DE19746970B4

DE19746970B4 - Method for detecting obstacles in front of rail vehicles

Info

Publication number: DE19746970B4
Application number: DE19746970.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Uebel
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: DE19746970A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung von Hindernissen (H) vor Schienenfahrzeugen (FZ), die eine bestimmte Strecke (Str) befahren, wobei ein Bordrechner (BR) zur Speicherung der Streckendaten vorgesehen ist, wobei als Streckendaten Koordinaten von mittig zwischen den Schienen (Sch1, Sch2) in bestimmten Abständen liegenden Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) gespeichert werden, wobei die gespeicherten Punkte (SP1, SP2, SP3, SP4) und zwischen diesen interpolierte Punkte (P) von einem Fahrzeugsensor (S) durch von der Gleiskrümmung und der Entfernung (d) abhängiges Verschwenken des Sensorsignals um einen Winkel (α) gegenüber der momentanen Fahrtrichtung (FR) anvisiert werden, wobei der Öffnungswinkel (w) der vom Fahrzeugsensor (S) empfangenen Signale, in dessen Mitte der anvisierte Punkt (SP1, SP2, SP3, SP4; P) liegt, in Abhängigkeit von der Entfernung (d) und vom Schwenkwinkel (α) derart verändert wird, daß ausschließlich der interessierende Streckenraum (SR) erfaßt wird, und wobei die Punkte (P) zwischen den gespeicherten Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) mittels Interpolation auf Geraden oder auf Parabeln ermittelt werden.Method for detecting obstacles (H) in front of rail vehicles (FZ) traveling on a specific route (Str), an on-board computer (BR) being provided for the storage of the route data, coordinates being used as route data from centrally between the rails (Sch1, Sch2) at predetermined intervals (SP1, SP2, SP3, SP4), wherein the stored points (SP1, SP2, SP3, SP4) and between these interpolated points (P) from a vehicle sensor (S) by the track curvature and the Distance (d) dependent pivoting of the sensor signal by an angle (α) with respect to the current direction of travel (FR) are targeted, wherein the opening angle (w) of the signals received from the vehicle sensor (S), in the middle of the targeted point (SP1, SP2, SP3, SP4, P) is varied in dependence on the distance (d) and on the swivel angle (α) in such a way that only the track space (SR) of interest is detected, and the points (P) between the stored points (SP1, SP2, SP3, SP4) by interpolation on straight lines or on parabolas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Hindernissen vor Schienenfahrzeugen.The invention relates to a method for detecting obstacles in front of rail vehicles.

Bei konventionell geführten Schienenfahrzeugen ist der Triebfahrzeugführer für das Beobachten der Strecke verantwortlich. Diese Art der Streckenbeobachtung kann insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder schlechter Sicht keine ausreichende Sicherheit garantieren. Bei Nacht und Nebel verringert sich die Sichtweite derart, daß das Risiko eines Zusammenstoßes mit systemfremden Gegenständen oder Personen stark ansteigt. Das gleiche Problem stellt sich beim automatischen Fahren mit unbesetztem Führerstand. Auf solchen Strecken wird deshalb durch zusätzliche bauliche Maßnahmen, insbesondere Zäune oder Untertunnelung bzw. Überbrückung von Bahnübergängen, das Risiko verringert. Dies kann teilweise oder ganz vermieden werden, wenn das Schienenfahrzeug mit einer automatischen Hinderniserkennung ausgerüstet ist, die das Fahrzeug bei Verletzungen des Streckenraumes automatisch bremst.In conventional guided rail vehicles, the driver is responsible for observing the route. This type of route monitoring can not guarantee sufficient safety, especially at high speeds or poor visibility. At night and fog, the visibility decreases so much that the risk of collision with non-system objects or people increases sharply. The same problem arises with automatic driving with unoccupied cab. On such routes, the risk is therefore reduced by additional structural measures, in particular fences or tunneling or bridging level crossings. This can be partially or completely avoided if the rail vehicle is equipped with an automatic obstacle detection, which automatically brakes the vehicle in case of injury to the track space.

Aus der DE 42 16 406 A1 ist ein Verfahren zur Hinderniserkennung bei elektrifizierten Strecken bekannt, wobei die Reflexionen zwischen Oberleitung und Schienen eingespeister, hochfrequenter Wechselfelder ausgewertet werden. Nachteilig ist, daß dieses Verfahren nur bei elektrifizierten Strecken bzw. bei zusätzlich installiertem Leiter erheblich oberhalb der Gleise anwendbar ist. Außerdem ergibt sich ein erheblicher Aufwand für die Fahrzeugsensorik, da ein Antennensystem mit Richtkopplerwirkung erforderlich ist.From the DE 42 16 406 A1 is a method for obstacle detection in electrified lines known, the reflections between catenary and rails fed high frequency alternating fields are evaluated. The disadvantage is that this method is only applicable to electrified lines or additionally installed conductor considerably above the tracks. In addition, there is a considerable effort for the vehicle sensor system, since an antenna system with directional coupler effect is required.

Aus der WO 97/31810 A1 ist weiter ein Verfahren bekannt zum Warnen eines Controllers eines Schienenfahrzeugs, dass ein Hindernis in einem Schienenstrang des Fahrzeugs vorhanden ist, wobei mindestens ein Sensormittel einschließlich einer Videokamera am Fahrzeug zum Abtasten eines vor dem Fahrzeug liegenden Blickfelds montiert ist, um von diesem aufeinanderfolgende Videoaufnahmen zu erzeugen, die jeweils einen betreffenden Abschnitt des vor dem Fahrzeug liegenden Schienenstrangs darstellen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Verarbeiten aufeinanderfolgender Videoaufnahmen, um daraus eine Diskontinuität in einer Schiene des Schienenstrangs nachzuweisen;
(b) Erzeugen eines daraus folgenden Hindernisnachweissignals;
(c) Erzeugen eines Hindernisvermeidungssignals unter Einsatz eines im Fahrzeug montierten und auf das Hindernisnachweissignal ansprechenden Hindernisvermeidungsmittels; und
(d) Berichtigen der Ausrichtung der Videokamera relativ zum Fahrzeug, um die Videokamera erneut auf den Schienenstrang auszurichten.

From the WO 97/31810 A1 Further, a method is known for warning a controller of a rail vehicle that an obstacle is present in a rail track of the vehicle, wherein at least one sensor means including a video camera is mounted on the vehicle for sensing a field of view in front of the vehicle to produce from this sequential video recordings each representing a respective section of the railroad track ahead of the vehicle, the method comprising the steps of:

(a) processing successive video recordings to detect a discontinuity in a rail of the railroad track;
(b) generating a resulting obstacle detection signal;
(c) generating an obstacle avoidance signal using an obstacle avoidance means mounted in the vehicle and responsive to the obstacle detection signal; and
(d) adjusting the orientation of the video camera relative to the vehicle to re-align the video camera with the track.

DE 195 29 986 A1 offenbart schließlich ein Verfahren zur Ortung spurgeführter Fahrzeuge. Auf dem Fahrzeug ist die gesamte Strecke als Radar-Infrarot- oder Videoabbildung zusammen mit der Streckenkilometrierung hinterlegt. Beim Befahren der Strecke werden entsprechende Streckenbilder aufgenommen und mit den hinterlegten Abbildungen auf Übereinstimmung verglichen. Bei Übereinstimmung zwischen dem aktuellen und dem hinterlegten Streckenbild ergibt sich aus der zugehörigen, im hinterlegten Streckenbild abgespeicherten Streckenkilometrierung der jeweilige Fahrort des Fahrzeugs. DE 195 29 986 A1 finally discloses a method for locating track-guided vehicles. On the vehicle, the entire route is stored as a radar-infrared or video image along with the route kilometrization. When driving on the route corresponding track images are recorded and compared with the deposited images to match. If there is a match between the current and the stored route image, the respective travel location of the vehicle results from the associated route kilometrization stored in the stored route image.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universell einsetzbare automatische Hinderniserkennung vereinfachter Bauart anzugeben.The invention has for its object to provide a universally applicable automatic obstacle detection simplified design.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of claim 1.

Das Prinzip der Lösung besteht in der Nachführung des Sehwinkels und des Öffnungswinkels von einem Fahrzeugsensor empfangener Signale entsprechend der Streckengeometrie. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nur Hindernisse innerhalb des interessierenden Streckenraumes erfaßt werden. Gegenstände außerhalb dieses Raumes werden somit nicht als Hindernis eingestuft. Die Einleitung eines Bremsvorganges – automatisch oder durch den Triebfahrzeugführer – erfolgt demgemäß nur dann, wenn ein tatsächlich gefährliches Hindernis, beispielsweise einer bestimmten Größe, im Streckenraum vorhanden ist. Bei Kenntnis der momentanen Position und der Koordinaten des anzuvisierenden Punktes lassen sich der Sehwinkel und der Öffnungswinkel auf einfache Weise mittels des Bordrechners bestimmen. Die in den Bordrechner eingespeicherten Punkte können nacheinander durch das Sensorsignal anvisiert werden.The principle of the solution consists in the tracking of the visual angle and the opening angle of a vehicle sensor signals received according to the route geometry. In this way it is ensured that only obstacles within the track space of interest are detected. Objects outside this room are therefore not classified as an obstacle. The initiation of a braking operation - automatically or by the driver - is therefore only when an actually dangerous obstacle, such as a certain size, is present in the line space. With knowledge of the current position and the coordinates of the point to be targeted, the visual angle and the opening angle can be determined in a simple manner by means of the on-board computer. The points stored in the on-board computer can be successively targeted by the sensor signal.

Voraussetzung ist dann jedoch, daß der Abstand benachbarter Punkte die Tiefenschärfe bzw. das Auflösungsvermögen des Fahrzeugsensors nicht übersteigt. Falls der Abstand der eingespeicherten Punkte jedoch derart groß ist, daß eine lückenlose Durchmusterung des Streckenraumes nicht möglich ist, können weitere Zwischenpunkte vom Bordrechner interpoliert werden. Diese Zwischenpunkte werden dabei in guter Annäherung auf einer Geraden oder in noch besserer Annäherung auf einer Parabel, insbesondere höheren Grades, interpoliert. Möglich ist auch eine quasi lückenlose Nachführung des Sensorsignales, indem die anzuvisierenden Punkte sehr dicht gepackt sind oder indem die Mittel zur Führung des Schwenkwinkels und des Öffnungswinkels quasi gleitend von einem Punkt zum nächsten unter Vermeidung ruckartiger Bewegungen konzipiert sind.The prerequisite is, however, that the distance between adjacent points does not exceed the depth of field or the resolution of the vehicle sensor. However, if the distance of the stored points is so great that a complete screening of the line space is not possible, further intermediate points can be interpolated by the on-board computer. These intermediate points are interpolated in good approximation on a straight line or in even better approximation on a parabola, in particular of a higher degree. It is also possible a virtually complete tracking of the sensor signal by the points to be targeted are packed very close or by the means for guiding the pivot angle and the opening angle are designed virtually sliding from one point to another while avoiding jerky movements.

Der Fahrzeugsensor kann gemäß Anspruch 2 als aktiver Sensor ausgebildet sein. Ein solcher Sensor erzeugt eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Mikrowellenbereich oder auf der Basis von Laserstrahlung, deren Reflexionen an potentiellen Hindernissen ausgewertet werden.The vehicle sensor may be designed as an active sensor according to claim 2. Such a sensor generates electromagnetic radiation, in particular in the microwave range or on the basis of laser radiation, whose reflections are evaluated on potential obstacles.

Vorteilhaft kann auch eine Hinderniserkennung mittels passiver, stereoskopisch empfangender Sensoren gemäß Anspruch 3 sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nur eine ganz bestimmte Entfernung anvisiert wird. Durch die Verwendung von Infrarotsensoren ergibt sich auch des Nachts und bei Nebel eine ausreichende Erkennungssicherheit.Advantageous may also be an obstacle detection by means of passive, stereoscopically receiving sensors according to claim 3. This ensures that only a very specific distance is targeted. The use of infrared sensors also provides sufficient detection reliability at night and in fog.

Die Ermittlung des momentanen Standortes des Schienenfahrzeuges erfolgt entsprechend Anspruch 4 bevorzugt über GPS (Global Positioning System) und/oder Mapping. Unter Mapping ist dabei ein Verfahren zu verstehen, bei dem ein Plausibilitätsvergleich zwischen der gespeicherten Streckengeometrie und markanter Landschafts- oder Streckenmerkmale durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Achsstellung als Erkennungsmerkmal für eine Kurvenfahrt gewertet werden, woraufhin die Mapping-Einrichtung einen plausiblen Standort auf einer Streckenkarte heraussucht.The determination of the current location of the rail vehicle is carried out according to claim 4 preferably via GPS (Global Positioning System) and / or mapping. Mapping is understood to be a method in which a plausibility comparison is made between the stored route geometry and distinctive landscape or route characteristics. For example, the axle position can be evaluated as a recognition feature for a cornering, whereupon the mapping device selects a plausible location on a route map.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown figuratively.

Dargestellt ist ein Schienenfahrzeug FZ, das sich auf den Schienen SCH1 und SCH2 einer Strecke Str bewegt. Das Schienenfahrzeug FZ ist mit einem Fahrzeugsensor S ausgestattet, welcher einen vorausliegenden Raum in Form einer Kugelkallotte einer bestimmten Entfernung d überwachen kann. Die Überwachung geschieht dabei entweder aktiv, beispielsweise mittels Laserabtastung oder passiv, beispielsweise mittels eines Infrarotempfängers. Mit dem Sensor S ist ein Bordrechner BR verbunden. In den Bordrechner BR sind Streckendaten in Form von Koordinaten mittig zwischen den Schienen SCH1 und SCH2 liegender Punkte SP1, SP2, SP3 und SP4 eingespeichert. In guter Annäherung an die tatsächliche Streckenführung Str lassen sich die Punkte SP1, SP2, SP3, SP4, ... über Verbindungslinien VL der Streckenführung anpassen. Aus der Kenntnis der eingespeicherten Punkte SF2 und SP3 ist der Bordrechner BR in der Lage, einen Punkt P auf der Verbindungslinie VL zwischen SP2 und SP3 zu berechnen. Dieser Punkt P in der Entfernung d vom Fahrzeugsensor S liegt in der horizontalen Mitte eines interessierenden Streckenraumes SR. Dieser Streckenraum SR entspricht genau dem Bereich, innerhalb dessen ein Hindernis H für das Schienenfahrzeug FZ gefährlich sein könnte, so daß ein Bremsvorgang rechtzeitig eingeleitet werden muß. Als ein solches Hindernis H sind die Bäume B1 und B2 nicht anzusehen. Damit der Baum B1, der in der Verlängerung der momentanen Fahrtrichtung FR liegt, nicht als gefährliches Hindernis eingestuft wird, ist ein Verschwenkmechanismus für das Sensorsignal vorgesehen. Das Sensorsignal wird um einen Winkel α gegenüber der Fahrtrichtung FR verschwenkt. Gleichzeitig wird der Öffnungswinkel w der empfangenen Signale angepaßt. Beide Winkel α und w ergeben sich aus den Koordinaten des anvisierten Punktes P und des momentanen Aufenthaltsortes des Schienenfahrzeugs FZ bzw. des Sensors S. Dem Bordrechner BR liegen diese Daten vor, so daß der Bordrechner BR beide Winkel bestimmen kann und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das zur Führung des Sensorsignals dient. Der momentane Standort ergibt sich in herkömmlicher Weise zum Beispiel satellitengestützt oder durch Orientierung anhand von Landschaftsmerkmalen oder Streckenführungsmerkmalen.Shown is a rail vehicle FZ, which moves on the rails SCH1 and SCH2 a range Str. The rail vehicle FZ is equipped with a vehicle sensor S, which can monitor a space lying ahead in the form of a ball-type ballot of a certain distance d. The monitoring is done either actively, for example by means of laser scanning or passive, for example by means of an infrared receiver. An on-board computer BR is connected to the sensor S. In the on-board computer BR track data in the form of coordinates between the rails SCH1 and SCH2 lying points SP1, SP2, SP3 and SP4 are stored. In good approximation to the actual route Str, the points SP1, SP2, SP3, SP4,... Can be adapted via connecting lines VL of the route guidance. From the knowledge of the stored points SF2 and SP3, the on-board computer BR is able to calculate a point P on the connecting line VL between SP2 and SP3. This point P at the distance d from the vehicle sensor S lies in the horizontal center of a span of interest SR. This extension space SR corresponds exactly to the area within which an obstacle H could be dangerous for the rail vehicle FZ, so that a braking operation must be initiated in good time. As such an obstacle H trees B1 and B2 are not to be seen. So that the tree B1, which lies in the extension of the current direction of travel FR, is not classified as a dangerous obstacle, a pivoting mechanism for the sensor signal is provided. The sensor signal is pivoted by an angle α with respect to the direction of travel FR. At the same time, the opening angle w of the received signals is adjusted. Both angles α and w result from the coordinates of the targeted point P and the current location of the rail vehicle FZ and the sensor S. The on-board computer BR, these data are available, so that the on-board computer BR can determine both angles and generates a corresponding output signal, which serves to guide the sensor signal. The current location results in a conventional manner, for example, satellite-based or by orientation based on landscape features or routing features.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere ist auch bei einschienigen Strecken eine Hinderniserkennung der beanspruchten Art möglich, wobei dann die Punkte zwischen den Schienen auf der einzigen Schiene angeordnet sind.The invention is not limited to the embodiment given above. Rather, a number of variants are conceivable, which make use of the features of the invention even with fundamentally different type of execution. In particular, obstacle detection of the type claimed is possible even with monorail routes, in which case the points between the rails are arranged on the single rail.

Claims

Method for detecting obstacles (H) in front of rail vehicles (FZ) traveling on a specific route (Str), an on-board computer (BR) being provided for the storage of the route data, coordinates being used as route data from centrally between the rails (Sch1, Sch2) at predetermined intervals (SP1, SP2, SP3, SP4), wherein the stored points (SP1, SP2, SP3, SP4) and between these interpolated points (P) from a vehicle sensor (S) by the track curvature and the Distance (d) dependent pivoting of the sensor signal by an angle (α) with respect to the current direction of travel (FR) are targeted, wherein the opening angle (w) of the signals received from the vehicle sensor (S), in the middle of the targeted point (SP1, SP2, SP3, SP4, P) is varied in dependence on the distance (d) and on the swivel angle (α) in such a way that only the track space (SR) of interest is detected, and the points (P) between the stored points (SP1, SP2, SP3, SP4) by interpolation on straight lines or on parabolas.

Method according to Claim 1, characterized in that the vehicle sensor (S) records the stored and the interpolated points (SP1, SP2, SP3, SP4; P) as an active sensor, in particular based on microwaves or laser reflection.

Method according to Claim 1, characterized in that the vehicle sensor (S) records the stored and interpolated points (SP1, SP2, SP3, SP4; P) as a passive sensor, in particular on the basis of stereoscopically arranged optical or infrared sensors.

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the instantaneous location of the rail vehicle (FZ) is determined by a GPS receiver (Global Positioning System) and / or a mapping device.