EP1075996A1 - Verfahren zur Ortung der Fahrzeuge in einer Gleisanlage und Eisenbahnfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Ortung der Fahrzeuge in einer Gleisanlage und Eisenbahnfahrzeug Download PDF

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EP1075996A1
EP1075996A1 EP00114615A EP00114615A EP1075996A1 EP 1075996 A1 EP1075996 A1 EP 1075996A1 EP 00114615 A EP00114615 A EP 00114615A EP 00114615 A EP00114615 A EP 00114615A EP 1075996 A1 EP1075996 A1 EP 1075996A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
track
vehicle
computer
change
railway vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00114615A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Prof.Dr.Ing. Heisler
Wolfgang Prof.Dr. Reinhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tiefenbach GmbH
Original Assignee
Tiefenbach GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tiefenbach GmbH filed Critical Tiefenbach GmbH
Publication of EP1075996A1 publication Critical patent/EP1075996A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B61L15/0092—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/023—Determination of driving direction of vehicle or vehicle train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. GPS

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the actual position and location of a railway vehicle in a track network according to the preamble of claim 1, as well a railway vehicle according to the preamble of claim 7.
  • the rail vehicle carries an object detection unit, one Path length measuring sensor and a rotation angle measuring unit with. By correlating the The respective position of the vehicle is determined using measurement data.
  • the object of the invention is an ongoing with little technical effort Determining the position of a railway vehicle on the track path too enable the reliable and safe and for manual or automatic Control of rail operations is usable.
  • the invention provides a method for determining the actual position of a railway vehicle in a track network using a computer (position calculator) won, that also for the automatic or semi-automatic management the vehicles of a track network are suitable.
  • a particular problem is the calibration or calibration of the displacement sensor, its accuracy not only in terms of equipment but also due to the inevitable The wheels slip due to their drive and cornering is. There are therefore additional procedures for calibration and / or calibration of the Position measuring device provided.
  • the path length measurement is possible without slippage, it can be calibrated omitted.
  • An image recognition system is proposed for slip-free path length measurement, where the camera has certain objects within its aperture angle tracked.
  • the camera is normal, i.e.: perpendicular to the rail path, i.e.: the sleepers and the track bed directed.
  • the peculiarity of the invention also lies in the fact that an ongoing or even temporarily recording the turns (angle of rotation) that the railway vehicle on driving while cornering is not required. It does not depend on the accuracy of the angle measurement, even if one Angle of rotation measuring device is used. Rather, only the rotation rate is evaluated, This essentially means the quality of the change of direction, i.e. change of direction to the right (e.g. positive), change of direction to the left (e.g. negative) or no change of direction (zero), whereby to avoid Error messages preferably also exceed certain predefined threshold values of the change of direction are signaled and as Decision criterion for driving on a certain track that is connected to a switch, is scored. Above all, these threshold values can be predetermined by the stored route.
  • the railway vehicle according to this invention is accordingly characterized by the Equipped with a special rotation angle measuring device and computer Determination of the track used by which only a qualitative and only with regard to the exceeding of limit and threshold values quantitative evaluation of the measurement signal of the rotation angle measuring device is carried out.
  • the management (dispatcher) driving route set At the beginning of a certain journey of the railway vehicle, e.g. before starting the trip between two stations, the management (dispatcher) driving route set.
  • the drivable routes of the rail network including the route to be traveled are stored in a computer. there it can be the central computer 30 (Fig.4).
  • the central computer can with the vehicle computer installed in the railway vehicle (position computer 5) Communicate via radio 6 and exchange data.
  • the position calculator 5 related; thereby avoided that interference and errors in radio transmission in the Determine the position of the vehicle and pose a security risk.
  • the selected route to be traveled can be straight (Fig. 1A) or curved (Fig.1B) or contain corresponding pieces; it can also contain switches (Fig.1C and Fig.2).
  • the starting point of the route is first determined. This The starting point can already be known.
  • the starting point can also be determined by special fixed markings attached to the track or the rail track. These marks can be readable by hand "or by a reader attached to the vehicle.
  • the data is then forwarded to the central computer and the plant management.
  • the starting point can be determined by a satellite navigation system (Global Positioning System, GPS) GPS is a location procedure which communicates unidirectionally with several, in particular with several geostationary satellites and thereby determines the geographic location of the vehicle with high accuracy.This applies in particular to differential GPS (DGPS) .
  • DGPS differential GPS
  • the location is then recorded and stored in the position computer and If the location is recorded and stored in the position computer, the location can nevertheless be transmitted by radio — automatically, or by the vehicle driver or by call-up to the central record passed on and further evaluated there.
  • the determined geographic starting position does not necessarily agree the stored location of the Schierienweg. Therefore in each of the described cases the exact geographical measuring point MP1 on the stored rail path projected perpendicular to this (normal) and on this In this way, the starting point P1 is obtained, which is to be stored in the computers 5, 30.
  • Fig. 1B For example, shown in Fig. 1B that by updating the Path length measurement first position P5 'as the current position of the vehicle is determined. However, there is a position measurement by means of the GPS 12 on the Vehicle. The determined exact geographical measuring point MP2 is on the stored rail path projected perpendicular to this (normal) and on this In this way, position P5 is obtained, which is to be stored in the computers 5,30.
  • the distance measuring device or the computers are re-calibrated and opened the determined position P5 is set (recalibrated).
  • the railway vehicle (4) is equipped with a rotation rate meter (9), which in front of a switch (1), in particular to a predetermined output signal Zero "can be set and at least the quality preferably also records the exceeding of a predetermined quantity (threshold value) of the change in direction in the switch.
  • the quality of the change in direction and gfls, and also the quantity of the change in direction is measured.
  • the measured values are measured using the position computer (computer (5) of the vehicle or central computer (30)) with the specified quality of the change in direction or with the specified minimum quantity (threshold value) of the change in direction of the track sections that can be driven on in the switch.
  • the direction of travel is, but not that absolute orientation of the vehicle is recorded, since an exclusively one-dimensional Distance measurement takes place.
  • the Proximity switch sends its signal to the computer (position computer 5 or Central computer 30) in which the track route is stored, e.g. Central computer 30.
  • the signal is transmitted to the Transfer vehicle and by means of the vehicle computer 5, the rotation rate sensor 9 activated.
  • the rotation rate sensor 9 is reset to zero.
  • the rotation rate sensor 9 can also be activated and reset by the respective position or route computer (5 or 30) if the computer determines that the start of the decision area E1 (point P E ) is overrun.
  • a point P E is stored in the computer, which is correlated and predefined with the decision area. This is expedient or necessary if no proximity switches are installed and the decision-making process must therefore be initiated independently of an external signal coming from outside.
  • Rotation rate sensor now detects in the decision area E1, the length of which, for example. and it is preferably defined in terms of route whether a change of direction takes place after the start of decision area E1 or the proximity switch, what type (quality) the change of direction is, and preferably whether the change of direction exceeds a predetermined threshold value.
  • the topologically ordered route data are stored in the position or route computer (5 or 30), in particular also the curvature profile, ie the type and size of the curvature profile.
  • a certain minimum value of the curvature can be specified as a threshold value. In this way it is avoided that ambiguous measurement signals from the rotation rate sensor are misinterpreted as a change in direction of the vehicle.
  • the decision area E1 shown the decision between tracks 1 and 3 is pending. If the rotation rate sensor does not indicate a change in direction, this is the sign that the switch on track 1 is being traveled on. If the rotation rate sensor indicates a negative change in direction (to the left), and if this change in direction exceeds a certain size, then this is the sign that the switch is being traveled on track 3. The same procedure is now repeated in the decision area E2 or E3 as soon as the proximity sensor arranged there or the position or route computer indicate the entry into this area (point P E ).
  • the railway vehicle is in a track location according to FIG. 1C a marshalling yard.
  • 2 is the diagram of the associated switch control shown.
  • the track system contains several turnouts 1-3. Each of the switches is through one electric drive 11 actuated and electrically controllable. By pressing the Turnouts 1 to 4 can be used.
  • the vehicle has a vehicle computer 5, which is equipped with a displacement sensor 8 and a rotation rate sensor 9 is connected.
  • the displacement sensor can be, for example. around a Act counter that measures the revolutions of a wheel, the revolutions of the wheel over its known diameter converted into a path length become.
  • the rotation rate sensor has an inertial system, which is due to its inertia Changes in direction of the vehicle does not or only takes part to a limited extent and therefore as a reference for determining a change of direction and exceeding one Threshold can serve. A drift of the inertial system is harmless because only the quality, but not the quantity of the change of direction for that Method according to the invention is needed.
  • the computer 5 is also equipped with a global positioning system 12 of the vehicle connected and can via a radio 6 (transmitter and receiver) with the stationary radio 10 (transmitter and receiver) and the central computer 30 communicate.
  • the central computer 30 detects these two Impulses and their sequence (signal of the 1st coil before the signal of the second coil or vice versa) and thus wirelessly triggers the effective switching of the Rotation rate sensor 9 off when the vehicle approaches the switch 1 and thus in enters the decision area E1.
  • the signal from the Wheel counter in the position computer 5 this decision area E1 assigned data (passable tracks, type and magnitude of curvature) called.
  • the control can have already been controlled by the management.
  • the central computer 30 with the screen 32, keyboard 31 and the driver is available Mouse 33 available. It appears on the screen 32 in booth 35 of the Dispatchers the entire track system. Depending on the goal of the As the train approaches, the dispatcher can move the route with his mouse Click the target buttons to control the corresponding switches switch.
  • the adjustment can also be carried out by the driver, for example. via the driveway control panel 17 be done, which is set up on the switch and a circuit of Point machine 11 allowed by hand.
  • the example Switch control11 of the switch 1 can be controlled so that the vehicle in the Track 3 arrives.
  • the course setting is made visually visible to the vehicle driver e.g. by a turnout position indicator 14 with the known position symbols (cf. DE-A 44 23 316) or through the visible surface on the route board 17 and the one on it Illumination of the route.
  • the vehicle has an image recognition system for slip-free path length measurement 3 with, in which the camera 2 is directed at a distance onto the rail track.
  • the Camera captures individual striking objects, e.g. Thresholds that are within the Move the opening angle past the camera.
  • Thresholds e.g. Thresholds that are within the Move the opening angle past the camera.
  • T1 and T2 the relative position of the object is detected within the opening angle of the camera 3 and from the determined distance (S (T1-T2) and from the distance of the camera from calculates the distance traveled on the rail route using the computer.

Abstract

Mit Hilfe eines Rechners (5 oder 30), in dem das Gleisnetz gespeichert ist, sowie eines Weglängenmeßsensors (8) sowie einer Drehwinkelmeßeinheit (9), die an dem Fahrzeug angebracht sind wird von einem bekannten bzw. gemessenen Ausgangspunkt aus, eine eindimensionale Weglängenmessung längs des in dem Rechner topologisch geordneten und gespeicherten Gleisweges durchgeführt. In Weichen wird mittels einer Drehwinkelmeßeinheit festgestellt, welcher der gespeicherten in die Weiche mündenden Gleisstränge (G1... Gx) befahren wird, indem die Gleisrichtung vor Einfahrt in die Weiche (1) als Ausgangsrichtung vorgegeben und durch die Drehwinkelmeßeinheit die Qualität der von dem Fahrzeug beim Durchfahren der Weiche erlittenen Richtungsänderung erfaßt und mit den Qualitäten der Richtungsänderungen der bekannten Gleisstränge der Weiche verglichen wird. Durch die Drehwinkelmeßeinheit (9) wird in Verbindung mit dem Positionsrechner (5 oder 30) zur Vermeidung von Fehlmeldungen auch das Überschreiten bestimmter vorgegebener Schwellwerte der Richtungsänderung als Entscheidungskriterium für das Befahren eines bestimmten Gleisstrangs (G3) gewertet, insbesondere, wenn die Weiche in einem Gleisbogen liegt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Istposition und Ortung eines Eisenbahnfahrzeugs in einem Gleisnetz nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, sowie ein Eisenbahnfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruch 7.
Das Verfahren und das Eisenbahnfahrzeug sind insoweit bekannt durch die DE 195 32 104 C1. Dabei führt das Eisenbahnfahrzeug eine Objekterkennungseinheit, einen Weglängenmeßsensor sowie eine Drehwinkelmeßeinheit mit. Durch Korrelation der Meßdaten wird die jeweilige Position des Fahrzeugs ermittelt.
Dieses Verfahren und die dazu erforderlichen Einrichtungen sind nicht nur aufwendig, sondern auch ungenau, da Drehwinkelmeßeinheiten in vertretbarer technischer Ausgestaltung eine unvermeidbare Drift aufweisen, die unkontrollierbar ist und das gesamte Meßergebnis verfälscht. Daher kann nicht zuverlässig festgestellt werden, an welcher auf dem Gleisweg gelegenen Position sich das Fahrzeug befindet.
Durch die DE 195 32 104 C1 und die US-PS 5 129 605 ist es auch bekannt, ein Satellitenortungssystem (GPS-Empfangsteil) an dem Fahrzeug vorzusehen.
Abgesehen davon, daß das GP-System auch heute noch eine gewisse Ungenauigkeit aufweist, hat die Anwendung des Satellitenortungssystems auch den Nachteil, daß damit eine geodätische Position des Fahrzeugs ermittelt wird, die nicht einer Position auf dem Gleisweg entspricht. Unvermeidbar ist auch, daß das GPS stellenweise mangels Kontakt, d.h.: Radiosichtbarkeit mit allen erforderlichen Satelliten nicht funktioniert und daher zur Steuerung des Eisenbahnbetriebs nicht geeignet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei geringem technischen Aufwand eine laufende Bestimmung der Position eines Eisenbahnfahrzeugs auf dem Gleisweg zu ermöglichen, die zuverlässig und sicher und zur manuellen oder automatischen Steuerung des Eisenbahnbetriebs verwendbar ist.
Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.
Das Schwergewicht dieser Erfindung liegt darauf, daß eine eindimensionale Positionsbestimmung in der durchfahrenen, rektifizierten Gleistrasse erfolgt. Die die Position auf der Erdoberfläche wird ausschließlich aus dem bekannten Gleisverlauf gewonnen, Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine geodätisch objektive zwei- oder dreidimensionale Positionsbestimmung
  • zum einen nicht erforderlich ist, da für die Steuerung und Sicherheit des Zugverkehrs ausschließlich die relative Position des Fahrzeugs auf dem Gleisweg maßgebend ist,
  • zum anderen aber mit erheblichen Unsicherheiten belastet ist, die mit den Sicherheitsanforderungen des Eisenbahnverkehrs nicht in Einklang zu bringen sind.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Istposition eines Eisenbahnfahrzeugs in einem Gleisnetz mit Hilfe eines Rechners (Positionsrechner) gewonnen, das auch für die automatische oder halbautomatische Betriebsleitung der Fahrzeuge eines Gleisnetzes geeignet ist.
Ein besonderes Problem stellt die Kalibrierung oder Eichung des Wegsensors dar, dessen Genauigkeit nicht nur apparativ sondern auch durch den unvermeidlichen Schlupf der Räder durch ihren Antrieb und durch das Befahren von Kurven bedingt ist. Es werden daher ergänzend Verfahren zur Kalibrierung und/oder Eichung des Wegmeßgeräts zur Verfügung gestellt.
Die Kalibrierung des Wegmeßgeräts kann erfolgen durch
  • GPS,
  • maschinenlesbare Markierungen (TAG's) im Schienenweg (vgl. hierzu DE 198 25 257.9),
  • Erfassung, insbesondere Bilderkennung bekannter Objekte oder
  • sonstige Erfassung von Punkten, deren Lage bekannt ist.
Diese Kalibrierungsverfahren können zur Festlegung der Null-Lage (des Ausgangspunktes) wie auch späterer Positionen erfolgen, insbesondere um die Auswirkungen eines Schlupfs auf die Weglängenmessung zu korrigieren.
Sofern die Weglängenmessung schlupffrei möglich ist, kann ihre Kalibrierung entfallen.
Zur schlupffreien Weglängenmessung wird ein Bilderkennungssystem vorgeschlagen, bei dem die Kamera bestimmte Objekte innerhalb ihres Öffnungswinkels verfolgt. Dazu ist die Kamera normal, d.h.: senkrecht auf den Schienenweg, d.h.: die Schwellen und das Gleisbett gerichtet. Man macht sich zunutze, daß bei einem Eisenbahnfahrzeug der Abstand des Fahrzeugs und der an diesem befestigten Kamera von den Schwellen und dem Schienenweg während der Fahrt im wesentlichen konstant ist. Aus der in vorgegebenen Zeitabständen in sequentiellen Bildern aufgenommenen Lage eines auf dem Schienenweges erfaßten Gegenstandes, z. B. einer Schwelle. relativ zur Kamera kann die zurückgelegte Wegstrecke des Fahrzeugs ermittelt werden.
Die Besonderheit der Erfindung liegt auch darin, daß eine laufende oder auch nur zeitweise Erfassung der Drehungen (Drehwinkel), die das Eisenbahnfahrzeug auf seiner Fahrt beim Durchfahren von Kurven ausführt, nicht erforderlich ist. Es kommt nicht auf die Genauigkeit der Drehwinkelmessung an, selbst wenn ein Drehwinkelmeßgerät verwandt wird. Ausgewertet wird vielmehr nur die Drehrate, Darunter wird im wesentlichen die Qualität der Richtungsänderung verstanden, also Richtungsänderung nach rechts (z.B. positiv), Richtungsänderung nach links (z.B. negativ) oder keine Richtungsänderung (null), wobei zur Vermeidung von Fehlmeldungen vorzugsweise auch noch das Überschreiten bestimmter vorgegebener Schwellwerte der Richtungsänderung signalisiert und als Entscheidungskriterium für das Befahren eines bestimmten Gleisstrangs, der sich an eine Weiche anschließt, gewertet wird. Diese Schweltwerte können vor allem durch den eingespeicherten Streckenverlauf vorgegeben sein.
Das Eisenbahnfahrzeug nach dieser Erfindung zeichnet sich demgemäß durch die Ausstattung mit einem besonderen Drehwinkelmeßgerät und Rechner zur Ermittlung des befahrenen Gleises aus, durch welche lediglich eine qualitative und nur hinsichtlich der Überschreitung von Grenz- und Schwellwerten auch eine quantitative Auswertung des Meßsignals des Drehwinkelmeßgeräts erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele beschrieben.
Es zeigen:
  • Fig. 1A bis Fig: 1C Gleisbilder aus einem Gleisnetz
  • Fig.2: ein Eisenbahnfahrzeug mit Meß- und Steuereinrichtungen auf einem Gleisnetz.
    • Die m folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, was unter der eindimensionalen Lagebestimmung zu verstehen ist.
    Zu Beginn einer bestimmten Fahrt des Eisenbahnfahrzeugs, z.B. vor Antritt der Fahrt zwischen zwei Bahnhöfen, wird durch die Betriebsleitung (Disponent) die zu befahrende Strecke festgelegt. Die befahrbaren Strecken des Gleisnetzes einschließlich der zu befahrenden Strecke sind in einem Rechner gespeichert. Dabei kann es sich um den Zentralrechner 30 (Fig.4) handeln. Der Zentralrechner kann mit dem in dem Eisenbahnfahrzeug installierten Fahrzeugrechner (Positionsrechner 5) über Funkgerät 6 kommunizieren und Daten austauschen. Vorzugsweise wird für die Speicherung der Strecken jedoch der Positionsrechner 5 verwandt; dadurch wird vermieden, daß Störungen und Fehler der Funkübertragung in die Positionsbestimmung des Fahrzeugs eingehen und ein Sicherheitsrisiko darstellen.
    Die ausgewählte zu befahrende Strecke kann geradlinig (Fig.1A) oder gekrümmt (Fig.1B) sein oder entsprechende Stücke enthalten; sie kann auch Weichen enthalten (Fig.1C und Fig.2).
    In jedem Falle wird zunächst der Ausgangspunkt der Fahrtstrecke festgelegt. Dieser Ausgangspunkt kann bereits bekannt sein.
    Es kann sich z.B. um eine Signalanlage handeln, deren geographische Lage oder relative Lage zum Gleis genau bekannt ist. In diesem Falle wird der Fahrzeugführer der Betriebsleitung den bekannten Ausgangspunkt per Funk durchgeben oder bestätigen. Durch den Fahrzeugführer oder die Betriebsleitung wird sodann dieser Ausgangspunkt in den entsprechenden Rechner (5 bzw.30) eingegeben und an den jeweils anderen Rechner (5,30) übermittelt.
    Der Ausgangspunkt kann auch durch besondere an dem Gleis bzw. dem Schienenweg angebrachte ortsfeste Markierungen festgelegt sein. Diese Markierungen können
    Figure 00050001
    von Hand" oder durch ein am Fahrzeug angebrachtes Lesegerät lesbar sein. Dem entsprechend erfolgt die Weitergabe an den Zentralrechner und die Betriebsleitung. Sofern der Ausgangspunkt nicht geographisch bekannt ist, kann der Ausgangspunkt durch ein Satellitennavigationssystem (Global Positioning System, GPS) bestimmt werden. Das GPS ist ein Ortungsverfahren, welches mit mehreren, insbesondere mit mehreren geostationären Satelliten unidirektional kommuniziert und dadurch den geographischen Aufenthaltsort des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit bestimmt. Dies gilt insbesondere für das differentielle GPS (DGPS). Der Aufenthaltsort wird sodann in dem Positionsrechner erfaßt und gespeichert und zur Bestimmung der Ausgangsposition oder aber zur Kalibrierung mit der Weglangenmessung verwandt. Wenn der Aufenthaltsort in dem Positionsrechner erfaßt und gespeichert wird, kann der Aufenthaltsort gleichwohl per Funk -automatisch, oder durch den Fahrzeugführer oder durch Abruf- an den Zentralrechner weitergegeben und dort weiter ausgewertet werden.
    Die ermittelte geographische Ausgangsposition stimmt nicht notwendiger Weise mit der eingespeicherten Lage des Schierienweges überein. Daher wird in jedem der geschilderten Fälle der exakte geographische Meßpunkt MP1 auf den eingespeicherten Schienenweg senkrecht zu diesem (normal) projiziert und auf diese Weise der Ausgangspunkt P1 gewonnen, der in die Rechner 5,30 einzuspeichern ist.
    Von diesem Ausgangspunkt aus wird nunmehr die Position des Fahrzeugs in den Rechnern 5,30 fortgeschrieben, indem durch den Weglängenmesser 8, welcher an dem Fahrzeug installiert ist und dessen Ausgangssignal an den Positionsrechner 5 laufend oder in bestimmten zeitlichen Abständen übermittelt wird, die auf dem Gleis zurückgelegte Strecke gemessen und in den Rechnern 5,30 als die aktuelle Position P2, P3 usw. des Fahrzeugs auf dem Gleisnetz gespeichert wird.
    Dabei macht es keinen Unterschied, ob der Schienenweg geradlinig oder gekrümmt ist und/oder positiv oder negativ geneigt ist. Da der Schienenweg gespeichert ist, laßt sich durch die eindimensionale Wegmessung und Aufzeichnung die Position des Fahrzeugs auf dem eingespeicherten Schienenweg stets genau und mit absoluter Sicherheit festlegen, sofern
    • zum einen zur Ausschaltung der Ungenauigkeit durch Schlupf des messenden Rades -zB. durch den Antrieb oder durch den Verzug in Kufven- in angemessenen zeitlichen oder streckenmäßigen Abstanden eine Rekalibrierung (Nacheichung) des Wegsensors 8 erfolgt,
    • die Fahrtrichtung (vorwärts, rückwärts) durch Signalumkehr erfaßt wird und
    • zum anderen die erforderlichen Entscheidungen an Weichen getroffen und erfaßt und als befahrene Strecke in die Rechner eingegeben bzw. gegenüber der von der Fahrleitung vorgegebenen Strecke bestätigt werden.
    So wird z.B. in Fig. 1B dargestellt, daß durch Fortschreibung der Weglängenmessung zunächst die Position P5' als aktuelle Position des Fahrzeugs ermittelt wird. Es erfolgt jedoch ein Positionsmessung mittels des GPS 12 an dem Fahrzeug. Der ermittelte exakte geographische Meßpunkt MP2 wird auf den eingespeicherten Schienenweg senkrecht zu diesem (normal) projiziert und auf diese Weise die Position P5 gewonnen, die in die Rechner 5,30 einzuspeichern ist.
    Gleichzeitig wird das Wegmessgerät bzw. werden die Rechner neu geeicht und auf die ermittelte Position P5 eingestellt (rekalibriert).
    Anhand von Fig. 1C und 2 wird das Eisenbahnfahrzeug und das Entscheidungsverfahren in Weichenbereichen beschrieben.
    Wie gesagt, ist das Eisenbahnfahrzeug (4) mit einem Drehratenmesser (9) ausgerüstet, der vor einer Weiche (1) auf ein vorgegebenes Ausgangssignal, insbesondere Null" setzbar ist und der zumindest die Qualität vorzugsweise auch die Überschreitung einer vorgegebenen Quantität (Schwellwert) der Richtungsänderung in der Weiche erfaßt. Dabei wird die Qualität der Richtungsänderung und gfls, auch die Quantität der Richtungsänderung gemessen. Die Meßwerte werden über den Positionsrechner (Rechner (5) des Fahrzeugs oder Zentralrechner (30)) mit der vorgegebenen Qualität der Richtungsänderung bzw. mit der vorgegebenen Mindest-Quantität (Schwellwert) der Richtungsänderung der in der Weiche befahrbaren Gleisstränge verglichen.
    Durch deren Übereinstimmung wird ermittelt, welcher Gleisstrang befahren und ob der befahrene Gleisstrang der richtige ist. Wenn die Weiche in einem Gleisbogen Liegt, wird entsprechend verfahren: Die bekannte und gespeicherte Richtungsänderung des Bogens wird bei der Einfahrt in die Weichenanlage zur Vorgabe des Schwellwerts der Richtungsänderung zusätzlich berücksichtigt.
    Grundsätzlich wird -wie bereits ausgeführt- zwar die Fahrtrichtung, nicht jedoch die absolute Orientierung des Fahrzeuges erfaßt, da eine ausschließlich eindimensionale Wegmessung erfolgt. Wenn jedoch das Fahrzeug in den Entscheidungsbereich E1, E2 usw. einer Weiche einfährt, so wird es von dem Näherungsschalter 7 erfaßt. Der Näherungsschalter gibt sein Signal an den Rechner (Positionsrechner 5 oder Zentralrechner 30), in welchem die Gleistrasse gespeichert ist, also z.B. Zentralrechner 30. In diesem Falle wird gleichzeitig das Signal über Funk an das Fahrzeug übertragen und mittels des Fahrzeugrechners 5 der Drehratensensor 9 aktiviert. Dabei wird der Drehratensensor 9 auf Null zurückgesetzt.
    Alternativ kann die Aktivierung und Zurücksetzung des Drehratensertsors 9 auch durch den jeweiligen Positions- bzw Fahrwegrechner (5 bzw. 30) erfolgen, wenn der Rechner feststellt, daß der Beginn des Entscheidutigsbereichs E1 (Punkt PE ) überfahren wird. Hierzu wird in dem Rechner ein Punkt PE gespeichert, der mit dem Entscheidungsbereich korreliert und vorgegeben ist. Dies ist dann zweckmäßig oder notwendig, wenn keine Näherungsschalter installiert sind und das Entscheidungsverfahren daher unabhängig von einem von außen kommenden externen Signals eingeleitet werden muß. Drehratensensor erfaßt nunmehr in dem Entscheidungsbereich E1, dessen Länge zB. und vorzugsweise streckenmäßig definiert ist, ob im Anschluß an das Befahren des Beginn des Entscheidungsbereichs E1 bzw. des Näherungsschalters eine Richtungsänderung stattfindet, welcher Art (Qualität) die Richtungsänderung ist, und vorzugsweise, ob die Richtungsänderung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. In dem Positions- bzw. Fahrwegrechner (5 bzw. 30) sind die topologisch geordneten Streckendaten hinterlegt, insbesondere auch der Krümmungsverlauf, d.h. Art und Größe des Krümmungsverlaufs. Dabei kann ein bestimmter Mindestwert der Krümmung als Schwellwert vorgegeben sein. Es wird auf diese Weise vermieden, daß nicht eindeutige Meßsignale des Drehratensensors als Richtungsänderung des Fahrzeugs mißdeutet werden.
    Wenn der Drehratensensor die Art der Richtungsänderung, z.B. Lirikskurve = negativ, und den Maximalwert der durchfahrenen Krümmung aufnimmt und diese Werte auf einen der im Entscheidungsbereich E1 befahrbaren Gleisstränge (G1 oder G3) zutrifft, so wird die Auswahl dieses Gleisstrangs (G1) in dem Positionsrechner 5 und/oder in dem Zentralrechner 30 gespeichert und die weiterhin stattfindende Weglängenmessung auf diesem Gleisstrang fortgeschrieben. Im dargestellten Entscheidungsbereich E1 steht also die Entscheidung zwischen Gleissträngen Gleis 1 und Gleis 3 an. Wenn der Drehratensensor keine Richtungsänderung anzeigt, so ist dies das Zeichen, daß die Weiche auf dem Gleis 1 befahren wird. Wenn der Drehratensensor eine negative Richtungsänderung (nach links) anzeigt, und wenn diese Richtungsänderung eine bestimmte Größe überschreitet, so ist dies das Zeichen, daß die Weiche auf dem Gleis 3 befahren wird. Dasselbe Verfahren wird nunmehr in dem Entscheidungsbereich E2 bzw. E3 wiederholt, sobald der dort angeordnete Näherungssensor oder der Positions- bzw. Fahrwegrechner das Einfahren in diesen Bereich (Punkt PE) anzeigt.
    Das Eisenbahnfahrzeug befindet sich nach Fig.2 in einer Gleisantage nach Fig. 1C eines Rangierbahnhofs. Dabei ist in Fig. 2 das Schema der zugeordneten Weichen-Steuerung eingeblendet.
    Die Gleisanlage enthält mehrere Weichen 1-3. Jede der Weichen ist durch einen elektrischen Antrieb 11 betätigt und elektrisch ansteuerbar. Durch Betätigung der Weichen können die Gleise 1 bis 4 befahren werden.
    In dem dargestellten Beispiel wird angenommen, daß das Fahrzeug 4 sich auf Gleis 1 der Weiche 1 nähert und Gleis 3 fahren soll.
    Das Fahrzeug besitzt einen Fahrzeugrechner 5, der mit einem Wegsensor 8 und einem Drehratensensor 9 verbunden ist, Bei dem Wegsensor kann es sich zB. um ein Zählwerk handeln, das die Umdrehungen eines Rades mißt, wobei die Umdrehungen des Rades über seinen bekannten Durchmesser in eine Weglänge umgerechnet werden. Der Drehratensensor weist ein Inertialsystem auf, das infolge seiner Trägheit Richtungsänderungen des Fahrzeugs nicht oder nur beschränkt mitmacht und daher als Bezug für die Bestimmung einer Richtungsänderung und der Überschreitung eines Schwellwertes dienen kann. Dabei ist eine Drift des Inertialsystems unschädlich, da nur die Qualität, nicht aber auch die Quantität der Richtungsänderung für das Verfahren nach der Erfindung benötigt wird.
    Der Rechner 5 ist ferner mit einem Global Positioning System 12 des Fahrzeugs verbunden und kann über ein Funkgerät 6 (Sender und Empfänger) mit dem ortsfesten Funkgerät 10 (Sender und Empfänger) und dem Zentralrechner 30 kommunizieren.
    Wenn das Fahrzeug den Radzähler (Näherungsschalter, Radschalter) 7 überfährt, gibt der Radzähler durch seine beiden induktiven Spulen bzw. Schwingkreise bei Überfahren eines Rades zwei Impulse ab. Der Zentralrechner 30 erfaßt diese beiden Impulse und ebenso ihre Aufeinanderfolge (Signal der 1. Spule vor dem Signal der zweiten Spule bzw. umgekehrt) und löst damit über Funk die Wirksam-Schaltung des Drehratensensors 9 aus, wenn das Fahrzeug sich der Weiche 1 nähert und damit in den Entscheidungsbereich E1 einfährt. Gleichzeitig werden durch das Signal des Radzählers in dem Positionsrechner 5 die diesem Eritscheidungsbereich E1 zugeordneten Daten (befahrbare Gleise, Art und Größenordnung der Krümmung) aufgerufen.
    Die Steuerung der Weiche kann durch die Betriebsleitung schon vorher erfolgt sein.
    Dazu stehen dem Fahrteiter der Zentralrechner 30 mit Bildschirm 32, Tastatur 31 und Maus 33 zur Verfügung. Dabei erscheint auf dem Bildschirm 32 im Stand 35 des Disponenten die gesamte Gleisanlage. Je nach dem angestrebten Ziel des herannahenden Zuges kann der Disponent mit seiner Maus die den Fahrweg steuernden Ziel-Schaltflächen anklicken, um die entsprechenden Weichen zu schalten.
    Die Verstellung kann aber auch durch den Fahrzeugführer zB. über die FahrwegStelltafel 17 erfolgt sein, welche an der Weiche aufgestellt ist und eine Schaltung des Weichenantriebs 11 von Hand gestattet. Jedenfalls soll in dem Beispiel die Weichensteuerung11 der Weiche 1 so gesteuert werden, daß das Fahrzeug in das Gleis 3 gelangt.
    Die Weichenstellung wird dem Fahrzeugführer optisch sichtbar gemacht und zwar z.B. durch einen Weichenlagemelder 14 mit den bekannten Lagesymbolen (vgl. DE-A 44 23 316) oder durch die Sichtfläche auf der Fahrwegtafel 17 und die darauf erscheinende Ausleuchtung des Fahrwegs.
    Zur schlupffreien Weglängenmessung führt das Fahrzeug ein Bilderkennungssystem 3 mit, bei dem die Kamera 2 mit Abstand auf den Schienenweg gerichtet ist. Die Kamera erfaßt einzelne markante Objekte, z.B. Schwellen, die sich innerhalb des Öffnungswinkels an der Kamera vorbeibewegen. In bestimmten Zeiten T1 und T2 wird die Relativlage des Objektes innerhalb des Öffnungswinkels der Kamera 3 erfaßt und aus der ermittelten Strecke (S(T1-T2) sowie aus dem Abstand der Kamera von dem Schienenweg mittels des Rechners die zurückgelegte Wegstrecke berechnet.
    Bezugszeichen:
    1
    Weiche
    2
    Kamera 2
    3
    Bilderkennungssystem 3
    5
    Rechner, Fahrzeugrechner, Positionsrechner 5
    6
    Funkgerät, Sender, Empfänger 6
    7
    Radzähler, Näherungsschalter 7
    8
    Wegsensor, Weglängenmeßgerät 8
    9
    Drehwinkelmeßeinheit Drehratenmesser Drehratensensor Drehrichtungsmesser 9
    10
    Funkgerät, Sender, Empfänger 10
    11
    Weichensschaltung 11
    12
    GPS Satellitennavigationsgerät 12
    13
    14
    Weichenlagemelder 14
    15
    16
    17
    Fahrweg-Stelltafel, Fahrwegtafel 17
    30
    Zentralrechner, Fahrweg-Rechner, FW-Rechner 30
    31
    Tastatur 31
    32
    Bildschirm 32
    33
    Maus 33

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Bestimmung der Istposition eines Eisenbahnfahrzeugs in einem Gleisnetz mit Hilfe eines Rechners, in dem das Gleisnetz topologisch geordnet gespeichert ist, sowie eines Weglängenmeßsensors (8) sowie einer Drehwinkelmeßeinheit (9), die an dem Fahrzeug angebracht sind; Kennzeichen:
      von einem bekannten Ausgangspunkt aus, welcher auf dem Gleisweg gelegen ist, erfolgt eine eindimensionale Positionsbestimmung durch Weglängenmessung längs des in dem Rechner gespeicherten Gleisweges;
      in Weichen wird mittels der Drehwinkelmeßeinheit festgestellt, welcher der gespeicherten in die Weiche mündenclen Gleisstränge (G1... Gx) befahren wird, indem die Gleisrichtung vor Einfahrt in die Weiche (1) als Ausgangsrichtung vorgegeben und durch die Drehwinkelmeßeinheit die Qualität der von dem Fahrzeug beim Durchfahren der Weiche erlittenen Richtungsänderung erfaßt und mit den Qualitäten der Richtungsanderungen der bekannten Gleisstränge der Weiche verglichen wird;
      die Weglängenmessung des Fahrzeugs wird auf demjenigen Gleisstrang fortgesetzt und in dem Rechner fortgeschrieben, dessen Qualität der Richtungsänderung mit der Qualität der von dem Fahrzeug beim Durchfahren der Weiche erlittenen Richtungsänderung übereinstimmt
    2. Verfahren nach Anspruch 1
      Kennzeichen:
      durch die Drehwinkelmeßeinheit (Drehratenmesser 9) wird zur Vermeidung von Fehlmeldungen auch das Überschreiten bestimmter vorgegebener Schwellwerte der Richtungsänderung signalisiert und als Entscheidungskriterium für das Befahren eines bestimmten Gleisstrangs (G3), der sich an eine Weiche (1) anschließt, gewertet, wobei vorzugsweise die Schwellwerte der Richtungsänderung durch den eingespeicherten Streckenverlauf vorgegeben sind.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
      Kennzeichen:
      der Ausgangspunkt ist ein in einem Rechner (5,30) gespeicherter geographischer, d.h.: tagemäßig bekannter Punkt (P1), der einen Punkt des Gleisnetzes definiert.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3
      Kennzeichen:
      Durch ein an dem Fahrzeug (4) installiertes Satellitenortungssystem (12) wird vor Fahrtantritt die aktuelle geographische Position des Fahrzeugs bestimmt, die ermittelte Position (MP0) normal auf die bekannte, topologisch geordnete Gleisgeometrie verschoben und der ermittelte Punkt als Ausgangsposition (P1) des Eisenbahnfahrzeugs erfaßt und gespeichert.
    5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      Kennzeichen:
      Durch ein an dem Fahrzeug installiertes Satellitenortungssystem wird an bestimmten Punkten der gefahrenen Strecke, insbesondere in bestimmten zeitlichen Abständen, die aktuelle geographische Position des Fahrzeugs bestimmt, die ermittelte Position (MP2) normal auf die bekannte, topologisch geordnete Gleisgeometrie verschoben und der ermittelte Punkt als aktuelle Position des Eisenbahnfahrzeugs erfaßt und die durch den Weglängenmeßsensor (8) gemessene Strecke korrigiert und gespeichert und der Weglängenmeßsensor entsprechend geeicht und/oder kalibriert.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5
      Kennzeichen:
      an vorgegebenen bekannten geographischen Positionen wird die durch den Weglängenmeßsensor ermittelte Istposition des Eisenbahnfahrzeugs durch die vorgegebene bekannte geographische Position korrigiert und der Weglängenmeßsensor entsprechend geeicht und/oder kalibriert..
    7. Eisenbahnfahrzeug
      mit einem Weglängenmeßsensor (8) zur Gewinnung der gefahrenen Weglänge auf dem Gleis, welcher zur Bestimmung der jeweiligen Position mit einem Rechner zur Erfassung und Verarbeitung der Weglängendaten in Verbindung steht,
      Kennzeichen:
      das Eisenbahnfahrzeug (4) ist mit einem Drehratenmesser (9) ausgerüstet, der vor einer Weiche (1) auf ein vorgegebenes Ausgangssignal, insbesondere
      Figure 00140001
      Null" setzbar ist und der zumindest die Qualität vorzugsweise auch die Überschreitung einer vorgegebenen Quantität (Schwellwert) der Richtungsänderung in der Weiche erfaßt,
      wobei uber einen Positionsrechner (Rechner (5) des Fahrzeugs oder Zentralrechner (30) )
      die gemessene Qualität der Richtungsänderung mit der vorgegebenen Qualität der Richtungsänderung
      und gfls. auch die gemessene Quantität der Richtungsänderung mit der vorgegebenen Mindest-Quantität der Richtungsänderung
      der in der Weiche befahrbaren Gleisstränge verglichen
      und durch deren Übereinstimmung der befahrene Gleisstrang ermittelt wird.
    8. Eisenbahnfahrzeug nach Anspruch 7
      Kennzeichen:
      das Eisenbahnfahrzeug führt den Rechner (5) zur Verarbeitung der von dem Wegsensor erzeugten Ausgangssignale und zur Ermittlung der jeweiligen Ausgangs- und Istposition mit.
    9. Eisenbahnfahrzeug nach Anspruch 8
      Kennzeichen:
      das Eisenbahnfahrzeug führt ein Funkgerät (10) mit, durch welches sein Rechner mit einem Zentralrechner verbunden ist.
    10. Eisenbahnfahrzeug nach einem der Ansprüche 7-9
      Kennzeichen:
      Zur schlupffreien Weglängenmessung führt das Fahrzeug ein Bilderkennungssystem (3) mit, dessen die Kamera (2) mit Abstand auf den Schienenweg gerichtet ist, bei dem Objekte, die sich innerhalb des Öffnungswinkels an der Kamera vorbeibewegen, erfaßt werden, und bei dem mittels des Rechners aus der während eines vorgegebenen Zeitraums zurückgelegten Relativwegstrecke des Objektes und aus dem Abstand der Kamera von dem Schienenweg die zurückgelegte Wegstrecke berechnet wird.
    EP00114615A 1999-07-13 2000-07-07 Verfahren zur Ortung der Fahrzeuge in einer Gleisanlage und Eisenbahnfahrzeug Withdrawn EP1075996A1 (de)

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