zugeführt. Im Normalbetrieb, bei dem beide Radarsensoren einwandfrei arbeiten, werden von dem stochastischen Berechnungsmodul 14 der Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindigkeitsvertrauensintervall, wie oben beschrieben, mittels stochastischer Fusion berechnet und an eine Ausgabeeinheit 16 weitergeleitet und von der Ausgabeeinheit 16 dargestellt. Hat die Plausibilitätsprüfung der sensorischen Informationen, die von der Vorplausibilisierungseinheit 11 ausgeführt wurde, ergeben, dass die sensorische Information eines der beiden Radarsensoren nicht innerhalb eines Toleranzfensters liegt, das anhand von allen Sensorausgangswerten gebildete wurde, legt die Steuereinheit 13 fest, dass der Ort, das Ortsvertrauensintervall, die Geschwindigkeit und das Geschwindigkeitsvertrauensintervall mittels des deterministischen Berechnungsmoduls 15 ermittelt werden. Liegt hierbei der Fall vor, dass nur der eine Radarsensor unplausible sensorische Information liefert, wird die sensorische Information des anderen Radarsensors mit den sensorischen Informationen der Wegimpulsgeber deterministisch fusioniert. Jede weitere Nachplausibilisierung, die in der Ausgabeeinheit 16 durchgeführt wird, wenn z. B. der andere Radarsensor auch keine plausible sensorische Information liefert oder Schlupf in einem oder beiden Wegimpulsgebern aufgetreten ist, führt zu einem sogenannten "degraded mode", bei dem das Ortsvertrauensintervall um einen Sicherheitszuschlag vergrößert wird.
  • Die Ausgabeeinheit 16 empfängt ferner die Balisentelegramminformation und nutzt diese dazu, sofern die Plausibilitätsprüfung positiv abgeschlossen wurde, wie oben erläutert wurde, den Ort des bewegten Objekts festzulegen und das Ortsvertrauensintervall auf einen Minimalwert zurückzusetzen.
    •

Claims (13)

  1. Verfahren zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs, bei dem sensorische Informationen von Sensoren empfangen werden, wobei die sensorischen Informationen Ortsmessdaten des bewegten Objekts sowie eine jeweilige Güteangabe für die Ortsmessdaten umfassen; für die sensorischen Informationen eine Plausibilitätsprüfung ausgeführt wird; und ein Ort und ein Ortsvertrauensintervall für das bewegte Objekt auf Basis der sensorischen Informationen mittels stochastischer Fusion, falls mindestens zwei plausible sensorische Informationen identifiziert werden, deren jeweilige Güteangabe im wesentlichen durch stochastische Einflüsse bestimmt ist, oder andernfalls mittels deterministischer Fusion bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen sensorischen Informationen Geschwindigkeitsmessdaten des bewegten Objekts sowie eine jeweilige Güteangabe für die Geschwindigkeitsmessdaten umfassen, die zumindest bei der Bestimmung des Orts und des Ortsvertrauensintervalls mittels der stochastischen Fusion verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit und ein Geschwindigkeitsvertrauensintervall des bewegten Objekts bestimmt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die emp fangenen sensorischen Informationen ein Balisentelegramm umfassen, welches mindestens eine absolute Ortsangabe umfasst und genutzt wird, um das Ortsvertrauensintervall zurückzusetzen.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen des Balisentelegramms bei der Plausibilitätsprüfung berücksichtigt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Ort und das bestimmte Ortsvertrauensintervall einer Nachplausibilitätsprüfung unterzogen werden, um beispielsweise eine Driftkompensation auszuführen und Sensorgüten der Sensoren zu überwachen.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlerinformation erzeugt wird, wenn die Bestimmung des Orts nicht möglich ist.
  8. Multisensorische Ortungseinheit (SDMU) zur sicheren Ortung eines bewegten Objekts, insbesondere eines fahrenden Schienenfahrzeugs (10), mit: einer Vorplausibilisierungseinheit (11) mit mindestens einem Eingang zum Empfangen sensorischer Informationen von Sensoren und zum Ausführen einer Plausibilitätsprüfung für die empfangenen sensorischen Informationen, wobei die sensorischen Informationen Ortsmessdaten für das bewegte Objekt sowie eine jeweilige Güteangabe für die Ortsmessdaten umfassen; einem stochastischen Berechnungsmodul (14) zum Bestimmen eines Orts und eines Ortsvertrauensintervalls des bewegten Ob jekts mittels stochastischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen; einem deterministischen Berechnungsmodul (15) zum Bestimmen des Orts und des Ortsvertrauensintervalls des bewegten Objekts mittels deterministischer Fusion auf Basis der sensorischen Informationen; einer mit der Vorplausibilisierungseinheit (11) und dem stochastischen Berechnungsmodul (14) und dem deterministischen Berechnungsmodul (15) verknüpften Steuereinheit (13) zum Weiterleiten der plausibilisierten sensorischen Informationen von der Vorplausibilisierungseinheit (11) zu dem stochastischen Berechnungsmodul (14) oder dem deterministischen Berechnungsmodul (15) und zum alternativen Ansteuern des stochastischen Berechnungsmoduls (14), falls von der Steuereinheit (13) mindestens zwei plausible sensorische Informationen identifiziert werden können, deren jeweilige Güteangabe im wesentlichen durch stochastische Einflüsse bestimmt ist, oder andernfalls des deterministischen Berechnungsmoduls (15), um den Ort und das Ortsvertrauensintervall des bewegten Objekts zu bestimmen; und einer Ausgabeeinheit (16), die mit dem stochastischen Berechnungsmodul (14) und dem deterministischen Berechnungsmodul (15) verknüpft ist, zum Ausgeben des Orts und des Ortsvertrauensintervalls.
  9. Multisensorische Ortungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Vorplausibilisierungseinheit (11) sensorische Informationen empfangen werden können, die Geschwindigkeitsmessdaten und eine jeweilige Güteangabe für die Geschwindigkeitsmessdaten umfassen.
  10. Multisensorische Ortungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Ausgabeeinheit (16) zusätzlich eine Geschwindigkeit und ein Geschwindigkeitsvertrauensintervall ausgegeben werden können.
  11. Multisensorische Ortungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorplausibilisierungseinheit (11) einen Eingang aufweist, der ein Balisentelegramm empfangen kann, so dass das Balisentelegramm bei der Plausibilitätsprüfung mit einbezogen werden kann.
  12. Multisensorische Ortungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (16) einen Eingang zum Empfangen des Balisentelegramms und eine Nachplausibilisierungseinheit zur Nachplausibilisierung des bestimmten Orts und des bestimmten Ortsvertrauensintervalls und zum Verändern des Ortsvertrauensintervalls auf Basis des Balisentelegramms umfasst.
  13. Multisensorische Ortungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vorplausibilisierungseinheit (11), die Steuereinheit (13), das stochastische Berechnungsmodul (14), das deterministische Berechnungsmodul (15) und die Ausgabeeinheit (16) in einem Mikrocomputer ausgeführt sind.
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