DE19538022C1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steue­ rung eines Schienenfahrzeugs, mittels der die Bewegungssteue­ rung eines Schienenfahrzeugs zumindest teilweise automatisiert erfolgen kann.

Es wurden bereits Schienenfahrzeugsysteme vorgeschlagen, bei denen ein zu steuerndes Schienenfahrzeug mittels Induktions­ schleifen über den Signalisierungszustand von entlang der Strecke verteilten Signalanlagen informiert wird. Die so er­ faßte Signalzustandsinformation kann dann für eine automati­ sche angepaßte Bewegungssteuerung des Schienenfahrzeugs ver­ wendet werden.

Darüber hinaus ist bekannt, entlang eines Streckenabschnittes Induktionsschleifen vorzusehen, mittels denen eine Positions­ bestimmung eines Schienenfahrzeugs während dem Durchfahren ei­ ner Strecke ermöglicht wird.

Die bisher vorgeschlagenen Systeme zur automatischen Bewe­ gungssteuerung von Schienenfahrzeugen weisen den Nachteil auf, daß sie eine aufwendige Anpassung der Schieneninfrastruktur erforderlich machen, da alle Signalanlagen, die bei der Steue­ rung des Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden müssen, mit entsprechenden Signalisierungseinrichtungen ausgerüstet werden müssen, so daß das Schienenfahrzeug in der Lage ist, die entsprechenden Signalanlagen sowie deren Signal­ zustand zu erfassen. Eine derartige Umrüstung der vorhandenen Infrastruktur ist mit hohen Kosten verbunden, die eine Ver­ wirklichung derartiger Systeme nur für ausgewählte Streckenab­ schnitte denkbar erscheinen lassen.

Aus DE 90 10 195 U1 ist eine Überwachungsvorrichtung für Schienenfahrzeuge zur optischen Kontrolle von Gleisen bekannt. Die Vorrichtung weist eine Videokamera auf, die von dem Schie­ nenfahrzeug mitgeführt wird und auf die Gleise gerichtet ist. Durch das Aufzeichnen der Gleise während der Fahrt des Schie­ nenfahrzeugs können durch spätere Auswertung des Videobandes Gleisschäden erkannt werden.

Aus DE 41 38 270 A1 ist ein Verfahren zur Navigation eines selbstfahrenden Landfahrzeugs bekannt, mittels dem ein Land­ fahrzeug automatisch gesteuert werden kann. Während des Be­ triebs des Landfahrzeugs werden Marken von einer Videokamera erfaßt und mit vorgespeicherten Informationen über die Posi­ tionen der Landmarken verglichen.

Aus DE 42 44 624 A1 ist ein Positionsermittlungssystem für Schienenfahrzeuge bekannt, bei dem die momentane Position des Schienenfahrzeugs basierend auf Signalen, die von Satelliten empfangen werden, berechnet wird. Weiter ist vorgesehen, die von den Satelliten empfangenen Positionssignale mit in einem Datenspeicher abgespeicherten Streckendaten zu vergleichen, um dadurch die Geschwindigkeit, die erforderliche Bremsstrecke, Gleitwerte und/oder Zentrifugalkräfte bestimmen zu können.

Aus DE 26 31 654 ist ein Verfahren zur Sicherung von Eisen­ bahnzügen bekannt, gemäß dem ein Wagen in einem Abstand vor einem Zug fährt, um mittels einer Kamera gefährliche Strecken­ abschnitte zu erkennen und die entsprechende Information an den Zug zu übertragen. Basierend auf den empfangenen Informa­ tionen wird der Zug gesteuert, indem er beispielsweise bis zum Stillstand oder auf eine verringerte Geschwindigkeit abge­ bremst wird.

Aus US 5 129 605 ist ein System zur Positionsermittlung eines Schienenfahrzeugs mittels von GPS-Satelliten und Transpondern gelieferten Signalen bekannt, wobei die Signale entweder von einer Datenverarbeitungsanlage auf dem Schienenfahrzeug oder einer Datenverarbeitungsanlage in einer Basisstation, an die die entsprechenden Signale weitervermittelt werden, verarbei­ tet werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglich­ keit anzugeben, mit der eine automatische Steuerung von Schie­ nenfahrzeugen im wesentlichen ohne Umrüstung der Streckenin­ frastruktur erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Schienen­ fahrzeugs ermöglicht eine intelligente automatische Steuerung eines Schienenfahrzeugs ohne dabei auf eine mit hohen Kosten verbundene Erweiterung der Infrastruktur entlang einer Schie­ nenstrecke angewiesen zu sein. Gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wird über eine Bilderfassungseinrichtung wie beispiels­ weise eine Kamera die Umgebung des momentan von dem Schienen­ fahrzeug durchfahrenen Streckenabschnitts erfaßt. Das erfaßte Bild wird mittels einer Auswerteeinrichtung auf das Vorhanden­ sein von Signalanlagen, die für die momentane Steuerung des Schienenfahrzeugs von Bedeutung sind, untersucht. Bei dieser Untersuchung wird auch der aktuelle Signalzustand der erfaßten Signalanlagen erkannt, so daß diese Information für die Steue­ rung des Zuges verwendet werden kann. Um die visuelle Erfas­ sung zu vereinfachen, ist eine Positionserfassungseinrichtung vorgesehen, über die die aktuelle Position des Schienenfahr­ zeugs innerhalb einer zu durchfahrenden Strecke bestimmt wer­ den kann. Basierend auf dieser Positionsbestimmung kann aus einem Speicher Information über die im aktuellen Streckenab­ schnitt vorhandene Signalanlagen ausgelesen werden. Somit ist für jeden aktuellen Streckenabschnitt bereits bekannt, welchen Signalanlagen bei normalem Betrieb des Schienenfahrzeugs als nächstes von dem Schienenfahrzeug angetroffen werden. Aufgrund dieser bereits vorliegenden Information über die im aktuellen streckenabschnitt vorhandenen Signalanlagen kann die visuelle Erfassung der Signalanlagen mit relativ geringem Aufwand er­ folgen, so daß die noch fehlende Information hinsichtlich des Signalzustandes der Signalanlagen einfach und zuverlässig er­ faßt werden kann.

Bevorzugterweise erfolgt neben der visuellen Erfassung von Signalanlagen sowie deren Signalzustände auch eine Erfassung von eventuell auf der Strecke vorhandenen Hindernissen.

Die Hinderniserfassung kann dabei zusätzlich oder auch alter­ nativ durch eine Radareinrichtung vorgenommen werden.

Zur Feststellung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs auf einer zu durchfahrenden Strecke werden vorzugsweise be­ reits installierte Positionsbestimmungssysteme verwendet, wie etwa das sogenannte Global Positioning System (GPS). Gemäß diesem bekannten System kann durch Empfang mehrerer Satelli­ tensignale eine Positionsbestimmung in äußerst exakter Weise vorgenommen werden. Soweit bestehende Schienenstrecken über Streckenpositionsgebereinrichtungen verfügen, können auch die Signale dieser Einrichtungen zur Positionsbestimmung verwendet werden.

Vorzugsweise wird mit der erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug­ steuervorrichtung nicht nur das Bremsen des Schienenfahrzeugs gesteuert, sondern es findet darüber hinaus auch eine Ge­ schwindigkeits- sowie Traktionssteuerung statt. Besonders be­ vorzugterweise gestattet die erfindungsgemäße Schienensteue­ rungsvorrichtung eine vollautomatische Steuerung der Bewegung eines Schienenfahrzeugs.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur in schematischer Weise eine be­ vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs der Figur dient zum Einbau in ein zu steuerndes Schienenfahrzeug. Die Vorrichtung weist eine Bilderfassungseinrichtung 2 auf, die beispielsweise durch eine Kamera gebildet wird. Die von der Bilderfassungseinrichtung 2 erfaßten Bilder werden von einer Bildverarbeitungs- oder Bildauswerteeinrichtung 3 mit­ tels herkömmlicher Bild- und Musterverarbeitungsverfahren ana­ lysiert, um insbesondere visuell erfaßte Signalanlagen und de­ ren Signalzustand detektieren zu können. Die Kamera 2 erfaßt vorzugsweise mehrere hundert Meter des im folgenden zu durch­ fahrenden Streckenabschnitts, um Signalanlagen sowie deren Si­ gnalzustand derart früh erfassen zu können, daß noch ausrei­ chend Zeit für einen eventuell notwendigen Bremsvorgang ver­ bleibt.

Neben dem Erfassen von Signalanlagen kann die Bilderfassungs­ einrichtung 2 sowie die Bildauswerteeinrichtung 3 auch zum Er­ fassen und Erkennen von auf der Strecke vorhandenen Hindernis­ sen wie beispielsweise freilaufenden Tieren dienen.

Damit die von der Bilderfassungseinrichtung 2 erfaßten Bilder nicht ständig auf das Vorhandensein möglicher Signalanlagen hin untersucht werden müssen, was eine extrem hohe Bildverar­ beitungsgeschwindigkeit sowie äußerst aufwendige Erkennungs­ verfahren erfordern würde, ist bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung eine Positionserfassungseinrichtung vorgesehen, mit­ tels der die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs innerhalb einer zu durchfahrenden Strecke bestimmt werden kann. In Fig. 1 ist dies durch eine Antenne 4 sowie eine Positionserfas­ sungseinrichtung 5 dargestellt. Über die Antenne 4 können bei­ spielsweise Satellitensignale empfangen werden, aus denen durch die Einrichtung 5 Positionsdaten errechnet werden kön­ nen. Ein derartiges satellitengestütztes Positionsbestimmungs­ system stellt das bereits installierte GPS-System (Global Po­ sitioning System) dar. Statt Satelliten- oder andere Funk­ signale zu empfangen, können für die Positionsbestimmung auch Signale von entlang der Strecke verteilten Positionsgebern empfangen werden. Bereits heute sind bestimmte Streckenab­ schnitte mit induktiven Positionsgebern versehen, die eine ex­ akte Positionsbestimmung ermöglichen.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform weist darüber hinaus einen Datenspeicher 6 auf, in dem Daten über die von dem Schienenfahrzeug zu durchfahrende Strecke gespeichert sind. Diese Daten enthalten insbesondere Angaben über die entlang der Strecke verteilt angeordneten Signalanlagen einschließlich der Bedeutung der entsprechenden unterschiedlichen Signal­ isierungszustände.

Mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung 7 können zu einem momentanen Streckenabschnitt aufgrund der von der Positions­ erfassungseinrichtung gelieferten Daten die zugehörigen Daten über den Streckenabschnitt aus dem Speicher 6 ausgelesen wer­ den. Die in dem Speicher 6 gespeicherten Daten können dabei für jeden Streckenabschnitt vor Antritt der Fahrt eingespei­ chert werden, was beispielsweise über eine Eingabeeinrichtung 8 erfolgen kann. Selbstverständlich können in dem Speicher 6 auch die gesamten über das von dem Schienenfahrzeug überhaupt durchfahrene Streckennetz verfügbaren Daten gespeichert sein.

Da somit allein aufgrund der erfolgten Positionsbestimmung die zu dem momentan durchfahrenen Streckenabschnitt gehörigen Streckendaten aus dem Speicher 6 ausgelesen werden können und dadurch auch ohne visuelle Erfassung der Strecke ein hohes Maß an Information bezüglich der unter normalen Umständen zu er­ wartenden Signalanlagen vorliegt, kann die eigentliche Bild­ auswertung im wesentlichen darauf beschränkt sein, daß das Bild dahingehend untersucht wird, ob die als nächstes erwar­ tete Signalanlage in dem Bild vorhanden ist und zusätzlich die noch fehlende Information hinsichtlich des Signalzustands der Signalanlage detektiert wird.

Vorhandene Schienennetze weisen überwiegend noch alte Signal­ anlagen auf, die ihren Signalzustand über eine Form- oder Far­ bänderung anzeigen. Ist beispielsweise aufgrund des Auslesens eines zum momentan durchfahrenen Streckenabschnitts gehörigen Datensatzes bekannt, daß die nächste auftretende Signalanlage eine bestimmte Form aufweist und ihre Signalzustände in einer bestimmten Weise vermittelt, so kann die Bildauswertung dahin­ gehend beschränkt werden, daß untersucht wird, ob die erwarte­ te Signalform auf dem Bild vorhanden ist und weiterhin unter­ sucht wird, welcher der möglichen und bekannten Signalzustände momentan vorliegt.

Da die Bildverarbeitungseinrichtung somit keine extrem aufwen­ dige Bilderkennung durchführen muß, kann sie mit vertretbarem Kostenaufwand realisiert werden.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Radareinrichtung 9 sowie eine entsprechende Auswerteeinrichtung 10 gezeigt. Über die zusätz­ lichen Einrichtungen 9 und 10 ist es möglich, den zu durch­ fahrenden Streckenabschnitt bis mehrere Kilometer im voraus auf das Vorhandensein von Hindernissen zu überwachen. Durch die zusätzliche Radarüberwachung wird insbesondere sicherge­ stellt, daß Hindernisse auf der Strecke ausreichend früh er­ kannt werden, was bei einer visuellen Überwachung mit entspre­ chender Bildverarbeitung, insbesondere bei unübersehbaren Streckenabschnitten, nicht immer gewährleistet werden kann. Die visuelle Erfassung von Hindernis sen auf der Strecke ist gegenüber der Erfassung von Signalanlagen dadurch erschwert, daß im voraus keine Daten über die entsprechenden Hindernisse vorhanden sind, die ein Erkennen erleichtern könnten. Darüber hinaus kann die Art des Hindernisses sehr verschieden sein, so daß es im Gegensatz zu Signalanlagen, die jeweils einer be­ stimmten Kategorie angehören, schwierig sein kann, alle mög­ lichen Arten von Hindernissen erkennen zu können.

Die Datenverarbeitungsanlage 7 verarbeitet die aus dem Spei­ cher 6 ausgelesenen Datensätze sowie die von der Verarbei­ tungseinrichtung 3 gelieferten Daten, um darauf gestützt zu­ mindest Steuersignale für das Bremsverhalten des Schienenfahr­ zeugs zu errechnen. Diese Steuersignale werden dann einer ent­ sprechenden Bremssteuereinrichtung 11 zugeführt, durch die dann der eigentliche Bremsvorgang ausgelöst wird.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 7 berechnet vorzugsweise aus den ihr zugeführten Daten auch die für den momentanen Streckenabschnitt geeignete Geschwindigkeitssteuerung sowie Traktionssteuerung. Vorzugsweise ist die Schienenfahrzeug­ steuervorrichtung 1 so ausgelegt, daß eine vollautomatische Bewegungsteuerung des Schienenfahrzeugs ermöglicht wird.

Eine derartige vollautomatische Steuerung ist insbesondere dann interessant, wenn sich ein bestimmtes Schienenfahrzeug an einem bestimmten Streckenabschnitt in kleinere Einheiten auf­ teilt. Mit einem auf der vorliegenden Erfindung aufbauenden vollautomatischen Schienenfahrzeug wäre es in diesem Fall nicht notwendig, eine entsprechende Anzahl von Bedienungs­ personen mitzuführen, die dann jeweils einen abgetrennten Teil übernehmen, sondern die einzelnen Teile des vormals zusammen­ hängenden Schienenfahrzeugs würden durch eine entsprechende Vielzahl vollautomatischer Vorrichtungen gesteuert werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs mit:
einem Datenspeicher (6) zum Speichern von Daten bezüglich einer von dem Schienenfahrzeug zu durchfahrenden Strecke einschließlich von Daten über Anordnung und Bedeutung von über die Strecke verteilter Signalanlagen,
einer Positionserfassungseinrichtung (4, 5) zum Erfassen der momentanen Position des Schienenfahrzeugs innerhalb der zu durchfahrenden Strecke,
einer Bilderfassungseinrichtung (2) zum visuellen Erfassen der momentanen Streckenumgebung einschließlich der am momentanen streckenabschnitt vorhandenen Signalanlagen,
einer Bildauswerteeinrichtung (3) zum Verarbeiten der von der Bilderfassungseinrichtung (2) erfaßten Bilder, um in den Bildern enthaltene Signalanlagen sowie deren momentanen Signalzustand zu erfassen, und
einer Datenverarbeitungseinrichtung (7), die auf Grundlage der von der Positionserfassungseinrichtung (4, 5) ge­ lieferten momentanen Position des Schienenfahrzeugs, der über diese Position aus dem Datenspeicher (6) auslesbaren Information über die für den momentanen Streckenabschnitt gespeicherten Signalanlagen sowie auf Grundlage der von der Bildauswerteeinrichtung (3) gelieferten Information hinsichtlich der am momentanen Streckenabschnitt visuell erfaßten Signalanlagen und deren Signalzustand, zumindest geeignete Signale für die Bremssteuerung (11) des Schienenfahrzeugs erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Datenverarbeitungseinrichtung (7) neben den Signalen für die Bremssteuerung (11) auch Signale für die Traktions- sowie Geschwindigkeitssteuerung basierend auf den zugeführten Daten erzeugt werden.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Positionserfassungseinrichtung (4, 5) zum Empfangen und Auswerten von GPS-Signalen enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Positionserfassungseinrichtung aufweist, die von entlang der Strecke verteilten Positionsgebern abgegebene Signale detektiert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildauswerteeinrichtung (3) die erfaßten Bilder zusätzlich bezüglich eventuell auf der Strecke vorhandener Hindernisse auswertet und diese Auswertung ebenfalls in die Signale für die Bremssteuerung (11) miteingehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Radareinrichtung (9) vorgesehen ist, mittels der über Auswertung eines Radarfeldes eine Hinderniserkennung er­ möglicht wird, wobei die entsprechende Information eben­ falls in die Signale für die Bremssteuerung (11) miteingehen.