DE19611775A1 - Verfahren zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung sind in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 195 29 986 beschrieben. Dort stellen die eine Strecke befah­ renden Fahrzeuge ihren jeweiligen Fahrort dadurch fest, daß sie ein von ihnen detektiertes aktuelles Streckenbild mit einer Referenzstreckenabbildung korrelieren, für die in einem Streckenatlas Streckenpositionen hinterlegt sind. Die Strec­ kenabbildung soll aus einer Radar-, Infrarot- oder Videoab­ bildung der Strecke bestehen. Die Referenzabbildung, mit der die aktuelle Streckenabbildung zu korrelieren ist, wurde bei einer früheren Fahrt des Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs des gleichen Fahrzeugtypes auf gleiche Weise aufgenommen wie das aktuelle Streckenabbild und zusammen mit der Streckenkilome­ trierung in einem Speicher hinterlegt.

Die für einen bestimmten Fahrort geltende Streckenabbildung ist mindestens jahreszeitlichen und witterungsbedingten Ände­ rungen unterworfen, d. h. das Streckenpanorama unterscheidet sich im Winter insbesondere nach Schneefall stark von dem entsprechenden Sommerpanorama und auch die Begrünung von Büschen und Bäumen im Frühling und Sommer ergibt ein unter­ schiedliches Panorama gegenüber entlaubten oder teilentlaub­ ten Büschen und Bäumen im Herbst und im Winter. Darüber hin­ aus verändern bauliche Tätigkeiten entlang der Strecke das Streckenpanorama und erschweren die Fahrzeugortung.

Aus der DE 32 05 314 C2 ist eine Einrichtung zur Eigenortung eines spurgeführten Objektes auf einer Strecke bekannt, die mit einem in regelmäßigen Abständen gekreuzten Linienleiter für die drahtlosen Informationsübertragung von der Strecke auf den Zug versehen ist. Fahrzeugseitige Empfangsspulen detektieren die Phasenlage der Empfangsspannungen im jeweils befahrenen Linienleiterabschnitt und bewerten sie. Durch Zählen der passierten Linienleiterkreuzungsstellen kann das Fahrzeug feststellen, wo es sich auf der Strecke befindet; für die Feinortung innerhalb der einzelnen Linienleiterab­ schnitte werden auf den Fahrzeugen zusätzliche, z. B. von einer nicht angetriebenen Fahrzeugwelle gesteuerte, Weg­ meßeinrichtungen benötigt. Diese bekannte Einrichtung zur Eigenortung eines spurgeführten Objektes benötigt zwingend den im Gleis verlegten Linienleiter und ist daher recht auf­ wendig.

Aus der US-PS 5,129,605 ist ein fahrzeugseitiges Ortungs­ system für Schienenfahrzeuge bekannt, das die jeweilige Fahr­ zeugposition durch Laufzeitbewertung von Satellitensignalen bestimmt. Ein solches auf Satellitennavigation beruhendes Ortungssystem hat den Nachteil, daß es in Abschattungsberei­ chen, insbesondere Tunnels und überdachten Bahnhöfen, keine brauchbaren Ortungsangaben liefert. Außerdem besteht immer die Gefahr, daß die für die Satellitennavigation verwendeten Satelliten aus militärischen Gründen vorübergehend oder lang­ fristig nicht für die private Nutzung zur Verfügung gestellt werden, so daß das Ortungssystem dann vollständig ausfällt.

Aus der DE 29 42 933 A1 ist eine Vorrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung schienengebundener Fahrzeuge bekannt, bei der eine fahrzeugseitige Radareinrichtung eine in Fahr­ richtung schräg zum Boden gerichtete Radarantenne aufweist, die einen schmalen Bereich zwischen den Gleisen ausleuchtet. Das am Gleisbett reflektierte Signal wird auf dem Fahrzeug empfangen und bezüglich der die Information über die Mo­ mentangeschwindigkeit des Fahrzeugs enthaltenden Dopplerver­ schiebung ausgewertet. Aus der Fahrgeschwindigkeit läßt sich auf dem Fahrzeug auch der zurückgelegte Fahrweg und damit der jeweilige Fahrort errechnen, allerdings nur solange die Radarsendesignale vom Schotter oder sonstigen reflektierenden Materialien im Gleisbett in ausreichendem Maße zurückgeworfen werden. Das ist bei Schnee und Eis nicht der Fall, so daß die Ortungseinrichtung dann versagt oder zumindest unzuverlässig arbeitet.

Für die fahrzeugseitige Geschwindigkeitsbestimmung von Bahn­ fahrzeugen ist es bekannt (Hasler Mitteilungen, 34. Jahrgang, Nr. 2, Juni 1975, Seiten 33 bis 47), vom Fahrzeug aus die Lauffläche einer Fahrschiene mittels zweier in Fahrrichtung beabstandeter Optiken abzutasten und die Zeitverschiebung zwischen dem Auftreten übereinstimmender Abbildungen an den beiden Optiken zu messen. Aus dem Abstand der beiden Optiken und der Zeitverschiebung der korreliert Abbildungen ergibt sich die Vorrückgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Eine Eigenor­ tung des Fahrzeugs auf der Strecke ist mit der bekannten Ein­ richtung nicht möglich.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO95/32117 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Neigung von Wagenkästen spurgeführter Fahrzeuge bekannt, die auf der Bewertung bestimmter Streckenparameter, nämlich der Gleis­ krümmungen und der Gleisüberhöhungen, aufbauen. Diese Größen werden mindestens für die Kurvenbereiche bei einer Testfahrt aufgenommen und abgespeichert und bei späteren Fahrten zur Neigungssteuerung herangezogen. Die abgespeicherten Daten können bei Folgefahrten aktualisiert werden. Für die Ortung von Fahrzeuge werden an der Strecke zusätzliche Positionsge­ ber benötigt, die den Fahrzeugen den von ihnen jeweils befah­ renen Fahrort benennen.

Aus der EP 0 561 705 A1 sind ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur Eigenortung spurgeführter Fahrzeuge bekannt, die auf der Korrelation bestimmter Streckenparameter, vorzugsweise ebenfalls der Gleiskrümmungen, beruhen. Als weitere Ortungs­ parameter soll die Lage von Schienenstromschließern bewertet werden. Eine laufende feinfühlige Eigenortung von Fahrzeugen auf freier Strecke ist mit den Mitteln der EP 0 561 705 A1 nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das bzw. die überall auf der Strecke eine hinreichend genaue Lokalisierung der Fahrzeuge zuläßt und hierzu ohne gleisseitige Zusatzeinrich­ tungen wie Linienleiter und Ortsbaken auskommt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 3.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in den

Fig. 1 und 2 ortsbezogene Beschleunigungsdiagramme und in

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Fahrzeugor­ tungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt das Frequenzspektrum eines Beschleunigungs­ signals, das von einem fahrzeugseitigen Sensor beim Passieren eines bestimmten Streckenpunktes erzeugt wird. Dieses orts­ spezifische Sensorsignal weist unterschiedliche Amplituden A bei unterschiedlichen Frequenzen f auf. Die niederfrequenten Beschleunigungen sagen etwas aus über die makroskopische Streckentopologie (Kurvenradien, Gleisbettung), die höherfre­ quenten Schockbeschleunigungen etwas über mikroskopische Streckenunebenheiten. Der Beschleunigungssensor, der dieses Rüttelprofil der Strecke zur Verfügung stellt, muß ausgespro­ chen robust sein, um den extremen Umweltbedingungen und den auftretenden Beschleunigungen dauerhaft standhalten zu kön­ nen. Er ist auf dem Fahrzeug möglichst ungefedert anzubringen und detektiert dann beispielsweise die in der Vertikalen auf­ tretenden Beschleunigungen. Es können weitere Sensoren zum Detektieren von insbesondere in der Horizontalen quer zur Fahrrichtung auftretenden Beschleunigungen vorgesehen sein, die ebenfalls für jeden Fahrort ein ortsspezifisches mehrfre­ quentes Beschleunigungssignal liefern.

Fig. 2 zeigt die beim Passieren aufeinanderfolgender Fahrorte S0 bis S10 von einem fahrzeugseitigen Beschleuni­ gungssensor detektierten mehrfrequenten Beschleunigungswerte. Die einzelnen Kurvenzüge haben untereinander eine gewisse Ähnlichkeit; tatsächlich unterscheiden sie sich aber ortsab­ hängig markant voneinander. Die Erfindung baut auf dem Vor­ handensein und auf der Reproduzierbarkeit der ortsselektiven Frequenzspektren der Beschleunigungssignale auf und zwar der­ gestalt, daß sie die bei einer aktuellen Fahrt von einem Fahrzeugsensor detektierten Beschleunigungssignale vergleicht mit den bei einer früheren Fahrt ermittelten Beschleunigungs­ signalen, für die aus einem Streckenatlas eine eindeutige Zu­ ordnung zu absoluten oder relativen Fahrorten gegeben ist. Hierzu wird auf Fig. 3 verwiesen. Ein Beschleunigungssensor S nimmt bei jedem Befahren einer Strecke das Rüttelprofil dieser Strecke auf und führt es einem von zwei Speichern zu, wo es in digitaler Form abgespeichert wird. Bei einer ersten Fahrt war so das Streckenprofil in Form ortsspezifischer Fre­ quenzspektren in einem sogenannten Referenzspeicher RS nie­ dergelegt worden. Bei einer folgenden Fahrt werden entspre­ chende Beschleunigungssignale über den inzwischen gewechsel­ ten Schaltkontakt U einem Streckenspeicher SS zugeführt und dort in gleicher Weise niedergelegt wie die entsprechenden Beschleunigungssignale im Referenzspeicher RS. In vorteilhaf­ ter Weise werden die vom Sensor gelieferten Signale nicht direkt gespeichert, sondern vorher komprimiert, um das Spei­ chervolumen in Grenzen zu halten. Für die im Referenzspeicher gespeicherten ortsspezifischen Beschleunigungssignale gibt es eine Zuordnung zu in einem Streckenatlas SA hinterlegten Fahrortangaben. Durch Korrelation der dem Streckenspeicher SS zugeführten Beschleunigungssignale mit dem im Referenzspei­ cher RS gespeicherten Beschleunigungssignalen und Abruf der dem jeweiligen Korrelationspunkt zugeordneten Fahrortangabe aus dem Streckenatlas SA läßt sich so auf dem Fahrzeug der jeweils aktuelle Fahrort eindeutig bestimmen. Der Korrela­ tionsvorgang wird in Fig. 3 durch einen Vergleicher VGL symbolisiert. Wenn die dem Streckenspeicher und die dem Refe­ renzspeicher zugeführten Beschleunigungssignale vor ihrer Ab­ speicherung komprimiert werden, so sind die Daten vor dem Korrelationsvorgang wieder zu dekomprimieren. Die Genauigkeit des Ortungsvorganges hängt ab von der Anzahl der je Strecken­ einheit abgespeicherten und in den Korrelationsvorgang einbe­ zogenen Beschleunigungskurven, sowie von deren Auflösung.

Nach erfolgter Korrelation können die in den Vergleichsvor­ gang einbezogenen Werte des Referenzspeichers durch die aktu­ ellen Korrelationswerte des Streckenspeichers ersetzt werden. Auf diese Art und Weise werden die Ortungsergebnisse unabhän­ gig gemacht von möglichen Langzeitveränderungen der ortsab­ hängigen Beschleunigungsspektren.

Für die Korrelation der im Streckenspeicher und der im Refe­ renzspeicher gespeicherten Frequenzspektren ist es erforder­ lich, die vom Streckenspeicher bereitgestellten Daten zu linearisieren, d. h. die zu korrelierenden Daten mit gleicher Abtastgeschwindigkeit aus den beiden Speichern auszulesen und zu vergleichen. Dies wird in Fig. 3 versinnbildlicht durch einen Geschwindigkeitsgeber V, insbesondere ein zur Geschwin­ digkeitsmessung ohnehin vorhandenes Radargerät, dessen Aus­ gangssignal die Auslesegeschwindigkeit der aktuellen Be­ schleunigungsspektren aus dem Streckenspeicher der Auslesege­ schwindigkeit der im Referenzspeicher hinterlegten Beschleu­ nigungsspektren anpaßt.

Bei Korrelation der im Streckenspeicher und der im Referenz­ speicher gespeicherten Beschleunigungsspektren wird durch Zu­ griff auf die Daten des Streckenatlas SA der jeweilige Fahrort ermittelt und als Ortungsergebnis OB zur Verfügung gestellt. Die Anerkennung des jeweils ermittelten Ortungser­ gebnisses kann davon abhängig gemacht sein, daß das jewei­ lige Ortungsergebnis mit zuvor ermittelten Ortungsergebnissen harmoniert, d. h. daß es nicht zu Sprüngen in der Strecken­ kilometrierung kommt. Ob dabei die zuvor ermittelten Fahrort­ angaben ebenfalls aus der Korrelation von Beschleunigungs­ spektren bestimmt wurden oder durch ein anderes Ortungs­ system, wie z. B. ein Radimpulsgeber oder ein Satellitennavi­ gationssystem GPS, ist dabei ohne Belang.

Im Referenzspeicher können die ortsabhängigen Beschleuni­ gungsspektren aller Fahrorte einer Strecke hinterlegt sein oder auch nur die für ausgewählte Streckenpunkte oder Strec­ kenbereiche geltenden Beschleunigungsspektren. Diese Strec­ kenbereiche sind dann vorzugsweise die, in denen Satelliten­ navigation nicht zur Anwendung kommen kann. Dies ist in Tun­ nel und Bahnhöfen der Fall.

Insbesondere bei Neustart des auf der Korrelation von Be­ schleunigungsspektren beruhenden Ortungsvorganges ist es von Vorteil, durch ein zusätzliches Ortungssystem wie beispiels­ weise die Satellitenortung einen Vertrauensbereich um einen Grobortungspunkt vorzugeben, in dem die zu korrelierenden Beschleunigungsspektren zu suchen sind.

Die Sicherheit der Ortungsergebnisse ist abhängig von der Länge und Auflösung der in den Ortungsvorgang einbezogenen Korrelationsbereich.

Durch Bewertung der gemessenen Frequenzspektren ist es auch möglich, das Passieren bestimmter Streckenpunkte zu erkennen, beispielsweise das Passieren einer Weiche über ihren einen oder anderen Strang. Die Aussage darüber kann vorteilhaft dazu herangezogen werden, die für den Korrelationsvorgang erforderlichen Daten des einen oder anderen Gleisstranges aus dem Referenzspeicher abzurufen.

Bei Verwendung von mehr als einem Sensor auf dem Fahrzeug können die Sensorsignale unabhängig voneinander korreliert werden oder auch als Mischsignal.

Die im Referenzspeicher gespeicherten Beschleunigungsspektren gelten streng genommen nur für das Fahrzeug, das sie ermit­ telt hat. In der Praxis wird es ausreichen, die dort gespei­ cherten Daten zur Korrelation mit den von allen Fahrzeugen des gleichen Typs aktuell ermittelten Daten heranzuziehen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs auf einer Strecke unter Verwendung einer auf dem Fahrzeug vorhandenen, mit bezug zur Streckenkilometrierung abgelegten Referenz-Streckenabbildung und einer beim Befahren eines Gleises der Strecke nach den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie die Referenz-Streckenabbildung ermittelten aktuellen Strec­ kenabbildung, die auf die Referenz-Streckenabbildung zu korrelieren ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eigenortung des Fahrzeugs die Frequenzspektren von Beschleunigungsmessungen korreliert werden, die von einer Referenzfahrt und von der aktuellen Fahrt stammen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzspektren der aktuellen Beschleunigungsmessun­ gen nach Maßgabe der aktuellen Fahrgeschwindigkeit lineari­ siert werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeug mindestens ein Beschleunigungssensor (S) zum Detektieren von Horizontalbeschleunigungen quer zur Fahr­ richtung und/oder Vertikalbeschleunigungen vorgesehen ist, daß auf dem Fahrzeug zum Ablegen der Daten für die Referenz­ streckenabbildung und für die aktuelle Streckenabbildung Speicher (SS, RS) vorgesehen sind, in die die Daten einzu­ schreiben und aus denen die Daten zur Korrelation entnehmbar sind, und
daß ein bei Korrelation der gespeicherten Frequenzspektren auslesbarer Streckenatlas (SA) vorgesehen ist, in den bei einer ersten Fahrt synchron zum Einlesen der Beschleunigungsdaten in den Referenzspeicher Fahrortangaben eingelesen wurden.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation der Referenz- und der aktuellen Strec­ kenabbildung die Bewertung der Sensorsignale hinsichtlich definierter Bereiche des Frequenzspektrums (Frequenz und Amplitude) beinhaltet.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten der aktuellen Streckennachbildung jeweils frühestens nach Korrelation der aktuellen Streckenabbildung mit der Referenz-Streckenabbildung die für die Referenz- Streckenabbildung gespeicherten Daten ersetzen und fortan die Daten der Referenz-Streckenabbildung darstellen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daß die die Referenz-Streckenabbildung und die die aktuelle Streckenabbildung darstellenden Daten vor Abspeicherung einer Datenkompression und vor Korrelation einer Datendekompression unterzogen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Referenz-Streckenabbildung darstellenden Daten in einer definierten Abtastzahl pro Streckeneinheit den absolu­ ten Positionsangaben der in einem Streckenatlas abgespeicher­ ten Daten und weiteren relevanten Daten über die Strecke zugeordnet sind und daß die die aktuelle Streckenabbildung darstellenden Daten über die aktuelle Vorrückgeschwindigkeit des Fahrzeugs linearisiert in gleicher definierter Abtastzahl pro Streckeneinheit dem Korrelationsvorgang zugeführt werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Vorrückgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch Radarmessung über Boden zu ermitteln ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Genauigkeit der Ortungsergebnisse durch Vorgabe ver­ schiedenhoher Abtastraten pro Streckeneinheit sowohl für die Darstellung der Referenz-Streckenabbildung als auch der aktu­ ellen Streckenabbildung sowie deren Auflösungen veränderbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheit des Ortungsergebnisses durch Vorgabe unterschiedlich langer Korrelationsbereiche und unterschied­ liche hoher Auflösungen sowie Abtastraten veränderbar ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anerkennung einer durch Korrelation der Referenz- Streckenabbildung und der aktuellen Streckenabbildung ermit­ telten Ortsangabe auf dem Fahrzeug davon abhängig gemacht ist, daß vorangegangene Ortungsvorgänge zu Ortungsergebnissen geführt haben, die mit der aktuell ermittelten Ortungsangabe harmonieren.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug beim Befahren von Gleisverzweigungen aus der Bewertung der Sensorsignale den jeweils befahrenen Schie­ nenstrang erkennt und hieraus auf die fortan zu korrelierende Referenz-Streckenabbildung schließt.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein überlagertes Ortungssystem bei Neustart des Ortungs­ vorganges einen Grobortungswert vorgibt, dessen Vertrauensbe­ reich den Bereich der Referenz-Streckenabbildung vorgibt, die mit der aktuellen Streckenabbildung zu korrelieren ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Grobortungsangabe von einem Satellitenortungssystem stammt.