EP1616772A1 - Bestimmung des Lademasses von Schienenfahrzeugen - Google Patents

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EP1616772A1
EP1616772A1 EP05450097A EP05450097A EP1616772A1 EP 1616772 A1 EP1616772 A1 EP 1616772A1 EP 05450097 A EP05450097 A EP 05450097A EP 05450097 A EP05450097 A EP 05450097A EP 1616772 A1 EP1616772 A1 EP 1616772A1
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EP
European Patent Office
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profile
height
measuring point
lines
coordinate
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EP05450097A
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English (en)
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EP1616772B1 (de
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Josef Alois Birchbauer
Wolfgang Marius
Michael Glöckl
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Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/02—Profile gauges, e.g. loading gauges

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a loading gauge of a rail vehicle and to a method for measuring a three-dimensional profile of a rail vehicle, on the basis of which the determination of the loading gauge is possible.
  • the clearance gauge (clearance limit profile) is the maximum permissible extent of a railway vehicle in height and width, with which it may safely move within the space laterally and in particular above the tracks and in which no external objects may protrude. This area to be kept free of adjacent buildings is called the "rule clearing room”. Conversely, no parts of the locomotive, the car or the load may leave the specified profile.
  • the clearance gauge is basically standardized but may vary between railway infrastructure operators. For all vehicles in national and international traffic, an international clearance gauge is specified.
  • DE 40 15 086 A1 discloses a device for measuring profiles, in particular of rail vehicles, in which a Messportal stationary or arranged on its own tracks and on the supports of the Messportals ever a non-contact measuring Length measuring device is mounted vertically displaceable in the supports.
  • the determined measuring points are formed in a computer unit as a line of the rail vehicle profile, and this outline can be compared with the prescribed railroad profile.
  • a similar device is disclosed in DE 196 46 098 A1. These devices only detect a single cut (in horizontal or vertical direction) throughout the car profile in the form of a number of measurement points. A load-oversize between the points or cut planes, such as by a protruding beam, would therefore not be detected.
  • the calculation of a loading gauge that captures the entire vehicle in the sense of a 3-dimensional profile is not apparent from the cited documents.
  • the solution according to the invention makes it possible to determine the loading dimension with the desired accuracy and a restriction to convex loading dimensions is not necessary.
  • the adaptation to e.g. country-specific regulations are possible without interfering with the recording technology; rather, the comparison is sufficient by software.
  • the invention also allows additional applications; For example, other information can also be derived from the three-dimensional profile, which can be used for the Verification and management of the train in question can be used.
  • load-monitoring systems should be mentioned here, which check whether the load has been moved; Likewise, a car type classification is possible due to the three-dimensional profile.
  • the loading measure is made with respect to a sequence of discrete values of the altitude coordinate
  • a sequence of values of the altitude coordinate (“altitude values”) is determined (step a), then (step b) an associated extreme one for each altitude value Profile depth value (as upper bound) determined, which is in terms of the height value within the three-dimensional profile measurement, and finally (step c) created from the profile depth values thus obtained a load gauge.
  • the three-dimensional profile measurement can be used in addition to obtaining further information associated with the rail vehicle, e.g. for detecting information attached to the rail vehicle in font and / or symbol form, e.g. reading a car number or dangerous goods number.
  • the three-dimensional profile measurement is produced in the form of a sequence of profile lines which respectively correspond to different values of the longitudinal coordinate and run at essentially fixed longitudinal coordinates.
  • step a) from the comparison of each other in the height coordinate of corresponding sections or points of the profile lines, a profile curve is generated which does not have any profile depth values which lie within the total of the profile lines with regard to the respectively associated height value.
  • a further aspect of the invention is that a method is used for measuring a three-dimensional profile of a rail vehicle, in which the profile lines are recorded one after the other by means of a non-contact measuring point and the profile lines thus obtained are assembled according to their respectively assigned longitudinal coordinate values to form a three-dimensional profile measurement.
  • laser light can be used in a favorable manner.
  • the rail vehicle is moved relative to a measuring point, which receives a profile line at a number of times in each case.
  • the measuring point is stationary and the speed of the rail vehicle moved past the measuring point is measured during the recording of the profile lines, and from the recording times of the profile lines by means of integration of the speed measurement, the respectively assigned longitudinal coordinate values are determined.
  • a sensor for measuring the light transit time can advantageously be used to measure the profile of the vehicle in the region of the profile line in the form of the distance from the sensor as a function of the altitude coordinate.
  • the invention is based on the inclusion of a three-dimensional measurement of the tension profile "(Zugpanorama") over the entire length of the train set to be tested.
  • Fig. 1 by way of example a Switzerlandsgarnitur ZG is shown in front view, side view and top view, with the sake of clarity, only one car of Switzerlandsgarnitur ZG is shown.
  • directions h, x, 1 are indicated, namely the longitudinal direction 1 along the (preferably just imaginary) track, the height h and the depth x.
  • the depth x preferably designates the distance of a profile point from the center line m; the center line m is best purchased on the track GA. Possibly For example, as shown in FIG. 2, an elevation angle may be used as a height coordinate (instead of a straight height) and a radial distance from an outside point may be used as a depth coordinate (instead of a distance) from the middle plane).
  • Depth values that are closer to the center line m than a reference value are referred to as "inside” or "inside”, those located opposite to the center line m as “outside” or “outside”. Accordingly, of a number of points or depth values, the term "furthest" which is farthest from the center line m (in the sense of the depth coordinate x used) is designated.
  • the measuring point MS consists of one or more fixedly positioned cameras K1, K2, K3.
  • the depth information obtained from a single measuring operation in the longitudinal direction 1 (or temporally, see below) and in the height direction h is limited and must if necessary for the entire train set be assembled from continuously measured single data sets.
  • a camera K1 is realized as a light transit time line sensor.
  • the sensor measures at regular intervals a vertical profile line of the train Z1, wherein using laser light LL the transit time of the laser light reflected back to the sensor is measured and converted into a distance from the sensor location.
  • a technical realization of such a light transit time line sensor by means of a CMOS sensor is described in the article by P. Mengel et al ., "Fast range imaging by CMOS sensor array through multiple double short time integration (MDSI)", Proceedings of the International Conference on Image Processing 2001, Vol. 2, pp.
  • the profile line pz (right in FIG. 2) measured in this way corresponds to the tension profile when the longitudinal coordinate 1 is held in place and can be represented as a function x (h, t) in which the depth information determined by means of the sensor is a function of the height coordinate h and the recording time t ,
  • the speed of the train set ZG is also measured so that the profile lines x (h, t) can be assigned a speed v (t).
  • Areas that are not reached due to the receiving geometry, ("dead angle") form undercuts, which are shown in dotted lines in Fig. 2.
  • a three-dimensional train panorama of the entire clothing can be assembled.
  • radiometric information recorded at the same time can be used as support, which is obtained, for example, from image acquisition of the train, optionally with additional color information.
  • the depth output of the line sensor can be considered as a function d (h, t), cf. Fig. 2.
  • the time t assumes here discrete values, which correspond in each case to the time of a recording; h sweeps an interval from a minimum to a maximum (bottom and top).
  • the function T (1) can be interpreted in particular as the time that elapses from the entry of the train into the measuring range until the horizontal pulling position 1 is reached. If necessary, in particular if profiles are to be interpolated to given values of the longitudinal coordinate 1, a rectified panorama can be generated by resampling.
  • the loading gauge is derived from the three-dimensional train panorama using the entire three-dimensional train profile over the entire length of the train set ZG.
  • h1 of this sequence is shown in the two drawings of FIG. 4; the procedure is similar for the entire underlying altitude value sequence.
  • the values of the depth coordinate x for all profile lines are shown at the respectively examined height value h1 determined and selected from these the outermost value x E (h1) (Fig. 4b).
  • the extreme profile depth values thus obtained (which are nowhere within the totality of the profile lines), arranged as a function of the associated height values, are summarized as profile pf and thus represent the desired loading dimension of the train set ZG.
  • Fig. 5 illustrates another procedure for determining the loading dimension pf 'as an extreme profile.
  • the height range to be examined is divided into suitable sections (intervals) H1, H2, ... H7.
  • section boundaries e.g. those height values are used where profile lines p1 ... p3 intersect, of course, crossovers that are "within” (i.e., there is a profile value located farther out) need not be taken into account.
  • a profile history is determined, which represents an upper bound for the profile lines in this section.
  • a corresponding section of the profile line which is at its extreme in the relevant section may be selected, e.g.
  • each height value represents a separate section, and there in each case an outermost profile depth value x E as a profile function of the relevant section (ie the relevant altitude value) is determined.
  • FIG. 6 illustrates the reconstruction of a facial profile GP using horizontal colored light stripes, which are projected and recorded on a human face G for this purpose.
  • a vertical striped pattern could be projected onto the train set, which is recorded with the camera K1; the lateral offset (along the longitudinal direction l) can be interpreted as depth information x.
  • Another possibility for detecting the depth information in the form of a train panorama is the multiple detection of the train profile from different angles, as illustrated in FIG. 1 on the basis of the three cameras K1, K2, K3. Corresponding elements of the images are recognized and based on the disparity of the position takes place a 3D reconstruction. Methods of this type are used, for example, for detecting terrain structures, cf. http://www.starlabo.co.jp/en/business/linesensor-1.html.

Abstract

Zum Bestimmen eines Lademaßes eines Schienenfahrzeugs wird eine dreidimensionale Profilmessung verwendet, die einen Profiltiefenwert (x) als Funktion einer Höhen- (h) und einer Längskoordinate (l) beschreibt. Beispielsweise wird nacheinander eine Abfolge von Profillinien (p1...p3), die jeweils verschiedenen Werten der Längskoordinate (1) entsprechen, mittels einer kontaktfreien Messstelle aufgenommen; die so gewonnenen Profillinien werden gemäß ihren jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerten zu einer dreidimensionalen Profilmessung zusammengefügt. Sodann wird
  • a) eine Aufteilung der Höhenkoordinate in Abschnitte (h1) festgelegt,
  • b) zu jedem Abschnitt eine zugeordnete Profilfunktion bestimmt, die nirgends in dem betreffenden Abschnitt einen Profiltiefenwert aufweist, der hinsichtlich des jeweils zugeordneten Höhenwerts innerhalb der dreidimensionalen Profilmessung liegt, (xE) und
  • c) aus den so gewonnenen Profilfunktionen ein Lademaß in Form eines Profils (pf) erstellt, das einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Höhenkoordinate und einem äußersten Profiltiefenwert beschreibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Lademaßes eines Schienenfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Messen eines dreidimensionalen Profils eines Schienenfahrzeugs, auf dessen Grundlage die Bestimmung des Lademaßes möglich ist.
  • Für die Sicherheit des Betriebs auf einer Eisenbahnstrecke oder anderen Strecke für Schienenfahrzeuge ist die durchgängige Kompatibilität des Lichtraumprofils mit dem Lademaß der verkehrenden Zugsgarnituren eine unabdingbare Voraussetzung. Das Lichtraumprofil (Lichtraumbegrenzungsprofil) ist die größte zulässige Ausdehnung eines Eisenbahnfahrzeugs in Höhe und Breite, mit der es sich sicher innerhalb des Raumes seitlich und insbesondere oberhalb der Gleise bewegen darf und in den keine äußeren Objekte hineinragen dürfen. Dieser von angrenzender Bebauung freizuhaltende Raum wird als Regellichtraum bezeichnet. Umgekehrt dürfen keine Teile des Triebfahrzeugs, der Wagen oder des Ladegutes das vorgegebene Profil verlassen. Das Lichtraumprofil ist grundsätzlich standardisiert, kann jedoch zwischen Betreibern der Eisenbahninfrastruktur variieren. Für alle Fahrzeuge im nationalen und grenzüberschreitenden Verkehr ist ein internationales Lichtraumprofil festgelegt.
  • Das Lademaß (= englisch: 'loading gauge') ist eine Begrenzungslinie, die beschreibt, bis zu welchen äußeren Maßen in Höhe und Breite ein Fahrzeug, wie z.B. ein Güterwagen, bei Mittelstellung des Fahrzeugs im geraden Gleis sich tatsächlich erstreckt (wirkliches Lademaß). Abhängig von der Fahrtroute eines Zuges sind hinsichtlich des Lichtraumprofils für die zugehörigen Wagen Lademaß-Überschreitungen nach bestehenden Vorschriften oder Betriebsordnungen möglich. Bei Überschreitung des erlaubten Lademaßes kann es zur Beschädigung von Ladung, Wagen und Infrastruktur kommen.
  • Die Prüfung der Wagen auf unzulässige Überschreitung erfolgt derzeit vorwiegend durch visuelle Kontrolle durch Eisenbahnpersonal. In der Vergangenheit wurden auch mechanische Schablonen verwendet. Aufgrund von Personalreduktionen und zur Verbesserung der Sicherung des Eisenbahnbetriebs durch eine vom Menschen unabhängige und somit objektive und standardisierbare Messung ist eine automatisierte Prüfung erforderlich.
  • Die DE 40 15 086 A1 offenbart eine Einrichtung zum Messen von Profilen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, bei welchem ein Messportal ortsfest oder auf eigenen Gleisen verfahrbar angeordnet ist und an den Stützen des Messportals je ein berührungslos messendes Längenmessgerät in den Stützen vertikal verschieblich angebracht ist. Die ermittelten Messpunkte werden in einer Rechnereinheit als Linienzug des Schienenfahrzeugprofils gebildet, und dieser Umriss kann mit dem vorgeschriebenen Eisenbahnprofil verglichen werden. Eine ähnliche Einrichtung ist in der DE 196 46 098 A1 offenbart. Diese Einrichtungen erfassen lediglich einen einzelnen Schnitt (in horizontaler oder vertikaler Richtung) durch das gesamte Wagenprofil in Form einer Anzahl von Messpunkten. Eine Lademaßüberschreitung zwischen den Punkten oder Schnittebenen, etwa durch einen herausragenden Balken, würde daher nicht entdeckt werden. Die Berechnung eines Lademaßes, das das gesamte Fahrzeug im Sinne eines 3-dimensionalen Profils erfasst, geht aus den genannten Druckschriften nicht hervor.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen verbesserten Weg zur objektivierbaren Gewinnung des Lademaßes zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird von einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß eine dreidimensionale Profilmessung des Fahrzeugs, die einen Profiltiefenwert als Funktion einer Höhen- und einer Längskoordinate beschreibt, aufgenommen wird und unter Verwendung der dreidimensionalen Profilmessung
    • a) eine Aufteilung der Höhenkoordinate in Abschnitte festgelegt wird,
    • b) zu jedem Abschnitt eine zugeordnete Profilfunktion bestimmt wird, die nirgends in dem betreffenden Abschnitt einen Profiltiefenwert aufweist, der hinsichtlich des jeweils zugeordneten Höhenwerts innerhalb der dreidimensionalen Profilmessung liegt, (Bildung einer oberen Schranke) und
    • c) aus den so gewonnenen Profilfunktionen ein Lademaß in Form eines Profils erstellt wird, das einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Höhenkoordinate und einem äußersten Profiltiefenwert beschreibt.
  • Zur Begriffsbestimmung der Tiefen-, Höhen- und Längskoordinate sowie der Begriffe "innerhalb" und "außen" bzw. "äußerster" siehe weiter unten, Beschreibung zu Fig. 1 und 2.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Bestimmung des Lademaßes mit gewünschter Genauigkeit und eine Beschränkung auf konvexe Lademaße ist nicht erforderlich. Die Anpassung an z.B. länderspezifische Regelungen ist ohne Eingriff in die Aufnahmetechnik möglich; vielmehr reicht der Vergleich per Software aus.
  • Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus zusätzliche Anwendungen; beispielsweise kann aus dem dreidimensionalen Profil auch andere Information abgeleitet werden, die für die Überprüfung und Verwaltung des betreffenden Zugs verwendet werden kann. Hier sind insbesondere Ladegut-Überwachungssysteme zu nennen, die kontrollieren, ob Ladegut verschoben ist; ebenso ist eine Wagentypklassifizierung aufgrund des dreidimensionalen Profils möglich.
  • Für den bevorzugten Fall, dass das Lademaß in Bezug auf eine Folge von diskreten Werten der Höhenkoordinate erstellt wird, wird (Schritt a) eine Abfolge von Werten der Höhenkoordinate ("Höhenwerte") festgelegt, sodann (Schritt b) zu jedem Höhenwert ein zugeordneter äußerster Profiltiefenwert (als obere Schranke) bestimmt, der hinsichtlich des Höhenwerts innerhalb der dreidimensionalen Profilmessung liegt, und schließlich (Schritt c) aus den so gewonnenen Profiltiefenwerte ein Lademaß erstellt.
  • Wie bereits erwähnt, kann die dreidimensionale Profilmessung zusätzlich zur Gewinnung weiterer Information verwendet werden, die dem Schienenfahrzeug zugeordnet ist, wie z.B. zur Erfassung von an dem Schienenfahrzeug angebrachter Information in Schrift- und/oder Symbolform, z.B. das Lesen einer Wagennummer oder von Gefahrengut-Kennzeichen.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird die dreidimensionale Profilmessung in Form einer Abfolge von Profillinien, die jeweils verschiedenen Werten der Längskoordinate entsprechen und bei im Wesentlichen festgehaltener Längskoordinate verlaufen, erstellt. In diesem Fall wird sodann gemäß Schritt a) aus dem Vergleich einander in der Höhenkoordinate entsprechender Abschnitte bzw. Punkte der Profillinien eine Profilkurve erzeugt, die nirgends Profiltiefenwerte aufweist, die hinsichtlich des jeweils zugeordneten Höhenwerts innerhalb der Gesamtheit der Profillinien liegt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass zum Messen eines dreidimensionalen Profils eines Schienenfahrzeugs ein Verfahren eingesetzt wird, bei welchem die Profillinien zeitlich nacheinander mittels einer kontaktfreien Messstelle aufgenommen werden und die so gewonnenen Profillinien gemäß ihren jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerten zu einer dreidimensionalen Profilmessung zusammengefügt werden. Zur Messung der Profillinien kann günstiger Weise Laserlicht verwendet werden.
  • Zur Gewinnung der dreidimensionalen Profilmessung ist es außerdem günstig, wenn das Schienenfahrzeug relativ zu einer Messstelle bewegt wird, die an einer Anzahl von Zeitpunkten jeweils eine Profillinie aufnimmt. Insbesondere vereinfacht es den Aufbau der Messanlage, wenn die Messstelle ortfest ist und während der Aufnahme der Profillinien die Geschwindigkeit des and der Messstelle vorbeibewegten Schienenfahrzeugs gemessen wird, und aus den Aufnahmezeitpunkten der Profillinien mittels Integration der Geschwindigkeitsmessung die jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerte bestimmt werden.
  • Seitens der Messstelle kann vorteilhafter Weise ein Sensor zur Messung der Lichtlaufzeit verwendet werden, um das Profil des Fahrzeugs im Bereich der Profillinie in Form des Abstands von dem Sensor als Funktion der Höhenkoordinate zu messen.
  • Die oben beschriebenen Verfahren und ihre Weiterbildungen können in günstiger Weise in Form von Software realisiert sein, insbesondere als Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Weiterbildungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Ebenso ist die Realisierung auf einem computerlesbaren Datenträger vorteilhaft, auf dem ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gespeichert ist, um das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Weiterbildungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen
    • Fig.1
    eine Zugsgarnitur mit einer Messstelle für die Ermittlung des Lademaßes,
    Fig. 2
    die Generierung eines Zugpanoramas mittels eines Lichtlaufzeit-Zeilensensors,
    Fig. 3
    drei Profilzeilen eines Zugpanoramas,
    Fig. 4
    die Gewinnung des Lademaßes (Fig. 4b) aus der Gesamtheit (Fig. 4a) der Profilzeilen der Fig. 3,
    Fig. 5
    ein alternatives Ermittlungsverfahren des Lademaßes, sowie
    Fig. 6
    ein Beispiel einer mit strukturiertem Licht vermessenen Oberfläche.
  • Die Erfindung geht von der Aufnahme einer dreidimensionalen Messung des Zugsprofils "(Zugpanorama") über die gesamte Länge der zu prüfenden Zugsgarnitur aus. In Fig. 1 ist beispielhaft eine Zugsgarnitur ZG in Vorderansicht, Seitenansicht und Aufsicht dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Wagen der Zugsgarnitur ZG gezeigt ist. Außerdem sind Richtungen h, x, 1 angedeutet, nämlich die Längsrichtung 1 entlang des (vorzugsweise gerade gedachten) Gleises, die Höhe h und die Tiefe x.
  • Die Tiefe x bezeichnet vorzugsweise den Abstand eines Profilpunkts von der Mittellinie m; die Mittellinie m wird am günstigsten auf die Gleisanlage GA bezogen. Gegebenenfalls können anstelle der Richtungen h, x, 1 auch diesen entsprechende nicht-cartesische Koordinaten verwendet werden, z.B. wie in Fig. 2 angedeutet ein Höhenwinkel als Höhenkoordinate (anstelle einer geraden Höhe) und ein radialer Abstand von einem äußeren Punkt als Tiefenkoordinate (anstelle eines Abstandes von der Mittelebene). Tiefenwerte, die gegenüber einem Bezugswert näher bei der Mittellinie m liegen, werden als "innen" oder "innerhalb" bezeichnet, solche, die dem gegenüber von der Mittellinie m entfernt liegen, als "außen" oder "außerhalb". Entsprechend wird von einer Anzahl von Punkten bzw. Tiefenwerten derjenige als "äußerster" bezeichnet, der am weitesten von der Mittellinie m (im Sinne der verwendeten Tiefenkoordinate x) entfernt liegt.
  • Zum Erzeugen des Zugpanoramas fährt die Zugsgarnitur ZG an einer Messstelle MS vorbei; die Geschwindigkeit wird zugleich schritthaltend gemessen, und die aufgenommenen 3D-Daten zu einem Zugpanorama der gesamten Garnitur zusammengesetzt. Die Messstelle MS besteht aus einer oder mehreren ortsfest positionierten Kameras K1, K2, K3.
  • Je nach dem gewählten Verfahren zur Erfassung der Tiefeninformation, d.h. der Tiefenkoordinate x in Abhängigkeit von der Höhe x und der Längskoordinate 1, ist die aus einem einzelnen Messvorgang gewonnene Tiefeninformation in der Längsrichtung 1 (bzw. zeitlich, vgl. weiter unten) sowie in der Höhenrichtung h beschränkt und muss bei Bedarf für die gesamte Zugsgarnitur aus fortlaufend gemessenen Einzel-Datensätzen zusammengefügt werden.
  • Beispielsweise ist eine Kamera K1 als Lichtlaufzeit-Zeilensensor realisiert. Bezug nehmend auf Fig. 2 misst der Sensor in regelmäßigen Zeitabständen eine vertikal verlaufende Profilzeile des Zugs Z1, wobei unter Verwendung von Laser-Licht LL die Laufzeit des zum Sensor zurückgeworfenen Laserlichts gemessen und in einen Abstand vom Sensor-Ort umgerechnet wird. Eine technische Realisierung eines derartigen Lichtlaufzeit-Zeilensensors mittels eines CMOS-Sensors ist in dem Artikel von P. Mengel et al., 'Fast range imaging by CMOS sensor array through multiple double short time integration (MDSI)', Proceedings der International Conference on Image Processing 2001, Vol. 2, Seiten 169-172, erhältlich unter http://ieeexplore.ieee.org/xpl/abs_free.jsp?arNumber=958451, beschrieben. Die so gemessene Profilzeile pz (rechts in Fig. 2) entspricht dem Zugsprofil bei festgehaltener Längskoordinate 1 und kann als Funktion x(h, t) dargestellt werden, in der die mittels des Sensors bestimmte Tiefeninformation eine Funktion der Höhenkoordinate h und der Aufnahmezeit t ist. Die Geschwindigkeit der Zugsgarnitur ZG wird ebenfalls gemessen, sodass den Profilzeilen x(h, t) eine Geschwindigkeit v(t) zugeordnet werden kann. Bereiche, die bedingt durch die Aufnahmegeometrie nicht erreicht werden, ("tote Winkel") bilden Hinterschneidungen, die im Fig. 2 punktiert dargestellt sind. Diese können, sofern erforderlich, durch den Einsatz mehrerer Sensoren, vorzugsweise in definierten verschiedenen Höhen angeordnet wie durch die weiteren Sensoren K1a, K1b in Fig. 2 angedeutet, und anschließendes Zusammenfügen der jeweils erhaltenen Messergebnisse zu einer gesamten Profilzeile weitgehend ausgeschlossen werden.
  • Mithilfe der so aufgenommen 3D-Daten kann ein dreidimensionales Zugpanorama der gesamten Garnitur zusammengesetzt werden. Sofern vorhanden, kann hierbei zeitgleich aufgenommene radiometrische Information unterstützend verwendet werden, die beispielsweise aus einer Bildaufnahme des Zuges, gegebenenfalls mit zusätzlicher Farbinformation, gewonnen wird.
  • Wie bereits erwähnt kann der Tiefenoutput des Zeilensensors als Funktion d(h, t) betrachtet werden, vgl. Fig. 2. Die Zeit t nimmt hierbei diskrete Werte an, die jeweils dem Zeitpunkt einer Aufnahme entsprechen; h überstreicht ein Intervall von einem Mindest- zu einem Höchstwert (unterster und oberster Punkt). Aus dieser Funktion kann über Transformation mit der gleichzeitig gemessenen Geschwindigkeit v(t) und der daraus durch Integration gewonnenen Lagefunktion 1(t) ein rein räumliches Tiefenprofil x(h, l) = d(h, T(l)) gewonnen werden, wobei T(l) die Umkehrfunktion der Lagefunktion 1(t) ist. Die Funktion T(l) kann insbesondere als jene Zeit gedeutet werden, die vom Eintreten des Zuges in den Messbereich bis zum Erreichen der horizontalen Zugposition 1 verstreicht. Bei Bedarf, insbesondere wenn Profile zu vorgegebenen Werten der Längskoordinate 1 interpoliert werden sollen, kann durch Resampling ein rektifiziertes Panorama erzeugt werden.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft drei so erstellte Zeilenprofile p1, p2, p3, die jeweils einem Tiefenprofil bei festgehaltenem Längskoordinatenwert 1= l1, l2, l3 entsprechen, nämlich p1 einem Profil x(h, 11) usf.
  • Das Lademaß wird aus dem dreidimensionalen Zugpanorama unter Verwendung des gesamten dreidimensionalen Zugsprofils über die Gesamtlänge der Zugsgarnitur ZG abgeleitet.
  • Dies kann, bezugnehmend auf Fig. 4, beispielsweise dadurch geschehen, dass - ausgehend von einer Folge von z.B. äquidistanten Höhenwerten - für jede Höhe die Profilzeilen nach dem äußersten bei diesem Höhenwert vorkommenden Profiltiefenwert durchsucht werden. In den beiden Zeichnungen der Fig. 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Höhenwert h1 dieser Folge gezeigt; die Vorgangsweise ist für die gesamte zugrunde gelegte Höhenwert-Folge gleichartig. Die Werte der Tiefenkoordinate x werden für alle Profilzeilen (gezeigt sind in Fig. 4a nur die drei Profile p1...p3 der Fig. 3) an dem jeweils untersuchten Höhenwert h1 bestimmt und aus diesen der äußerste Wert xE(h1) ausgewählt (Fig. 4b). Die so erhaltenen äußersten Profiltiefenwerte (die somit nirgends innerhalb der Gesamtheit der Profilzeilen liegen), angeordnet in Abhängigkeit von den zugeordneten Höhenwerten, werden als Profil pf zusammengefasst und stellen somit das gewünschte Lademaß der Zugsgarnitur ZG dar.
  • Fig. 5 illustriert eine andere Vorgangsweise zur Bestimmung des Lademaßes pf' als extremales Profil. Der zu untersuchende Höhenbereich wird in geeignete Abschnitte (Intervalle) H1, H2, ... H7 zerlegt. Als Abschnittsgrenzen können z.B. jene Höhenwerte verwendet werden, bei denen sich Profilzeilen p1...p3 überkreuzen, wobei natürlich Überkreuzungen, die "innerhalb" liegen (d.h. es gibt einen Profilwert der weiter außen liegt), nicht berücksichtigt werden müssen. Für jeden Abschnitt wird ein Profilverlauf bestimmt, der eine obere Schranke für die Profilzeilen in diesem Abschnitt darstellt. Beispielsweise kann ein entsprechender Abschnitt der Profilzeile ausgewählt werden, die in dem betreffenden Abschnitt am Äußersten liegt, z.B. p2 in Abschnitt H1, p1 in H2, p2 in H3, p3 in H4, usf. und diese Abschnitte werden als Profilfunktionen zu einem gesamten extremalen Profil pf' zusammengesetzt. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere dann, wenn die einzelnen Profile p1...p3 in vektorisierter Form vorliegen.
  • Das anhand Fig. 4 erläuterte Verfahren, bei dem das extremale Profil punktweise bestimmt wird, kann als Spezialfall des letzteren Verfahrens aufgefasst werden, nämlich indem jeder Höhenwert einen eigenen Abschnitt darstellt, und dort jeweils ein äußerster Profiltiefenwert xE als Profilfunktion des betreffenden Abschnitts (also des betreffenden Höhenwerts) bestimmt wird.
  • Anstelle von Zeilensensoren, deren Output in Form von Profilzeilen zu einem Zugpanorama zusammengesetzt wird, können auch andere Verfahren verwendet werden, um ein Zugpanorama zu gewinnen, ohne dass hiedurch die Erfindung verlassen würde. Beispielsweise kann sogenanntes strukturiertes Licht ('coded structured light') verwendet werden. Dabei wird durch Projektion eines definierten Lichtmusters und anschließender Analyse der aufgenommenen Verzerrung auf die zugrunde liegende dreidimensionale Struktur rückgeschlossen. Das Beispiel der Fig. 6 illustriert die Rekonstruktion eines Gesichtsprofils GP unter Verwendung horizontaler farbiger Lichtstreifen, die hierzu auf ein menschliches Gesicht G projiziert und aufgenommen werden. So könnte z.B. mittels eines an Stelle der Kamera K2 positionierten Projektors ein vertikales Streifenmuster auf die Zugsgarnitur projiziert werden, das mit der Kamera K1 aufgenommen wird; die seitliche Versetzung (entlang der Längsrichtung l) kann als Tiefeninformation x interpretiert werden. Für weitere Informationen wird auf http://w4.siemens.de/ct/de/technologies/ps/hiscore.html sowie http://eia.udg.es/~jpages/coded_light/ und die dort genannte Literatur verwiesen.
  • Eine andere Möglichkeit zur Erfassung der Tiefeninformation in Form eines Zugpanoramas ist die mehrfache Erfassung des Zugprofils aus unterschiedlichen Blickwinkeln, wie in Fig. 1 anhand der drei Kameras K1,K2,K3 illustriert. Einander entsprechende Elemente der Bilder werden erkannt und anhand der Disparität der Position erfolgt eine 3D-Rekonstruktion. Verfahren dieser Art werden beispielsweise zum Erfassen von Geländestrukturen verwendet,vgl.http://www.starlabo.co.jp/en/business/linesensor-1.html.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Lademaßes eines Schienenfahrzeugs (ZG), bei welchem unter Verwendung einer dreidimensionalen Profilmessung des Fahrzeugs, die einen Profiltiefenwert (x) als Funktion einer Höhen- (h) und einer Längskoordinate (l) beschreibt,
    a) eine Aufteilung der Höhenkoordinate in Abschnitte (H1,H2,...,H7, h1) festgelegt wird,
    b) zu jedem Abschnitt eine zugeordnete Profilfunktion (xE) bestimmt wird, die nirgends in dem betreffenden Abschnitt einen Profiltiefenwert aufweist, der hinsichtlich des jeweils zugeordneten Höhenwerts innerhalb der dreidimensionalen Profilmessung liegt, und
    c) aus den so gewonnenen Profilfunktionen ein Lademaß in Form eines Profils (pf, pf') erstellt wird, das einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Höhenkoordinate und einem äußersten Profiltiefenwert beschreibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    in Schritt a) eine Abfolge von Werten der Höhenkoordinate ("Höhenwerte") festgelegt wird, in Schritt b) zu jedem Höhenwert (h1) ein zugeordneter äußerster Profiltiefenwert (xE) bestimmt wird, der hinsichtlich des Höhenwerts innerhalb der dreidimensionalen Profilmessung liegt, und
    in Schritt c) aus den so gewonnenen Profiltiefenwerte ein Lademaß (pf) erstellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Profilmessung zusätzlich zur Erfassung von dem Schienenfahrzeug zugeordneter Information verwendet wird, insbesondere zur Erfassung von an dem Schienenfahrzeug angebrachter Information in Schrift- und/oder Symbolform.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Profilmessung in Form einer Abfolge von Profillinien (pz, p1, p2, p3) erstellt wird, die jeweils verschiedenen Werten der Längskoordinate (1) entsprechen und bei im Wesentlichen festgehaltener Längskoordinate (1) verlaufen, wobei die Profillinien (pz) zeitlich nacheinander mittels einer kontaktfreien Messstelle (MS) aufgenommen werden und die so gewonnenen Profillinien gemäß ihren jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerten zu einer dreidimensionalen Profilmessung zusammengefügt werden, und
    sodann gemäß Schritt a) aus dem Vergleich einander in der Höhenkoordinate entsprechender Abschnitte bzw. Punkte der Profillinien eine Profilkurve erzeugt wird, die nirgends Profiltiefenwerte aufweist, die hinsichtlich des jeweils zugeordneten Höhenwerts innerhalb der Gesamtheit der Profillinien liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (ZG) relativ zu einer Messstelle (MS) bewegt wird, die an einer Anzahl von Zeitpunkten jeweils eine Profillinie (pz) aufnimmt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (MS) ortfest ist und während der Aufnahme der Profillinien die Geschwindigkeit des and der Messstelle vorbeibewegten Schienenfahrzeugs gemessen wird, und aus den Aufnahmezeitpunkten der Profillinien mittels Integration der Geschwindigkeitsmessung die jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerte bestimmt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass seitens der Messstelle ein Sensor zur Messung der Laufzeit eines von der Messstelle ausgesendeten Signals verwendet wird, um das Profil des Fahrzeugs im Bereich der Profillinie in Form des Abstands von dem Sensor als Funktion der Höhenkoordinate zu messen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (MS) zur Messung der Profillinien Laserlicht (LL) verwendet.
  9. Verfahren zum Messen eines dreidimensionalen Profils eines Schienenfahrzeugs (ZG), die einen Profiltiefenwert (x) als Funktion einer Höhen- (h) und einer Längskoordinate (l) beschreibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Abfolge von Profillinien (pz, p1, p2 ,p3) erstellt wird, die jeweils verschiedenen Werten der Längskoordinate (1) entsprechen und bei im Wesentlichen festgehaltener Längskoordinate (1) verlaufen, wobei die Profillinien (pz) zeitlich nacheinander mittels einer kontaktfreien Messstelle (MS) aufgenommen werden und die so gewonnenen Profillinien gemäß ihren jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerten zu einer dreidimensionalen Profilmessung zusammengefügt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (ZG) relativ zu einer Messstelle (MS) bewegt wird, die an einer Anzahl von Zeitpunkten jeweils eine Profillinie (pz) aufnimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (MS) ortfest ist und während der Aufnahme der Profillinien die Geschwindigkeit des and der Messstelle vorbeibewegten Schienenfahrzeugs gemessen wird, und aus den Aufnahmezeitpunkten der Profillinien mittels Integration der Geschwindigkeitsmessung die jeweils zugeordneten Längskoordinatenwerte bestimmt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass seitens der Messstelle ein Sensor zur Messung der Laufzeit eines von der Messstelle ausgesendeten Signals verwendet wird, um das Profil des Fahrzeugs im Bereich der Profillinie in Form des Abstands von dem Sensor als Funktion der Höhenkoordinate zu messen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (MS) zur Messung der Profillinien Laserlicht (LL) verwendet.
  14. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf einem Computer durchzuführen.
  15. Computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmcode-Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf einem Computer gespeichert sind.
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