DK2637909T3 - Fremgangsmåde til højdeprofilbestemmelse af et skinnekøretøjs kørestrækning - Google Patents

Description

Beskrivelse

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til højdeprofilbestem-melse af et skinnekøretøjs kørestrækning samt en fremgangsmåde til drift af et førerassistancesystem i et skinnekøretøj. Sådanne førerassistancesystemer, der anvendes ved jernbanetrafik, tjener i første omgang til at bevæge et skinnekøretøj, f.eks. et person- eller godstog, på en så energieffektiv måde over en kørestrækning som muligt. Til dette får føreren af et sådant skinnekøretøj via et display i førerassistancesystemet den dertil nødvendige information. Denne information omfatter f.eks. en profil over strækningen med en visning af tilladte maksimumhastigheder og af de anbefalede hastigheder, anbefalinger for egnede køre- og bremsearmsstillin-ger samt angivelser til strækningens topografiske forløb. Derfor er det vigtigt at have så nøjagtige data over kørestrækningen som muligt. En vigtig nødvendig information er kørestrækningens højdeprofil, ud fra hvilken den nedadgående kraft, der påvirker skinnekøretøjet, beregnes og således kommer med i beregningerne til udsendelse af køreanbefalinger via førerassistancesystemet.

Kvaliteten af modtagelserne, der angår førerassistancesystemet, til beregning af køreanbefalinger korrelerer direkte med kvaliteten af disse kørestrækningsdata, da allerede små stigningsændringer på kun 1%o medfører enorme afvigelser mellem den model, der ligger til grund for beregningen, og virkeligheden og dermed vanskeliggør en kvalificeret prognose for kørslens videre forløb. Sådanne informationer om en kørestræknings højdeprofil (gradient) kan i de fleste tilfælde fås direkte hos dem, der driver kørestrækningen. De data, der fås fra dem, er dog ofte af ukendt oprindelse og kvalitet, tit forældede og ikke i digital form. Nøjagtigheden af disse data er svær at vurdere og den generelle rigtighed af disse kan ikke garanteres. Desuden skal dataene indtastes manuelt i førerassistancesystemet og eventuelt behandles yderligere, hvorved også tidsforbruget til indtastning af dataene i førerassistancesystemet er meget højt.

Fra WO 2010/083946 A1 kendes en fremgangsmåde til registrering af strækningsdata, hvor registrerede positionsdata på basis af satellitunderstøttet genererede data tilordnes til rasterpunkter, og de enkelte rasterpunkters geografiske højde derefter fastslås ud fra en eksisterende højdedatabase.

Formålet med den foreliggende opfindelse er derfor at tilvejebringe en fremgangsmåde til højdeprofilbestemmelse af en kørestrækning, der gør det muligt meget nøjagtigt, hurtigt og uafhængigt af land og operatør at registrere vilkårlige banestrækningers højdeprofil for at holde de individuelle tilpasningsomkostninger til dataregistrering ved nye strækninger så lave som muligt og forøge førerassistancesystemets ydeevne.

Det formål opfyldes med en fremgangsmåde til højdeprofilbestemmelse af en kørestrækning med den kendetegnende del af krav 1 samt med en fremgangsmåde til drift af et førerassistancesystem med den kendetegnende del af krav 9.

En kørestræknings højdeprofil fastslås ifølge opfindelsen ved, at registreringen af positions- og højdedata ved hjælp af en modtager, der er installeret i skinnekøretøjet, af et globalt navigationssatellitsystem (GNSS) sker ved at køre kørestrækningen mindst en gang, hvor bærerfasen af navigationssatellittens eller navigationssatellitternes signaler bestemmes til forøgelse af nøjagtigheden af højdedataene, der opnås via GNSS, og at højdedataene diffe-rentialkorrigeres ved hjælp af et RTK-netværk, og at kørestrækningens høj-deprofilforløb i et yderligere fremgangsmådetrin beregnes ved behandling af positions- og højdedataene, der blev registreret i de forudgående trin. Ved at medtage en sådan modtagerenhed i skinnekøretøjet, som den kørestrækning køres med, hvis gradientforløb skal bestemmes, tilvejebringes der en fremgangsmåde, som kan udføres nemt og hurtigt, og med hvilken en vilkårlig stræknings gradientforløb kan bestemmes uafhængigt af land og operatør. Fremgangsmåden kan udføres hurtigt og er betydeligt mere nøjagtig end konventionelle GNSS-målinger. Den hurtige, meget nøjagtige og frem for alt pålidelige registrering af højdeprofilen er den store fordel ved denne fremgangsmåde. I en fordelagtig udførelsesvariant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen forøges nøjagtigheden af højdedataene, der opnås via GNSS, yderligere ved at tage geoid undulation i betragtning. Med en sådan datakorrektion kan den faktiske fysiske højde bestemmes, der er udslagsgivende for beregningen af den potentielle energi af det tog, som kører kørestrækningen.

Ifølge en yderligere fordelagtig udførelsesvariant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen registreres positions- og højdedataene i det mindste på en delstrækning af kørestrækningen ved forskellige køreretninger og sammenføres derefter. Den væsentligste fordel ved denne foranstaltning består i, at datahuller, derf.eks. optræder pga. manglende modtagelse af GNSS-signalerne i tunneller eller på steder, hvor strækningen er under jorden, forkortes signifikant. Her er det eksempelvis typisk, at højdesignalet allerede ved meget korte tunneller forsvinder helt og først opbygges noget tid efter tunnellen. Hvis man så sammenfører to målingers højdedata ved forskellig kørselsretning, bortfalder udelukkende højdedataene i tunnellen. Højdedataene før og efter tunnellen foreligger så efter sammenføring af dataene.

Ifølge en yderligere fordelagtig udførelsesvariant registreres positions- og højdedataene i det mindste på en delstrækning af kørestrækningen ved lav hastighed eller endda, når skinnekøretøjet er standset. Især i strækningsafsnit, hvor højdegradienten udsættes for store udsving, er det fordelagtigt at reducere hastigheden for at forøge måledataenes nøjagtighed, da kvaliteten af de registrerede højdedate aftager med stigende hastighed.

Ifølge en yderligere foretrukket udførelsesvariant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres registreringen af højdedataene i ikke-ækvidistante afstande langs kørestrækningen afhængigt af omfanget af ændringen af højdeprofilen, hvor måleafstandene vælges mindre i takt med tiltagende ændring af højdeprofilen. Især i områder med store ændringer af højdegradienterne, dvs. f.eks. ved forhøjninger og fordybninger, er små trinstørrelser hensigtsmæssige. Tilsvarende er større trinstørrelser af målingerne hensigtsmæssige ved jævne strækningsafsnit eller strækningsafsnit med ensartet stigning, hvor højdegradienten ikke ændrer sig, for at reducere datamæng den og dermed forøge førerassistancesystemets ydeevne, da redundant information bortfalder ved gemning og behandling.

Også tilpasningen af gradientinformationernes trinstørrelse til taktningen af en optimeringsenhed i førerassistancesystemet er fordelagtig, da gradientens påvirkning af togets hastighed langsommeliggøres pga. togets høje inerti. I normal drift sker der i førerassistancesystemet en tilbagevendende sammenligning mellem virkelig og simuleret kørsel i forhold til sted og hastighed i hensigtsmæssigt valgte intervaller. Valget af disse intervaller tager hele systemets inerti i betragtning, hvor gradientinformationen fungerer som integral størrelse under gennemløb af disse intervaller, hvilket medfører, at en hensigtsmæssigt valgt rumlig opløsning fordelagtigt påvirker den gode beregning af køreanbefalingen, da førerassistancesystemets ydeevne forøges ved et optimalt valg af måleintervallerne.

Nedenfor uddybes en foretrukket udførelsesvariant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved hjælp af figuren 1.

Denne figur 1 viser et diagram over en udførelsesvariant af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Bestemmelsen af en kørestræknings højdeprofil sker i første omgang i en såkaldt optagelsesfase, hvor skinnekøretøjet, der er udstyret med modtageren til modtagelse af signaler via GNSS, kører kørestrækningen en gang og derved registrerer kørestrækningens højdeprofildata.

Under denne optagelsesfase foretages en GNSS-måling, hvor højdemålinger med en nøjagtighed på op til 2 til 10 cm opnås ved hjælp af såkaldte RTK-netværk (RTK = Real Time Kinematic). Til yderligere forøgelse af nøjagtigheden analyseres endvidere GNSS-signalets bærerfase.

Da registreringen af kørestrækningens højdegradient især anvendes til beregning af den nedadgående kraft, der udøves på et skinnekøretøj, er især tyngdepotentialet af et punkt på kørestrækningen også af særlig betydning. Ved hjælp af en yderligere datakorrektion tages derfor fortrinsvis også geoid undulation i betragtning, der er udslagsgivende for beregningen af skinnekøretøjets potentielle energi.

Som resultat af denne meget nøjagtige måling opnås en meget nøjagtig database for kørestrækningens højdeprofil, hvor der opnås en nøjagtighed af højdeprofilen på op til 10 cm. Værdierne, der er indeholdt i denne database, tilordnes i et efterfølgende fremgangsmådetrin til den pågældende aktuelle position af skinnekøretøjet eller af modtageren, der er anbragt i skinnekøretøjet. Disse datapakker indgår efterfølgende i beregningen af de aktuelle modstandskræfter, der påvirker skinnekøretøjet. På baggrund af denne beregning kan der efterfølgende udsendes en beregning af skinnekøretøjets optimale kørehastighedsprofil samt et output af en køreanbefaling til lokoføreren eller føreren af skinnekøretøjet ved hjælp af førerassistancesystemet. I senere normal drift (anvendelsesfasen) sker der ved hjælp af modtageren eller modtagerne, der er installeret i skinnekøretøjet, ligeledes en registrering af højde og position via en traditionel GNSS-måling, der dog til forøgelse af nøjagtigheden modtager data fra en satellitunderstøttet difference-GNSS-service, f.eks. det frit tilgængelige europæiske egnos-system, hvorved nøjagtigheden af modtagerens position forøges med en faktor 10 i forhold til en traditionel GNSS-positionsbestemmelse. Som resultat af denne kontinuerlige dataregistrering opnås en nøjagtig position for toget på strækningen med en nøjagtighed på ca. 2 m. Positionen sammenføres så, som allerede beskrevet ovenfor, med de højder, der blev gemt i optagelsesfasen, for så ud fra dette at beregne den aktuelle modstandskraft, der udøves på skinnekøretøjet, og ud fra den den optimale hastighedsprofil og udsende en køreanbefaling til skinnekøretøjets lokofører.

Ved anvendelse af førerassistancesystemet i senere normal drift sammenlignes reale og anbefalede køremåder med hensyn til sted og hastighed i tæt kronologisk rækkefølge. Under den antagelse, at førerassistancesystemets køreanbefalinger følges, er der således mulighed for at sammenligne togets reale køreadfærd med togsimuleringens køreadfærd. På den måde er det muligt at tilpasse den gradientinformation, der ligger til grund for simule ringsmodellen, til den gradientinformation, der rent faktisk observeres, hvorved der også er mulighed for at forsyne førerassistancesystemet med en selvlærende algoritme.

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til højdeprofilbestemmelse af et skinnekøretøjs kørestrækning, omfattende de følgende fremgangsmådetrin: - at registrere positions- og højdedata ved hjælp af en modtager, der er installeret i skinnekøretøjet, af et globalt navigationssatellitsystem (GNSS) ved at køre kørestrækningen mindst en gang, - at forøge nøjagtigheden af højdedataene, der opnås via GNSS, ved bestemmelse af bærerfasen af navigationssatellittens eller navigationssatellitternes signaler, - at forøge nøjagtigheden højdedataene, der opnås via GNSS, ved differenti-alkorrigering af højdedataene ved hjælp af et RTK-netværk, - at beregne kørestrækningens højdeprofilforløb ved behandling af positions-og højdedataene, der blev registreret i de forudgående trin.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor nøjagtigheden af højdedataene, der opnås via GNSS, i et yderligere fremgangsmådetrin forøges ved at tage geo-id undulation i betragtning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, hvor positions- og højdedataene i det mindste på en delstrækning af kørestrækningen ved forskellige køreret-ninger registreres og derefter sammenføres.

4. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, hvor positions- og højdedataene i det mindste på en delstrækning af kørestrækningen registreres ved lav kørehastighed.

5. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, hvor højdedataene i det mindste på en delstrækning af kørestrækningen registreres, når skinnekøretøjet er standset.

6. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, hvor registreringen af højdedataene sker i ækvidistante afstande langs kørestrækningen.

7. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1 til 5, hvor registreringen af højdedataene sker i ikke-ækvidistante afstande langs kørestrækningen afhængigt af omfanget af ændringen af højdeprofilen, hvor måleafstandene vælges mindre i takt med tiltagende ændring af højdeprofilen.

8. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, hvor de registrerede højdedata før beregning af højdegradienten udsættes for en rumlig lavpasfiltre-ring.

9. Fremgangsmåde til drift af et førerassistancesystem i et skinnekøretøj, hvor der til bestemmelse af en nedadgående kraft anvendes en fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, hvor der under en køretur ved hjælp af en optimeringsenhed i førerassistancesystemet med en bestemt taktning sker en sammenligning mellem forskellige datas indstillingsværdier og faktiske værdier, og hvor registreringen af højdedataene sker i ikke-ækvidistante afstande langs kørestrækningen afhængigt af optimeringsenhedens taktning.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 8, hvor nøjagtigheden af højdedataene, der opnås via GNSS, i et yderligere fremgangsmådetrin i normal køredrift forøges ved at tage korrigeringssignaler fra et GNSS, der udsender differential-signaler, i betragtning.