DE69731009T2

DE69731009T2 - System zum Erkennen von Hindernissen

Info

Publication number: DE69731009T2
Application number: DE69731009T
Authority: DE
Inventors: Arik Peer; Erez Sverdlov; Jacob Auerbach; Abraham Baum
Original assignee: Israel Aircraft Industries Ltd; Thinkware Ltd
Current assignee: Israel Aircraft Industries Ltd; Thinkware Ltd
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: CA2247529C; EP0883541A1; CZ271698A3; JP3342017B2; EP0883541B1; IL117279A; CN1214656A; DE69731009D1; WO1997031810A1; DE69714711D1; CA2247529A1; AU1809597A; EP1157913A3; EP1157913A2; IL117279A0; JP2000505397A; US6163755A; EP1157913B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Hindernisdetektionssystem und insbesondere ein Eisenbahn-Antikollisionssystem. Innerhalb des Kontextes der vorliegenden Erfindung als auch in den Ansprüchen wird beabsichtigt, daß der Ausdruck „Hindernis" jedes Hindernis auf den Gleisen, einschließlich eines anderen Zuges, oder eines Bruches in einer oder beiden Schienen des Gleises umfaßt, der wenn er nicht aufgehoben wird, einen Schaden verursachen und das Vorankommen eines Zuges beinträchtigen würde.
Hintergrund der Erfindung
Die Eisenbahninfrastruktur ist sowohl hinsichtlich des Fahrzeugparks als auch der Gleise kostspielig. Obwohl sie als eine der sichersten Formen des Transports betrachtet wird, sind Eisenbahnunfälle üblich und häufig fatal. Am gefährlichsten bei solchen Unfällen sind Kollisionen zwischen Zügen oder zwischen Zügen und Fahrzeugen, die das Gleis in der Bahn eines herannahenden Zuges überqueren; und Entgleisungen, die aus Fremdkörpern folgen, die entweder vorsätzlich oder versehentlich auf der Strecke angeordnet werden. Solche Objekte können durch den Lokführer vor der Kollision damit erkannt werden oder nicht, insbesondere bei Nacht. Unter diesen Umständen ist das Beste, was üblicherweise erreicht werden kann, die Kollisionsgeschwindigkeit zu vermindern. Wie Statistiken von Schienenunfällen nur zu gut zeigen, könnte eine bloße Verminderung der Kollisionsgeschwindigkeit den Schaden beträchtlich reduzieren, selbst wenn der Zug nicht imstande ist, zu einem vollständigen Stillstand zu kommen. Wenn man den Trend, die Geschwindigkeit des Fahrzeugparks zu erhöhen, mit der sich ergebenden Zunahme des Anhalteweges bedenkt, ist es wahrscheinlich, daß die Nachteile von existierenden Verfahren und die steigenden Kosten von Versicherungsansprüchen und Prämien noch ernster werden.
Der Stand der Technik offenbart verschiedene Verfahren zur Verhinderung oder Signalisierung potentieller Kollisionen zwischen Schienenbetriebsmitteln. Zum Beispiel wird im US-Patent Nr. 3,365,572 (Strauss) ein modulierter Laserstrahl von gegenüberliegenden Enden eines Schienenbetriebsmittels gerichtet, so daß die entsprechenden Laserstrahlen, die von zwei sich nähernden Zügen gesendet werden, durch den anderen Zug detektiert werden können, was es erlaubt, eine Abhilfsmaßnahme zu treffen. Ebenso sind Bildverarbeitungstechniken sowohl zur Fahrzeugerkennung, wie im US-Patent Nr. 5,487,116 (Nakano u. a.) als auch zur Detektion einer Fahrzeugbahn bekannt, längs derer sich ein Fahrzeug bewegt, wie im US-Patent Nr. 5,301,115 (Nouso). Ferner ist die Verwendung von globalen Positionierungssystemen (GPS) bei Schienenbetriebsmitteln im US-Patent Nr. 5,574,469 (Hsu) vorgeschlagen worden, um die Kollisionsvermeidung zwischen zwei Lokomotiven zu verbessern.
Es sind existierende Systeme bekannt, die den Stromfluß durch eine Schiene und seinen Rückfluß durch die Schiene ausnutzen, um ein elektrisch leitfähiges Objekt zu detektieren, das auf dem Gleis angeordnet ist, wodurch es die Schienen kurzschließt. Jedoch sind solche Systeme nur für elektrische Eisenbahnsysteme praktisch, die zwei Gleise zur Bereitstellung von stromführenden und Rückflußwegen für den elektrischen Strom aufweisen. Insbesondere sind sie nicht für Eisenbahnsysteme geeignet, die Oberleitungen einsetzen; noch für jene Systeme, die eine dritte Schiene entweder in der Mitte zwischen der regulären Schiene oder längs einer der Schienen einsetzen. Außerdem sind sie zur Detektion von nichtleitenden Hindernissen auf dem Gleis ungeeignet. Noch ein weiterer Nachteil solcher bekannter Systeme ist es, daß sie statisch sind.
Es ist auch ein Hindernisdetektionssystem zur Überwachung eines Eisenbahngleises weit vor einem Zug bekannt, um vor stationären oder beweglichen Hindernissen zu warnen. Das System weist einen Sender-Empfänger auf, der am Zug angebracht ist, und eine Anzahl von Zwischensendern, die längs des Eisenbahngleises aufgestellt sind. Der sich bewegende Zug emittiert einen Laserstrahl, der durch einen der Zwischensender längs des Gleises aufgefangen wird und in ein Lichtleitfaserkabel gekoppelt wird, das folglich das Lasersignal längs einer großen Entfernung des Gleises vor dem Zug weiterleitet. Das Lichtleitfaserkabel ist an einen Ausgangsanschluß gekoppelt, um den Laserstrahl auf einen Retroreflektor zu richten, der diagonal über den Gleisen angeordnet ist, so daß ein Hindernis, das auf dem Gleis vor dem sich bewegenden Zug angeordnet ist, den Laserstrahl sperrt. Der retroreflektierte Laserstrahl läuft auf seinem Weg längs des Lichtleitfaserkabels zurück zum Zug, was es erlaubt, daß ein Bordprozessor das Vorhandensein des Hindernisses in ausreichender Zeit feststellt, um es zu ermöglichen, eine Korrekturmaßnahme zu treffen. Ein solches System ermöglicht die Detektion eines Hindernisses, das sich weit vor dem Zug und außerhalb seiner direkten Sicht befindet. Jedoch benötigt es eine kostspielige Infrastruktur und Wartung.
Es sind auch Systeme bekannt, die eine Datenbank enthalten, wobei Daten gespeichert werden, die für ein vollständiges Stück Gleis repräsentativ sind. Während des Betriebes wird jeder abgebildete Abschnitt mit dem entsprechenden Gleisabschnitt in der Datenbank verglichen, um daraus zu schließen, ob das Gleisbild der Datenbank entspricht oder nicht; wobei die Schlußfolgerung ist, daß jede Ungleichheit auf ein Hindernis auf dem abgebildeten Abschnitt des Gleises zurückzuführen ist.
Ein solches Verfahren ist für Massenbeförderungssysteme kaum machbar, die auf Hunderten von Kilometern Gleis beruhen (wenn nicht mehr). Es ist klar, daß es, um eine Datenbank eines vollständigen Bildes eines Gleises zu speichern, das sich über eine Strecke von vielen hunderten von Kilometern ausdehnt, eine Speicherkapazität brauchen würde, die ein solches Verfahren kaum praktikabel machen. Folglich sind solche Verfahren in der Vergangenheit auf verhältnismäßig kurze Gleislängen beschränkt gewesen, wie sie zum Beispiel in Fabriken, Schiffswerften und dergleichen anzutreffen sind.
Ein solches Verfahren wird zum Beispiel in JP 59 156089 offenbart, das einen Speicher mit großer Kapazität benötigt, in dem ein photographiertes Bild der Strecke gespeichert ist, die durch das Fahrzeug zurückgelegt werden soll. Ein Videokomparator vergleicht jedes Momentanbild des Gleises mit einem entsprechenden Bild in der Speichervorrichtung, um jede Ungleichheit als ein Hindernis auf den Gleisen zu interpretieren. Ein solches Verfahren unterliegt verschiedenen Nachteilen, die oben hervorgehoben werden, als auch, daß es erfordert, daß der tatsächliche Ort jedes abgebildeten Abschnitts der Gleise bekannt ist. An dernfalls ist es nicht möglich, das Datenbankbild mit dem Momentanbild des Gleisabschnitts zu vergleichen, das während der Bewegung des Fahrzeugs erhalten wird. Dies erfordert wiederum eine Synchronisation zwischen dem „rollenden" Bild des Gleises während der Bewegung des Fahrzeugs und dem Gleisbild, das in der Datenbank gespeichert ist.
Typischerweise wird eine solche Synchronisation aus der Kenntnis der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der verstrichenen Zeit erreicht, die in eine zurückgelegte Entfernung übersetzt werden kann, so daß von einem anfänglichen Startpunkt (Zeit = null) die tatsächliche Entfernung, die das Fahrzeug zurückgelegt hat, bestimmt werden kann. Dies läßt wiederum die Bestimmung dessen so, welcher gespeicherte Abschnitt des Gleises in der Datenbank mit dem Momentanbild zum Zweck der Hindernisdetektion verglichen werden muß.
JP 05 116626 offenbart ein Hindernisdetektionssystem zur Verwendung mit einem Fahrzeugpark, wobei eine Infrarotkamera an einer Lok in Verbindung mit einer Bildverbeitungseinrichtung angebracht ist, um festzustellen, ob ein Hindernis auf den Schienen vorhanden ist. Hier beruht jedoch erneut der Algorithmus auf der Verwendung einer vorgespeicherten Datenbank des kompletten Gleises, so daß jeder abgebildete Rahmen mit der vor-gespeicherten Datenbank verglichen wird, um jede Diskrepanz als ein Hindernis zu deuten.
Wie oben unter Bezugnahme auf die zitierte JP 59 156089 angegeben, erfordert dies ein sehr hohes Speichervolumen, was ein solches System im Grunde genommen für Massenbeförderungssysteme inpraktikabel macht, die große Entfernungen abdecken; und benötigt ferner eine Synchronisation.
Eines der Probleme, die mit Hindernisdetektionssystemen für gleisgeführte Fahrzeuge verbunden sind, ist die Tatsache, daß es offensichtlich notwendig ist, eine Vorauswarnung vor einem Hindernis in ausreichender Zeit bereitzustellen, um das Fahrzeug zum vollständigen Stillstand abbremsen zu lassen. Wenn dies nicht geschieht, dann wird das Fahrzeug immer noch mit dem Hindernis kollidieren, wenn auch möglicherweise mit verminderter Ge schwindigkeit. Eine Herangehensweise an dieses Problem wird im US-Patent Nr. 5,429,329 und FR 2 586 391 vorgeschlagen, die beide die Verwendung eines Roboterfahrzeugs vorschlagen, das vor einem Zug herfährt, um einen Abschnitt des Gleises abzubilden und die Information an den Lokführer weiterzuleiten, um eine Vorauswarnung vor einem Hindernis auf dem Gleis vor der Lok bereitzustellen. Die Verwendung von Hilfsfahrzeugen, die vor einer Eisenbahnlok hergeschickt werden, läßt zum Beispiel eine lokale Abbildung eines Abschnitts eines Gleises weit im voraus vor der Lok zu, obwohl es andere technische Probleme, wie die Weiterleitung der Information zurück zur Lok einführt.
Ein anderes, ziemlich verschiedenes Verfahren ist es, die Abbildungskamera an der Lok selbst anzubringen, obwohl dieses Verfahren dem Problem ausgesetzt ist, einen Abschnitt des Gleises mehrere Kilometer im voraus abzubilden, um den Anhalteweg der Lokomotive zuzulassen, wenn sie mit hohen Geschwindigkeiten fährt. Es ist zu beachten, daß diese beiden Verfahren, nämlich: (a) die Verwendung eines robotergesteuerten Hilfsfahrzeugs, das eine lokale Abbildung eines Abschnitts eines Gleises entfernt von der Lok, aber direkt vor dem Hilfsfahrzeug durchführt; und (b) eine Fernabbildung eines Abschnitts des Gleises, der mehrere Kilometer von der Lok entfernt ist; im Grunde unterschiedliche Lösungen desselben Problems darstellen. Es ist klar, daß dann, wenn ein robotergesteuertes Hilfsfahrzeug eingesetzt wird, ein verhältnismäßig einfaches Abbildungssystem eingesetzt werden kann, da es unwahrscheinlich ist, daß dessen Qualität nachteilig durch Umgebungsbedingungen beeinflußt wird, wie dem Wetter und so weiter. Wenn das Abbildungssystem andererseits am gleisgeführten Fahrzeug selbst angebracht ist und dazu bestimmt ist, einen Abschnitt des Gleises abzubilden, der davon verhältnismäßig entfernt ist, können Umgebungsbedingungen, wie Wolken, Nebel und so weiter das Abbildungssystem nutzlos machen.
Einer vollständigen Erläuterung des Stands der Technik halber wird auch auf JP 04 266567 Bezug genommen, die darauf beruht, an einen Lokführer eine photoreduziertes Bild eines Abschnitts des Gleises (z. B. eines Eisenbahnübergangs) weiterzuleiten. Die komprimierten Daten werden expandiert, um das ursprüngliche Bild wiederzugeben, das dann auf einem Monitor in der Lok angezeigt wird, um für den Führer sichtbar zu sein. Es gibt keine automatische Verarbeitung der Daten, um das Vorhandensein oder Fehlen eines Hindernisses auf dem Gleis festzustellen. Vielmehr wird die erforderliche Unterscheidung manuell durch den Führer vorgenommen.
Patent Abstracts of Japan B. 009, Nr. 008 (E-289), 12 Januar 1985 & JP 59 156089 A offenbaren ein System zur Warnung eines Kontrollers eines gleisgeführten Fahrzeugs vor dem Vorhandensein eines Hindernisses auf einem Gleis des Fahrzeugs, wobei das System aufweist: mindestens eine Sensoreinrichtung, die eine Videokamera enthält, die am Fahrzeug angebracht ist, um ein Sichtfeld des Gleises vor dem Fahrzeug abzutasten, um aufeinanderfolgende Videobilder davon zu erzeugen, die jeweils für einen jeweiligen Abschnitt des Gleises vor dem Fahrzeug repräsentativ sind, eine Hindernisdetektionseinrichtung, die mit der Videokamera gekoppelt ist, um aufeinanderfolgende Videobilder zu verarbeiten, die dadurch erzeugt werden, um ein Hindernisdetektionssignal zu erzeugen, das sich daraus ergibt, und eine Hindernisvermeidungseinrichtung, die im Fahrzeug angebracht ist und mit der Hindernisdetektionseinrichtung gekoppelt ist und auf das Hindernisdetektionssignal anspricht, um ein Hindernisvermeidungssignal zu erzeugen.
US 4,158,841 A von Kostelezky u. a. offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Sicherheitsabstandes eines gleislosen Fahrzeug in Bezug auf vorausfahrende Objekte, wobei verschiedene Messungen und Steuerungen durchgeführt werden, um Steuergrößen bereitzustellen, um eine Verhinderung einer Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt zu ermöglichen.
Es wäre offensichtlich zu bevorzugen, ein Detektionssystem einzusetzen, das mobil ist und jede Art Objekt auf dem Schienenweg detektiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein System zur Bereitstellung einer vorherigen Warnung vor dem Vorhandensein eines Hindernisses oder eines anderen Zuges auf einen Abschnitt des Schienenstrangs oder vor dem teilweisen Fehlen der Schiene bereitzustellen, wodurch es folglich zugelassen wird, daß eine geeignete Abhilfsmaßnahme ergriffen wird, um zu vermeiden, daß eine Lok mit dem Hindernis kollidiert.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein System zur Warnung eines Kontrollers eines gleisgeführten Fahrzeugs vor dem Vorhandensein eines Hindernisses auf einem Gleis des Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das System aufweist:
mindestens eine Sensoreinrichtung, die eine Videokamera aufweist, die an dem Fahrzeug angebracht ist, um ein Sichtfeld des Gleises vor dem Fahrzeug abzutasten, um aufeinanderfolgende Videobilder davon zu erzeugen, die jeweils für einen jeweiligen Abschnitt des Gleises vor dem Fahrzeug repräsentativ sind,
eine Hindernisdetektionseinrichtung, die mit der Videokamera gekoppelt ist, zur Verarbeitung aufeinanderfolgender Videobilder, die durch sie erzeugt werden, um ein Hindernisdetektionssignal zu erzeugen, das sich daraus ergibt,
eine Hindernisvermeidungseinrichtung, die im Fahrzeug angebracht ist und mit der Hindernisdetektionseinrichtung gekoppelt ist und auf das Hindernisdetektionssignal anspricht, um ein Hindernisvermeidungssignal zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß es ferner aufweist:
eine Richteinrichtung zur automatischen Einstellung der Orientierung der Videokamera relativ zum Fahrzeug, um die Videokamera automatisch auf das Gleis zu richten.
Wenn er zur Detektion von Hindernissen auf einem Abschnitt eines Schienenwegs verwendet wird, ist der Sensor an der Lok angebracht und das Gleis definiert die Bahn des Zuges. Es wird ein Hindernisdetektionsalgorithmus eingesetzt, in dem eine erste Stufe es zuläßt, daß ein Abschnitt des Gleises vor der Lok analysiert wird, um den Ort der Schienen darin zu detektieren, woraufhin eine zweite Stufe eingeleitet wird, um ein Hindernis zu detektieren, das auf den Schienen angeordnet ist.
Die erste Stufe des Algorithmus kann auch unabhängig von der zweiten Stufe zur automatischen Führung eines Fahrzeugs längs einer Bahn verwendet werden, die durch eine sichtbare (oder auf andere Weise detektierbare) Linie definiert ist.
Vorzugsweise wird im Fall von nicht-automatischen Zügen, wobei der Kontroller ein Führer des Fahrzeugs ist, das Gleis durch eine Videokamera abgebildet, die an der Lok angebracht ist, und das resultierende Bild wird verarbeitet, um ein Hindernis auf der Schiene oder eine gebrochene Schiene zu detektieren. Das Bild wird an den Führer weitergeleitet, der das Gleis auf einem geeigneten Videomonitor in Nahaufnahme sieht. Die Hindernisvermeidungseinrichtung ist eine Alarmvorrichtung, die den Führer vor einer drohenden Kollision warnt. Die letzte Entscheidung hinsichtlich dessen, ob ein Artefakt auf dem Gleis eine echte Gefahr bildet, liegt beim Führer, dem es frei steht, eine Abhilfsmaßnahme zu ergreifen oder die Warnung zu ignorieren, wenn er es als angebracht ansieht. In automatische Zügen ohne einen Führer in sich, wird die letzte Entscheidung hinsichtlich dessen, ob eine Abhilfsmaßnahme ergriffen wird, durch das System nach vor-definierten Kriterien getroffen, und die Hindernisvermeidungseinrichtung betätigt die Bremsen automatisch. Zu diesem Zweck werden die relevanten Daten in Echtzeit an eine Überwachungs- und Steuerzentrale gesendet und durch sie verarbeitet, um zu entscheiden, ob die Bremsen betätigt werden oder nicht, wobei in diesem Fall ein geeignetes Bremssteuersignal an den Zug weitergeleitet wird.
Ein solches System erlaubt es dem Lokführer, mögliche Hindernisse auf dem Gleis sowohl während des Tages als auch der Nacht in ausreichender Zeit deutlich zu erkennen, um umfassende Abhilfsmaßnahmen zu ergreifen, um eine Kollision des Betriebsmittels zu verhindern und/oder eine mögliche Entgleisung zu vermeiden, oder zumindest die Geschwindigkeit des Zugs vor einer Kollision oder Entgleisung beträchtlich zu reduzieren. Um das Hindernis bei Nacht zu sehen, können eine nach vorne gerichtete Infrarot-(FLIR)-Kamera oder eine ICCD-Videokamera eingesetzt werden. Alternativ kann eine normale Videokamera in Kombination mit einer aktiven Beleuchtung eingesetzt werden. Um das Auftreten widriger Wetterverhältnisse zu überwinden, können fortschrittliche Wärmeabbildungs techniken eingesetzt werden. Ebenso kann Radar, wie zum Beispiel Phase-Array-Radar zusätzlich zu einem elektro-optischen Abbildungssystem zur Verbesserung der Detektion von Hindernissen in widrigen Wetterverhältnissen verwendet werden. In diesem Fall werden aufgrund der verhältnismäßig niedrigen Auflösung des Radars Reflektoren zwischen oder längs der Schienen angeordnet, so daß dann, wenn es kein Hindernis auf den Schienen gibt, das Radar die Reflektoren detektieren wird. Andernfalls kann angenommen werden, daß ein Hindernis die Reflektoren vor dem Radar verbirgt, wodurch ihre Detektion verhindert wird. Typischerweise sind die Reflektoren Eckenreflektoren, welche die Form eines invertierten L aufweisen, die längs der Schienen aufgestellt werden, ohne die Schienen zu versperren, wobei es ermöglicht wird, daß das Radar das Gleis detektiert. Der Radarstrahl wird typischerweise auf die Schienen in einer Entfernung von 1 km gerichtet, obwohl auch kleinere Entfernungen überwacht werden können. Der Abstand zwischen benachbarten Reflektoren ist entsprechend der Merkmale des Gleises angepaßt. Folglich ist in einem völlig ebenen Terrain ein Abstand von mehreren hundert Metern zwischen benachbarten Reflektoren ausreichend; jedoch muß dieser Abstand für weniger ideale Bedingungen reduziert werden.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Warnung eines Kontrollers eines gleisgeführten Fahrzeugs vor dem Vorhandensein eines Hindernisses auf einem Gleis des Fahrzeugs bereit, wobei mindestens eine Sensoreinrichtung, die eine Videokamera aufweist, an dem Fahrzeug angebracht ist, um ein Sichtfeld des Gleises vor dem Fahrzeug abzutasten, um aufeinanderfolgende Videobilder davon zu erzeugen, die jeweils für einen jeweiligen Abschnitt des Gleises vor dem Fahrzeug repräsentativ sind, wobei das Verfahren aufweist:

(a) Verarbeiten der aufeinanderfolgenden Videobilder, um daraus eine Diskontinuität in der mindestens einen Schiene des Gleises zu detektieren, und
(b) Erzeugen eines Hindernisdetektionssignals, das sich daraus ergibt; dadurch gekennzeichnet, daß es ferner aufweist:
(c) Einstellen der Orientierung der Videokamera relativ zum Fahrzeug, um die Videokamera erneut zum Gleis auszurichten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Um die Erfindung zu verstehen und um zu erkennen, wie sie in der Praxis ausgeführt werden kann, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform anhand eines aber nur nicht einschränkenden Beispiels eines Systems zur Warnung eines Lokführers vor einem Hindernis auf dem Gleis und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1a ein Blockdiagramm, das in funktioneller Hinsicht die Hauptkomponenten eines erfindungsgemäßen Systems zeigt;
1b ein Blockdiagramm, das in funktioneller Hinsicht einen äußeren Pfosten zeigt, auf dem Hilfskomponenten eines erfindungsgemäßen verbesserten Systems angebracht sind;
2 ein Ablaufdiagramm, das die Hauptschritte eines Verfahrens zum Festellen einer Gleisdiskontinuität zeigt, das durch die Hindernisdetektionseinrichtung in 1 eingesetzt wird;
3 eine schematische Darstellung eines Details einer ersten Stufe eines Hindernisdetektionsalgorithmus, der auf einer Bibliothek von Bezugsbildern zur Identifizierung der Schienen in jedem Sensorbild beruht; und
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Stufe des Hindernisdetektionsalgorithmus, der neurale Netzwerke verwendet, um Hindernisse auf den Schienen zu detektieren.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1a zeigt in funktioneller Hinsicht ein System 10 zur Montage an einer Eisenbahnlok 11, das eine Videokamera 12 aufweist (die eine Sensoreinrichtung bildet), die an einer Kardanaufhängung angebracht ist, so daß sie automatisch auf einen (nicht gezeigten) Schienenweg gerichtet wird, und ein Videobild eines Abschnitts eines Schienenstrangs in ihrem Sichtfeld erzeugt. Das resultierende Videobild wird über eine Videoschnittstelle 13 in einen Computer 14 eingespeist (der eine Hindernisdetektionseinrichtung bildet), der programmiert ist, aufeinanderfolgende Rahmen von Videodaten zu verarbeiten, um eine Dis kontinuität in einer oder beiden Schienen festzustellen, die auf ein Hindernis, das darauf angeordnet ist, oder auf einen Bruch im Gleis hindeutet, und um ein entsprechendes Hindernisdetektionssignal zu erzeugen. Ein Anzeigemonitor 15, der mit der Videoschnittstelle 13 gekoppelt ist, gestattet es dem Lokführer das Gleis zu sehen, das durch die Videokamera 12 abgebildet wird, während die Videoschnittstelle 13 automatisch die Videokamera 12 auf die Fortsetzung der Schiene richtet und den Lokführer mit einem vergrößerten Momentanbild ausgewählter Merkmale versorgt, wobei sie auch den Kontrast und andere Merkmale derselben ändert. Es ist eine hörbare oder sichtbare Alarmvorrichtung 16 an den Computer 14 gekoppelt und spricht auf ein Hindernisdetektionssignal an, das durch ihn erzeugt wird, um eine sofortige Warnung an den Lokführer vor dem verdächtigen Vorhandensein eines Hindernisses auf dem Gleis oder vor einem Bruch im Gleis zu liefern.
Es ist ein Videorekorder 17 mit einem Ausgang der Anzeige 15 gekoppelt, um das Videobild auf Band zu speichern, um eine dauerhafte Aufzeichnung des Gleises bereitzustellen, das durch die Videokamera 12 abgebildet wird. Dies ist zur Analyse und nachträglichen Analyse im Fall einer Kollision oder Entgleisung nützlich.
Um sicherzustellen, daß die Videokamera 12 dem Gleis korrekt folgt, wird das Videobild verarbeitet, um eine scheinbare Bewegung der Gleise festzustellen, die dann durch eine automatische Einstellung der Orientierung der Videokamera 12 kompensiert wird. Jeder Rahmen der Videokamera 12 hat einen großen Bereich mit dem vorhergehenden Rahmen gemeinsam. Die beiden Rahmen werden verglichen, um diese Bereiche zu bestimmen, die beiden Rahmen gemeinsam sind. Dafür kann jener Teil des nachfolgenden Rahmens abgeleitet werden, welcher der Fortsetzung der Schienen aus der Situation entspricht, die durch den vorhergehenden Rahmen repräsentiert wird. Dies geschieht unter Verwendung eines Mustererkennungsalgorithmus, indem zum Beispiel eine Bibliothek von Bildern der Schienen verwendet wird und jedes von ihnen an zwei parallele Linien im Rahmen angepaßt wird. Solche Algorithmen sind ausreichend robust, um leichte Störungen zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen zuzulassen, ohne Fehlalarme zu erzeugen. Als Ergebnis dieser Analyse ist es möglich, den Punkt im vorhergehenden Rahmen zu identifizieren, wo der nachfolgende Rahmen anfängt. Dies wiederum läßt es zu, daß die Fortsetzung des nachfolgenden Rahmens abgeleitet wird, was es zuläßt, daß die Richtung dessen anderen Endes relativ zu dessen Beginn berechnet wird. Am Beginn des Zyklus ist die Videokamera 12 auf den Beginn des nachfolgenden Rahmen gerichtet, der dem Ende des vorhergehenden Rahmens entspricht. Sie kann nun auf das Ende des nachfolgenden Rahmens gerichtet werden, und der gesamte Zyklus wiederholt werden.
Es kann Gelegenheiten geben, wo ein Hindernis auf den Gleisen vor der Videokamera 12 infolge von scharfen Biegungen im Gleis verborgen ist, so daß es zum Beispiel zu der Zeit, zu der das Hindernis im Sichtfeld der Videokamera 12 ist, es schon zu spät ist, eine Abhilfsmaßnahme zu ergreifen. Um dies zu vermeiden, kann im System 10 ein Empfänger 18 zum Empfang eines von außen gesendeten Videobildes über eine Antenne 19 vorgesehen sein.
1b zeigt einen Pfosten oder Mast 20, der nahe einer scharfen Biegung im Gleis oder nahe irgendeines Abschnitts des Gleises angebracht ist, wo die Sichtweite aus irgendeinem anderen Grund beeinträchtigt ist, und an dem eine Hilfsvideokamera 21 zur Erzeugung eines Hilfsvideobildes davon angebracht ist. Ein Sender 22 ist mit der Hilfsvideokamera 21 gekoppelt, um ein Hilfsvideobild über eine Antenne 23 an den Empfänger 18 im System 10 zu senden. Das Hilfsvideobild wird dann durch das System 10 in einer zu jener analogen Weise verarbeitet, die oben in Hinblick auf das Bild beschrieben wird, das durch die Videokamera 12 erzeugt wird. Die Hilfsvideokamera 21 ist vorzugsweise unter Kontrolle des Lokführers lenkbar, um es zuzulassen, daß der Führer um Kurven und außerdem in eine ziemlich beträchtliche Entfernung vor die Biegung im Gleis sieht, weit bevor der Zug an irgendeiner Stelle ankommt, die durch die Hilfskamera abgebildet wird. Alternativ kann ein Lichtleitfaserkabel längs des Gleises in einer bekannten Weise gelegt werden, um einen Laserstrahl, der durch eine herannahende Lok gesendet wird, auf einen Retroreflektor zu richten, der diagonal über den Gleisen angeordnet ist, so daß ein Hindernis, das auf dem Gleis vor dem sich bewegenden Zug angeordnet ist, den Laserstrahl sperrt. Der retroreflektierte Laserstrahl kommt auf seinem Weg längs des Lichtleitfaserkabels zurück zum Zug, was es einem Bordprozessor erlaubt, das Vorhandensein des Hindernisses in einer ausreichenden Zeit festzustellen, um es zu ermöglichen, daß eine korrigierende Maßnahme ergriffen wird.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Hauptschritte eines Verfahrens zeigt, das durch den Computer 14 zur Feststellung einer Gleisdiskontinuität eingesetzt wird, um ein scheinbares Hindernis auf dem Gleis oder einen Bruch im Gleis zu detektieren. Wie oben angegeben, ist für den Zweck der vorliegenden Erfindung ein Bruch im Gleis in derselben Weise ein Hindernis für die sichere Passage des Zuges wie ein Hindernis, das auf dem Gleis angeordnet ist. Folglich wird in regelmäßigen Zeitabständen ein Rahmen von Bilddaten abgetastet, die einem Sichtfeld der Videokamera 12 entsprechen, und in einem (nicht gezeigten) Speicher des Computers 14 gespeichert. Jeder Rahmen von Bilddaten, der einem jeweiligen Zustand des Schienenstrangs entspricht, wird durch einen automatischen Detektionsalgorithmus analysiert, um eine Diskontinuität im Schienenstrang zu detektieren, die entweder für ein Hindernis auf dem Gleis oder ein gebrochenes Gleis kennzeichnend ist. Bei der Detektion einer solchen Diskontinuität erzeugt der Computer 14 das Hindernisdetektionssignal zur Warnung des Lokführers, daß ein Hindernis detektiert worden ist.
In einem solchen System behält der Lokführer die Initiative hinsichtlich dessen, ob der Zug gestoppt wird oder nicht, abhängig von seiner Interpretation des angezeigten Bildes des Gleises.
3 zeigt eine erste Stufe eines erfindungsgemäßen automatischen Detektionsalgorithmus, während dessen die Schienen in jedem Sensorbild erkannt werden. In einer nachfolgenden Stufe, die in 4 gezeigt wird, wird ein Bereich um die Schienen bildverarbeitet, um Hindernisse auf dem Gleis zu detektieren. Außerhalb des Betriebs wird eine Bibliothek von vorgespeicherten Bildern erzeugt, von der nur drei Bilder 25, 26 und 27 gezeigt werden, die unterschiedliche Schienengestaltungen aus einem typischen Betrachtungsabstand von 1 km und in typischen Beleuchtungs- und Hintergrundbedingungen repräsentieren. Aus diesen Bildern werden einige Filter 28 berechnet, die jeweils ein Durchschnittsbild aus einigen typischen Bibliotheksbildern sind. Die Filter 28 bilden Bezugsbilder, die erzeugt werden, indem mehrere diskrete Bezugsbilder integriert werden, die jeweils ein oder mehrere Merkmale enthalten, welche die erforderlichen Haupteigenschaften aufweisen. Es ist einfacher, solche Filter zu verwenden, da sie die charakteristischen Merkmale konzentrieren, die das Gleis betreffen und eine leichtere Unterscheidung zwischen jenen Merkmalen zulassen, die für den Hintergrund charakteristisch sind.
Es wird eine normierte Korrelation zwischen jedem Videorahmen 30 und den Filterbildern 28 durchgeführt, um ein korreliertes Bild 31 zu erzeugen. Der Ort der Schienen im Bild wird so bestimmt, daß es der Punkt ist, wo der Korrelationswert maximal ist. Wenn der Ort der Schienen im Bild 30 bestimmt worden ist, wird ein kleines Fenster 32 um die Position des Schienen markiert. Die Mitte des Fensters 32 enthält ein Schienensegment, das aus einer Entfernung von 1 km gesehen wird. Das Fenster 32 enthält außerdem einen gewisses Gebiet innerhalb eines Bereichs von etwa 4 m von jeder Seite der Schienen.
Wie in 4 gezeigt, wird das Bild im Fenster 32 durch ein neurales Netzwerk 35 geschickt, das vor dem Einsatz geschult wird, Hindernisse aus einem vorgefertigten Satz von Bildern zu erkennen, die potentielle Hindernisse einschließen, die aus einer Entfernung von 1 km und aus verschiedenen Winkeln abgebildet werden. Dies läßt es zu, daß dynamisch eine Datenbank potentieller Hindernisse aufgebaut wird, und ermöglicht es, daß deren Datensätze zur Datenbank hinzugefügt und aus ihr gelöscht werden, falls das gemäß sich möglicherweise ändernden Anforderungen des Systems oder anderen Anwendungen desselben notwendig ist.
Jedes Bild, das durch den Sensor erzeugt wird und im Fenster 32 enthalten wird, wird in Echtzeit auf die Existenz eines potentiellen Hindernisse wie folgt analysiert. Das Bild im Fenster 32 wird durch das neurale Netzwerk 35 geschickt, um an dessen Ausgang eine Entscheidung hinsichtlich dessen bereitzustellen, ob ein Hindernis auf den Schienen im Fenster 32 detektiert wurde oder nicht.
Es wird deutlich sein, daß Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne deren Geist zu verlassen. Während zum Beispiel die Erfindung insbesondere in Hinblick auf die Verwendung einer Videokamera zur Erzeugung eines Bildes des Gleises beschrieben worden ist, wird es deutlich sein, daß andere Sensoren anstelle der oder zusätzlich zur Videokamera eingesetzt werden können. So können insbesondere, wie oben angegeben, ICCD-, FLIR-, thermische Abbildungs- oder Phase-Array-Radar-Techniken eingesetzt werden, um die Sichtweite des Systems zu erweitern.
Außerdem gibt es, während es als zu bevorzugen angesehen wird, die Entscheidung hinsichtlich dessen, ob die Bremsen der Lok betätigt werden sollen, in die Hände des Lokführer zu legen, keinen technischen Grund, die Bremsen der Lok nicht direkt mit dem Computer 14 so koppeln, um die Bremsen der Lok als Reaktion auf das Hindernisdetektionssignal automatisch zu betätigen. Ein solches Verfahren findet insbesondere Anwendung in automatischen Zügen, die keinen Führer in ihnen aufweisen. In diesem Fall betätigt die Hindernisvermeidungseinrichtung die Bremsen als Reaktion auf ein Hindernisdetektionssignal automatisch.
Es ist ferner zu beachten, daß andere automatische Detektionsalgorithmen eingesetzt werden können. Falls erwünscht, kann die Kamera 12 ebenso manuell unter Kontrolle des Lokführers auf den nächsten Gleisverlauf gerichtet werden.
Um unabhängig von der Bewegung des Zuges ein stabiles Bild zu erzeugen, ist die Videokamera 12 vorzugsweise gedämpft, so daß jede Eigenschwingung derselben minimiert wird.
Es wird zu erkennen sein, daß irgendeine Anzahl von Pfosten oder Masten vorgesehen werden können, die jeweils eine jeweilige Hilfsvideokamera aufweisen, um ein jeweiliges Hilfsbild eines Gleisbereichs innerhalb ihres Sichtfelds an die Lok oder an eine stationäre Steuerzentrale zu senden.
Die Erfindung ist ebenso angepaßt, Mitarbeiter auf den Gleisen zu detektieren. Zum Beispiel können die Mitarbeiter an ihrer Person einen Empfänger/eine Alarmvorrichtung zum Empfang eines Warnsignals mit sich führen, das durch das Hindernisdetektionssystem gesendet wird. Beim Empfang eines solchen Warnsignals erfahren sie möglicherweise von einem sich nähernden Zug sogar bevor er sich in ihrer Sichtlinie befindet (insbesondere, wenn sich der Zug den Mitarbeitern von hinter einer Kurve nähert).
Dasselbe Konzept läßt die Detektion von Personen auf einem höhengleichen (oder ebenen) Bahnübergang zu, um sie weit im voraus vor einem herannahenden Zug zu warnen, wo aus empirischen Daten bekannt ist, daß ein großer Anteil von Zugunfällen stattfindet. Folglich ist für eine Allwetterdetektion an höhengleichen Bahnübergängen ein keines Radargerät in Verbindung mit der Videokamera 12 angebracht. In der Lokomotive wird eine Datenbank des Ortes jedes höhengleichen Bahnübergangs bewahrt, die es zuläßt, daß das Radar auf jeden höhengleichen Bahnübergang im Näherungsweg eines herannahenden Zugs gerichtet wird.
Auf gegenüberliegenden Enden jedes höhengleichen Bahnübergangs sind einige benachbarte Eisenbahnschwellen durch Eisenbahnschwellen ersetzt, die so modifiziert sind, daß sie ein Echo reflektieren, das Eigenschaften aufweist, die leicht durch das Radar identifiziert werden. Wenn es zum höhengleichen Bahnübergang hin zeigt, ist das Radar folglich imstande, automatisch die modifizierten Eisenbahnschwellen sowohl vor als auch nach dem höhengleichen Bahnübergang zu detektieren, wenn natürlich kein Hindernis oder eine Person auf dem höhengleichen Bahnübergang das Radar unterbricht. In diesem Fall wird eines der charakteristischen Echosignale durch das Radar nicht empfangen, und es kann dadurch das Vorhandensein eines Hindernisses auf dem höhengleichen Bahnübergang gefolgert werden.
Es kann ein globales Positionierungssystem (GPS) an der Lok angebracht sein und mit einer Datenbank der Koordinaten höhengleicher Bahnübergänge längs des Gleises gekoppelt sein, um eine automatische Positionierung der Videokamera 12 oder eines anderen Sensors von einer Seite zur anderen Seite des höhengleichen Bahnübergangs zuzulassen. Ebenso kann die Datenbank darin die Koordinaten von Gebäuden und dergleichen längs des Gleises speichern, so daß solche Gebäude nicht fälschlicherweise als Hindernisse interpretiert werden, wodurch das Auftreten von Fehlalarmen reduziert wird.
Die Erfindung erwägt außerdem ein System zur automatischen Führung eines freilaufenden Fahrzeugs, wie eines Straßenbahnwagens längs einer Bahn, die durch eine sichtbare (oder auf andere Weise detektierbare) Linie definiert ist. Zum Beispiel könnte in einer Schiffsbauwerft eine sichtbare Linie aufgemalt sein, wo eine Bewegung von Fahrzeugen zulässig sein kann, um eine Detektion der sichtbaren Linie zuzulassen und dadurch eine automatische Führung des Fahrzeugs längs der Linie zuzulassen. Dieses Verfahren beseitigt die Notwendigkeit, Schienen vorzusehen, wie es gegenwärtig der Fall ist, wodurch folglich Installations- und Wartungskosten eingespart werden.

Claims

Ein System (10) zum Warnen eines Controllers eines Schienenfahrzeugs, dass in einem Schienenstrang des Fahrzeugs ein Hindernis vorhanden ist, umfassend: mindestens ein Sensormittel einschließlich einer am Fahrzeug montierten Videokamera (12) zum Abtasten eines Blickfeldes des Schienenstrangs vor dem Fahrzeug, um von diesem aufeinanderfolgende Videoaufnahmen zu machen, die jeweils einen vor dem Fahrzeug liegenden Abschnitt des Schienenstrangs darstellen, ein mit der Videokamera (12) gekoppeltes Hindernisnachweismittel (14) zum Verarbeiten der so erzeugten aufeinanderfolgenden Videoaufnahmen, um als Folge davon ein Hindernisnachweissignal zu erzeugen, ein am Fahrzeug montiertes und mit dem Hindernisnachweismittel gekoppeltes Hindernisvermeidungsmittel (16), welches auf das Hindernisnachweissignal anspricht, um ein Hindernisvermeidungssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin umfasst: ein Ausrichtungsmittel zum automatischen Berichtigen der Ausrichtung der Videokamera (12) relativ zum Fahrzeug, so dass die Videokamera (12) automatisch auf den Schienenstrang ausgerichtet wird.
Ein System nach Anspruch 1, bei dem das Ausrichtungsmittel Aufhängebügel umfasst, mit denen die Videokamera (12) am Fahrzeug montiert ist.
Ein System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Ausrichtungsmittel umfasst: ein scheinbares Bewegungsmittel zum Bestimmen der scheinbaren Bewegung des Schienenstrangs zwischen aufeinanderfolgenden Frames von Videoaufnahmedaten, die jeweils mit einem betreffenden Abschnitt des Schienenstrangs korrespondieren, und ein mit dem scheinbaren Bewegungsmittel und der Videokamera gekoppeltes Berichtigungsmittel zur automatischen Berichtigung der Ausrichtung der Videokamera (12), um die scheinbare Bewegung auszugleichen.
Ein System nach Anspruch 3, wobei das scheinbare Bewegungsmittel umfasst: einen Komparator zum Vergleichen der aufeinanderfolgenden Frames von Videodaten, um diejenigen Bereiche zu bestimmen, die ein vorhergehender Frame und ein nachfolgender Frame gemeinsam aufweisen, ein mit dem Komparator gekoppeltes Ableitungsmittel zum Ableiten desjenigen Teils des nachfolgenden Frames, der mit der Fortsetzung des Schienenstrangs vom vorhergehenden Frame korrespondiert, um den Punkt im vorhergehenden Frame zu identifizieren, an dem der nachfolgende Frame beginnt, und einen mit dem Ableitungsmittel gekoppelten Computer zum Berechnen der Richtung eines entfernten Endes des Schienenstrangs im nachfolgenden Frame relativ zu seinem Start, um auf diese Weise die Fortsetzung des nachfolgenden Frames abzuleiten; wobei das Berichtigungsmittel auf den Computer anspricht, um die Videokamera zyklisch auf den Start des dem Ende des vorhergehenden Frames entsprechenden nachfolgenden Frames auszurichten.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen mit der Videokamera gekoppelten Videomonitor (15) zur Anzeige der Videoaufnahmen.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Videokamera (12) eine Tag-/Nacht-Videokamera ist.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Hindernisnachweismittel (16) auf die aufeinanderfolgenden Videoaufnahmen anspricht, um eine Diskontinuität in der Videoaufnahme des Schienenstrangs nachzuweisen, die ein Hindernis auf dem Schienenstrang bezeichnet.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen mit dem Hindernisnachweismittel gekoppelten Empfänger (18) zum Empfangen von mindestens einer hilfsweisen Videoaufnahme eines Abschnitts des Fahrzeugschienenstrangs außerhalb des Blickfeldes der Videokamera (12), und mindestens einen Pfosten (20) oder Turm, an dem eine entsprechende hilfsweise Videokamera (21) montiert ist, um eine Region des Schienenstrangs innerhalb ihres Blickfeldes aufzunehmen und um eine entsprechende hilfsweise Videoaufnahme zu erzeugen, und einen mit der hilfsweisen Videokamera (21) gekoppelten Sender (22) zum Senden der hilfsweisen Videoaufnahme an den Empfänger (18).
Ein System nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine mit der hilfsweisen Videokamera (21) gekoppelte Lenkungseinheit zum Betrieb unter Steuerung des Controllers, um das Blickfeld der hilfsweisen Videokamera (21) zu variieren.
Ein System nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem die hilfsweise Videokamera (21) eine Tag-/Nachtkamera ist.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Hindernisvermeidungsmittel (16) einen Alarm (16) aufweist, mit dem der Controller vor einem möglichen bevorstehenden Zusammenstoß gewarnt wird.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hindernisvermeidungsmittel (16) eine automatische Bremse zur automatischen Betätigung der Bremsen im Fahrzeug aufweist.
Ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Fahrzeug automatisch vom Controller gesteuert wird, und das Hindernisvermeidungsmittel (16) eine automatische Bremse zur automatischen Betätigung der Bremsen im Fahrzeug aufweist.
Ein System nach Anspruch 12 oder 13, wobei das mindestens eine Sensorsignal in Echtzeit an ein Überwachungs- und Kontrollzentrum gesendet und von diesem verarbeitet wird, um zu entscheiden, ob die Bremsen betätigt werden sollen oder nicht, und das Überwachungs- und Kontrollzentrum Mittel zur Weiterleitung eines Bremssteuersignals an das Fahrzeug zur automatischen Betätigung der Bremsen enthält.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Sensor zusätzlich zu einem elektro-optischen Bildaufnahmesystem zur Verbesserung des Nachweises von Hindernissen in schlechten Wetterverhältnissen mit Radar ausgerüstet ist.
Ein System nach Anspruch 15, weiterhin Reflektoren umfassend, die zwischen die oder an den benutzten Schienen entlang zum Nachweis durch den Radar plaziert werden, so dass ein Hindernis die Reflektoren vor dem Radar verbirgt und somit ihren Nachweis verhindert.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug ein Eisenbahnmotor und der Schienenstrang ein Eisenbahngleis ist.
Ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum automatischen Führen eines Fahrzeugs entlang eines Schienenstrangs, der durch eine sichtbare oder anderweitig nachweisbare Linie auf einer Straßenoberfläche definiert wird.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Datenbank zum Speichern der Koordinaten von Hintergrundgegenständen in einer Region des Schienenstrangs, ein am Fahrzeug montiertes GPS-System (Global Positioning System) zum Bestimmen eines Orts in seinem dreidimensionalen Raum, und die Kopplung der Ausrichtungsmittel an das GPS-System zum Ausrichten der Videokamera auf den Schienenstrang, um einen Bereich davon aufzunehmen, der einen bekannten Ort im dreidimensionalen Raum aufweist; wobei das Hindernisnachweismittel mit der Datenbank zum Extrahieren der Koordinaten, aus der Datenbank, von Hintergrundgegenständen in einer Region des aufgenommenen Bereichs ansprechbar gekoppelt ist, um die Hintergrundgegenstände als mögliche Hindernisse zu eliminieren und somit falsche Alarme zu reduzieren.
Ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Hindernisnachweismittel umfasst: ein Mittel zum Aufbereiten eines Satzes von Bildern einschließlich möglichen Hindernissen, die aus einer vorgegebenen Entfernung und aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden, um dynamisch eine Datenbank möglicher Hindernisse aufzubauen, ein Ortungsmittel (25, 26, 27, 28) zum Orten einer Schiene in der Aufnahme, und ein Vergleichsmittel zum Vergleichen eines Segmentes der Aufnahme innerhalb eines Bereichs des Schienenstrangs mit mindestens einigen der Bilder in der Datenbank, um zu bestimmen, ob der Bereich der Aufnahme einem Hindernis auf dem Schienenstrang entspricht.
Ein System nach Anspruch 20, wobei das Vergleichsmittel ein neuronales Netz (35) ist, um an einem Ausgang dieses Netzes eine Entscheidung bereitzustellen, ob ein Hindernis auf den Schienen innerhalb des Bereichs nachgewiesen wird oder nicht.
Ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hindernisnachweismittel (14) auf das Identifizieren von Personal auf dem Schienenstrang eingerichtet ist, um ein Hindernisnachweissignal zu erzeugen, und ferner Folgendes bereitgestellt wird: ein mit dem Hindernisnachweismittel gekoppelter und auf das Hindernisnachweissignal ansprechender Sender zum Senden eines Warnsignals an einen Empfänger/eine Alarmeinheit, die vom Personal mitgeführt wird, um das Personal vor einem sich nähernden Eisenbahnzug warnen.
Ein Verfahren zum Warnen eines Controllers eines Schienenfahrzeugs, dass ein Hindernis in einem Schienenstrang des Fahrzeugs vorhanden ist, wobei mindestens ein Sensormittel einschließlich einer Videokamera (12) am Fahrzeug zum Abtasten eines vor dem Fahrzeug liegenden Blickfeldes montiert ist, um von diesem aufeinanderfolgende Videoaufnahmen zu erzeugen, die jeweils einen betreffenden Abschnitt des vor dem Fahrzeug liegenden Schienenstrangs darstellen, wobei das Verfahren umfasst: (a) Verarbeiten aufeinanderfolgender Videoaufnahmen, um anhand derselben eine Diskontinuität in mindestens einer Schiene des Schienenstrangs nachzuweisen, und (b) Erzeugen eines daraus folgenden Hindernisnachweissignals; (c) Erzeugen eines Hindernisvermeidungssignals unter Einsatz eines im Fahrzeug montierten und auf das Hindernisnachweissignal ansprechenden Hindernisvermeidungsmittels (16); weiterhin gekennzeichnet durch (d) Berichtigen der Ausrichtung der Videokamera (12) relativ zum Fahrzeug, um die Videokamera erneut auf den Schienenstrang auszurichten.
Ein Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Änderns der Ausrichtung der Videokamera (12) ausgeführt wird durch: (i) Bestimmen einer scheinbaren Bewegung von mindestens einer Schiene des Schienenstrangs zwischen aufeinanderfolgenden Frames der Videoaufnahmedaten, die jeweils einem betreffenden Abschnitt des Schienenstrangs entsprechen, und (ii) automatisches Berichtigen der Ausrichtung der Videokamera (12), um die scheinbare Bewegung auszugleichen.
Ein Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens der scheinbaren Bewegung des Schienenstrangs umfasst: i) Vergleichen von aufeinanderfolgenden Frames von Videodaten, um diejenigen Bereiche zu bestimmen, die ein vorhergehender und ein nachfolgender Frame gemeinsam haben, ii) Ableiten desjenigen Teils des nachfolgenden Frames, der der Fortsetzung des Schienenstrangs vom vorhergehenden Frame entspricht, um den Punkt im vorhergehenden Frame zu identifizieren, an dem der nachfolgende Frame beginnt, und iii) Berechnen der Richtung eines entfernten Endes des Schienenstrangs im nachfolgenden Frame relativ zu einem Start desselben, um so die Fortsetzung des nachfolgenden Frames abzuleiten.
Ein Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin folgende Schritte umfassend: (a) Bestimmen der Position jeder Schiene im Schienenstrangabschnitt, (b) Definieren eines die Position des Schienenstrangs umgebenden Fensters, welches ein Segment jeder Schiene des Schienenstrangabschnitts, von einer vorherbestimmten Entfernung aus betrachtet, enthält, und (c) Führen jeder vom Sensor erzeugten und innerhalb des Fensters enthaltenen Aufnahme durch ein neuronales Netz, um an einem Ausgang desselben eine Entscheidung bereitzustellen, ob ein Hindernis auf dem Schienenstrangabschnitt innerhalb des Fensters nachgewiesen wurde oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Schritt des Bestimmens der Position jeder Schiene im Schienenstrangabschnitt umfasst: i) das Erhalten nachfolgender Frames, die jeweils entsprechende Segmente des Schienenstrangs zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten enthalten, und ii) das Vergleichen jedes Frames mit einem nachfolgenden Frame, um diejenigen Bereiche zu bestimmen, die beide Frames gemeinsam haben, wodurch derjenige Teil des nachfolgenden Frames abgeleitet wird, der einer Fortsetzung der Schiene aus dem vorhergehenden Frame entspricht.