EP1572517A1 - System zur hinderniswarnung für spurgeführte fahrzeuge - Google Patents

System zur hinderniswarnung für spurgeführte fahrzeuge

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EP1572517A1
EP1572517A1 EP03767461A EP03767461A EP1572517A1 EP 1572517 A1 EP1572517 A1 EP 1572517A1 EP 03767461 A EP03767461 A EP 03767461A EP 03767461 A EP03767461 A EP 03767461A EP 1572517 A1 EP1572517 A1 EP 1572517A1
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EP
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sensor
vehicle
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route
sensors
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EP03767461A
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EP1572517B1 (de
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Helmut Klausing
Jochen G. KÄPPEL
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Telefunken Radio Communication Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Telefunken Radio Communication Systems GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection

Definitions

  • the invention relates to a system for obstacle warning in track-guided traffic.
  • This task is particularly important in lane-guided traffic, where on the one hand avoiding obstacles is generally impossible and on the other hand it is more difficult to stop a vehicle due to the long stopping distances.
  • the stopping distance is much longer due to the high speed, i.e. Obstacles ahead must be recognized at a great distance to enable timely stopping.
  • the system according to the invention comprises at least one sensor arranged on the track-guided vehicle, the sensor being aligned with the route adjacent to the route of the track-bound vehicle, so that potential Obstacles within the clearance profile of the neighboring route can be recognized.
  • the system according to the invention therefore does not detect the obstacles that are immediately ahead for the vehicle, but rather those that are located on the neighboring route. Since the railway lines of modern railway systems comprise at least two routes, the invention is generally applicable.
  • the obstacle information obtained can be forwarded to an operations center by specifying the obstacle location. This enables the targeted blocking of the affected track section and the targeted (time-saving) use of clearing and maintenance services.
  • the journey on the neighboring route can be prevented or aborted. If the automatic classification of the obstacle is sufficiently reliable, this can also be done automatically. This requires a connection to the operations control system. This leads to a relief of the operation as well as independence from the human reaction time and error rate.
  • a high-resolution imaging sensor system and fast processing of the resulting data are advantageously used for the automatic detection of potentially hazardous objects on the neighboring neighboring road while driving past them at high speeds (typically 500 km / h).
  • the sensor can in particular be an optical sensor, e.g. an IR sensor or a radar sensor.
  • the image could also be transferred to the operations center to assess the obstacle and determine appropriate measures by humans.
  • a particularly advantageous embodiment of the system according to the invention is the arrangement of one sensor at the beginning of the train and one sensor at the end of the train. It can be assumed that "harmless" objects which, due to their size, generate an alarm message, but due to their nature do not pose any danger, are thrown off the route by the airstream, ie removed.
  • the respective sensor information at the end of the train can be used to determine whether an object in the observation room is still present at the same location after the train has passed, and if this is the case, it can be assumed as a first approximation that it is an object with potential danger ,
  • the interaction of different sensors may be required to increase the probability of detection or to reduce the false alarm rate; e.g. the combination of optical sensors (e.g. infrared sensors) with radar sensors.
  • optical sensors e.g. infrared sensors
  • FIG. 1 an inventive system for obstacle warning
  • FIG. 2 an evaluation unit for processing the sensor data.
  • the track-bound vehicle Fz for example a magnetic levitation train, moves along track A.
  • a sensor S1, S1 is attached, the direction of view of which is oriented transversely to the direction of travel of the vehicle Fz, so that Obstacles on the neighboring track B can be detected.
  • the angle between the direction of travel of the vehicle Fz and the direction of view of the sensors is selected to be approximately 90 °.
  • FIG. 2 A possible structure for the associated evaluation circuit is shown in FIG. 2.
  • the sensor data of the two sensors S1, S1 (FIG. 1) are first fed separately to a signal / image processing unit S / B1, S / B2. In order to reduce the false alarm rate, the sensor data from sensors S1 and S2 are then correlated / compared.
  • the sensor data of one of the two sensors must be subjected to a time delay (delay unit DT), which is proportional to the quotient from the distance between the sensors S1.S1 installed in the vehicle Fz and the measured speed v.
  • delay unit DT time delay
  • a comparison of the sensor data with a predetermined threshold then takes place in the threshold value detector SD, an alarm message being output if the threshold is exceeded.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Hinderniswarnung für spurgeführte Fahrzeuge, insbesondere für Hochgeschwindigkeitszüge, mit mindestens einen, an dem spurgeführten Fahrzeug angeordneten Sensor (S1, S2). Erfindungsgemäss ist der Sensor (S1, S2) quer zur Fahrtrichtung des spurgeführten Fahrzeugs (Fz) ausgerichtet, so dass potentielle Hindernisse innerhalb des Lichtraumprofils des zum Fahrweg des Fahrzeugs (Fz) benachbarten Fahrwegs erkannt werden können.

Description

System zur Hinderniswarnung für spurgeführte Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein System zur Hinderniswarnung im spurgeführten Verkehr.
Beim Betrieb von Transportsystemen besteht unabhängig von der jeweiligen technischen Ausprägung die Anforderung, das durch die Fahrzeugbewegung vorgegebene dynamische Lichtraumprofil von solchen Hindernissen freizuhalten, deren Beschaffenheit eine potentielle Gefährdung des Betriebes an sich bzw. der Sicherheit des Betriebes (d.h. der Sicherheit von Fahrgästen, Betriebspersonal und Dritten) darstellen.
Insbesondere beim spurgeführten Verkehr, wo zum einen ein Ausweichen vor Hindernissen in der Regel unmöglich ist und es zum anderen schwieriger ist, aufgrund der langen Anhaltewege ein Fahrzeug vor einem Hindernis zum Stehen zu bringen, kommt dieser Aufgabe eine besondere Bedeutung zu.
Weiter verschärft wird die Aufgabenstellung beim spurgeführten Verkehr mit hohen Geschwindigkeiten (Rad-Schiene-Systeme wie z.B. TGV, ICE; Magnetschwebebah- nen, insbesondere Transrapid):
• Die Anhalteweg ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit wesentlich länger, d.h. vorausliegende Hindernisse müssen bereits in hoher Entfernung erkannt werden, um ein rechtzeitiges Anhalten zu ermöglichen.
• Die Detektion von Hindernissen durch den Menschen wird durch die Dynamik der Vorgänge bei der schnellen Vorbeifahrt wesentlich erschwert. Auch sind die Reaktionszeiten nach einer Erkennung gegenüber einem technischen System um Größenordnungen länger.
• Die Folgen einer Kollision mit einem Hindernis sind bei hoher Geschwindigkeit wesentlich gravierender, insbesondere auch die Gefährdung Dritter durch die vom Ort der Kollision weggeschleuderten Teile, insbesondere in dichtbebauten Regionen. ln der Regel werden daher für solche Systeme prophylaktische Maßnahmen wie z.B. das Errichten von Absperrungen und sonstige Zugangsbeschränkungen realisiert. Das nach solchen Maßnahmen noch verbleibende Restrisiko (welches immer auch Gefährdungen durch Sabotage, Terror, Vandalismus, Unfälle benachbarter Systeme usw. einschließt) könnte weiter vermindert werden, wenn es gelänge, potentiell gefährliche Hindernisse rechtzeitig zu erkennen. Auf der Basis dieser Information könnte das jeweilig gefährdete Fahrzeug rechtzeitig vor dem Hindernis zum Stehen gebracht werden bzw. könnten Fahrten auf dem beeinträchtigten Gleis solange ver- hindert werden, bis das Hindernis sicher entfernt wurde.
Die Erkennung und Vermeidung vorausliegender Hindernisse mittels am Fahrzeug angeordneter vorauschauender Sensoren wird bei spurgeführten Hochgeschwindig- keitstransportsystemen aufgrund der Dynamik der Vorgänge als technisch kaum machbar bzw. wirtschaftlich zu aufwändig eingestuft.
Darüber hinaus wird in der US 6,417,765 ein spurgebundener Sensorträger vorgeschlagen, der dem spurgebundenen Fahrzeug in einem ausreichenden Abstand vorausfährt, und somit das Fahrzeug rechtzeitig vor möglichen Hindernissen warnen kann. Ein solches System ist ebenfalls mit hohem technischen Aufwand verbunden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein für die Anwendung in Hoch- geschwindigkeitstransportsystemen geeignetes kostengünstiges und somit wirtschaftlich realisierbares System zur Hinderniswarung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße System umfasst mindestens einen, an dem spurgeführten Fahrzeug angeordneten Sensor, wobei der Sensor auf den dem Fahrweg des spurgebundenen Fahrzeugs benachbarten Fahrweg ausgerichtet ist, so dass potentielle Hindernisse innerhalb des Lichtraumprofils des Nachbarfahrwegs erkannt werden können. Das erfindungsgemäße System erfasst also nicht die für das Fahrzeug unmittelbar vorausliegenden Hindernisse, sondern solche, die sich auf dem Nachbarfahrweg befinden. Da die Bahntrassen moderner Bahnsysteme mindestens zwei Fahrwege umfassen, ist die Erfindung allgemein anwendbar.
Die gewonnenen Hindernisinformationen können mit Angabe des Hindernisortes an eine Betriebszentrale weitergeleitet werden. Dies ermöglicht die gezielte Sperrung des betroffenene Fahrwegabschnitts und den gezielten (zeitsparenden) Einsatz von Räum- und Wartungsdiensten.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Verhinderung bzw. ein Abbruch der Fahrt auf dem Nachbarfahrweg erfolgen. Bei hinreichend zuverlässiger automatischer Klassifizierung des Hindernisses kann dies auch automatisch erfolgen. Dazu ist eine Verbin- düng zum Betriebsleitsystem notwendig. Dies führt zu einer Entlastung des Betriebs sowie zur Unabhängigkeit von der menschlichen Reaktionszeit und Fehlerträchtigkeit.
Für die automatische Erkennung von potentiell gefährdenden Objekten auf dem querab liegenden Nachbarfahrweg während der Vorbeifahrt bei hohen Geschwindig- keiten (typischerweise 500 km/h) wird vorteilhaft eine hochauflösende abbildende Sensorik und eine schnelle Verarbeitung der anfallenden Daten angewandt.
Der Sensor kann insbesondere ein optischer Sensor, z.B. ein IR-Sensor oder ein Radarsensor sein.
Möglich ist z.B. die Detektion von Objekten ab einer als kritisch anzunehmenden Größe. In der Regel ist jedoch nicht die Größe des Objekts entscheidend, sondern seine Masse und Konsistenz. Deshalb kann die Größe allein nur einen Anhaltswert liefern. Daher ist der Einsatz von Bildverarbeitungs- und Mustererkennungsverfahren sinnvoll, um eine Trennung kritischer von unkritischen Objekten zu ermöglichen (z.B. ist ein auf dem Fahrweg sitzender großer Vogel nicht als kritisches Hindernis für einen Hochgeschwindigkeitszug zu werten, wohl aber ein Betonteil gleicher Größe).
Alternativ könnte aber auch die Übertragung des Bildes in die Betriebszentrale zur Beurteilung des Hindernisses und Festlegung geeigneter Maßnahmen durch den Menschen erfolgen.
Eine besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems ist die Anordnung jeweils eines Sensors am Zuganfang und eines Sensors am Zugende. Es kann angenommen werden, dass „harmlose" Objekte, die zwar aufgrund ihrer Größe eine Alarmmeldung erzeugen, jedoch aufgrund ihrer Beschaffenheit keine Gefahr darstellen, durch den Fahrtwind von dem Fahrweg weggeschleudert, d.h. entfernt, werden. Durch eine Korrelation der Sensorinformation am Zuganfang mit der jeweiligen Sensorinformation am Zugende kann festgestellt werden, ob ein Objekt im Beo- bachtungsraum noch nach Vorbeifahrt des Zuges am gleichen Ort vorhanden ist. Sollte dies der Fall sein, so kann in erster Näherung davon ausgegangen werden, dass es sich um ein Objekt mit Gefahrenpotential handelt.
Das Zusammenspiel verschiedener Sensoren (Sensor-/Datenfusion) kann erforder- lieh sein, um die Entdeckungswahrscheinlichkeit zu erhöhen bzw. die Falschalarmrate zu senken; z.B. die Kombination von optischen Sensoren (z.B. Infrarot- Sensoren) mit Radarsensoren.
Zusammengefasst ergeben sich somit die folgenden Vorteile des erfindungsgemä- ßen Systems:
• Verminderung des von Hindernissen auf dem Fahrweg ausgehenden Risikos beim Betrieb spurgeführter Verkehrssysteme;
• Bei automatischer Detektion und Reaktion Entlastung des Betriebes, Vermeidung der menschlichen Reaktionszeit und Fehlerträchtigkeit. Vorteilhafte Nebeneffekte:
Bei hinreichend hoher Auflösung könnte ein für die Hinderniswarnung eingesetztes
System auch anderen Zwecken dienen, z.B.
• der allgemeinen Beurteilung der Qualität des Fahrweges, um ggf. Wartungsmaß- nahmen gezielt auszulösen (Condition Monitoring)
• der automatischen Erkennung von Absenkungen/Versätzen/Verwerfungen aufgrund seismischer Effekte
• zur Gewinnung von Rückschlüssen auf die Fahrdynamik anhand der Auswertung von Sensordaten, die sich auf ortsfeste Referenzmarken beziehen (auch zur Or- tung des Zugs einsetzbar)
In den angesprochenen Fällen müssten die von der Sensorik aktuell erzeugten Daten mit zuvor abgespeicherten Referenzdaten verglichen werden.
Die Erfindung wird anhand eines konkreten Ausfühungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System zur Hinderniswarnung, Fig. 2 eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung der Sensordaten.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur Hinderniswarnung. Das spurgebun- dene Fahrzeug Fz, z.B. eine Magnetschwebebahn, bewegt sich entlang Spur A. Im Bereich des vorderen sowie des hinteren Endes des Fahzeugs Fz ist jeweils ein Sensor S1 , S1 angebracht, deren Blickrichtung quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs Fz ausgerichtet ist, so dass Hindernisse auf der benachbarten Spur B detektiert werden können. In der gezeigten Ausführung ist der Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs Fz und der Blickrichtung der Sensoren zu ca. 90° gewählt. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Winkel gewählt werden können (z.B. mit einer Abweichung von der exakten Querrichtung um ±30°), solange sichergestellt werden kann, dass die Sensoren noch das Lichtraumprofil der benachbarten Spur B abdecken. Da spurgeführte Systeme grundsätzlich richtungsunabhängig, d.h. in beide Fahrtrichtungen eingesetzt werden können, besteht ein weiteres - nicht abgebildetes - Ausführungsbeispiel darin, die erforderliche Sensorik mit entsprechender Auswertungselektronik in beiden Querrichtungen auf dem Fahrzeug Fz zu montieren.
Ein möglicher Aufbau für die zugehörige Auswerteschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Sensordaten der beiden Sensoren S1, S1 (Fig. 1) werden zunächst getrennt jeweils einer Signal-/Bildverarbeitungseinheit S/B1, S/B2 zugeführt. Um die Falschalarmrate zu vermindern, erfolgt anschließend eine Korrelation/Bildvergleich der Sensordaten von Sensor S1 und S2. Die Sensordaten eines der beiden Sensoren müssen zuvor mit einer Zeitverzögerung (Verzögerungseinheit DT) beaufschlagt werden, die proportional dem Quotienten aus Abstand der montierten Sensoren S1.S1 im Fahrzeug Fz und der gemessenen Geschwindigkeit v ist.
Im Schwellwertdetektor SD erfolgt dann ein Vergleich der Sensordaten mit einer vorgegebenen Schwelle, wobei bei Überschreitung eine Alarmmeldung ausgegeben wird.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Hinderniswarnung für spurgeführte Fahrzeuge, insbesondere für Hochgeschwindigkeitszüge, mit mindestens einen, an dem spurgeführten Fahrzeug angeordneten Sensor (S1 ,S2), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (S1 ,S2) quer zur Fahrtrichtung des spurgeführten Fahrzeugs (Fz) ausgerichtet ist, so dass potentielle Hindernisse innerhalb des Lichtraumprofils des zum Fahrweg des Fahrzeugs (Fz) benachbarten Fahrwegs erkannt werden können.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das der Sensor (S1.S2) unter einem Winkel von im wesentlichen 90° zur Fahrtrichtung des spurgeführten Fahrzeugs (Fz) ausgerichtet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der Sensor (S1 ,S2) ein optischer Sensor, insbesondere ein IR-Sensor und/oder ein Radarsensor ist.
4. System nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mehrere Sensorentypen vorhanden sind, deren Sensordaten in die Auswertung einbezogen werden.
5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei Sensoren (S1 ,S2), welche bezogen auf die Fahrtrichtung einen Ab- stand zueinander aufweisen, und eine Korrelationseinrichtung (KO), in der eine
Korrelation der Sensordaten der beiden Sensoren (S1 ,S2) erfolgt.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spurgeführte Fahrzeug (Fz) eine Bahn nach dem Prinzip Schiene/Rad oder eine Magnetschwebebahn ist.
7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1 ,S2) in beide Querrichtungen des spurgeführten Fahrzeugs (Fz) ausgerichtet sind.
8. Verwendung eines Systems nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Beurteilung der Qualität des Fahrweges, zur automatischen Erkennung von geländemäßigen Besonderheiten entlang des Fahrwegs, zum Rückschluss auf die Fahrdynamik des Fahrzeugs und zur Fahrzeugortung.
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