EP2396208A1 - Arrangement and method for detecting heat radiation emitting objects on rail tracks - Google Patents

Arrangement and method for detecting heat radiation emitting objects on rail tracks

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Publication number
EP2396208A1
EP2396208A1 EP10702860A EP10702860A EP2396208A1 EP 2396208 A1 EP2396208 A1 EP 2396208A1 EP 10702860 A EP10702860 A EP 10702860A EP 10702860 A EP10702860 A EP 10702860A EP 2396208 A1 EP2396208 A1 EP 2396208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
pir
sensor
track body
infrared detectors
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10702860A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Goldammer
Anton Schick
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2396208A1 publication Critical patent/EP2396208A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0022—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation of moving bodies

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and method and to the use of sensors for detecting objects emitting heat radiation on track bodies of rail vehicles.
  • the invention has for its object to provide a hedge of rail tracks for rail vehicles, which combines low false alarms and high detection reliability at reasonable cost.
  • cell-shaped sensor arrangements which have a plurality of passive, infrared-sensitive detectors / PIR.
  • Such cellular sensors are positioned opposite poles on masts on the track body along the tracks opposite a track.
  • the cell-shaped sensors are arranged horizontally. This orientation for achieving a spatial resolution or an angular resolution is carried out according to a line scan camera.
  • a two-dimensional array with focusing optics can also be used, for example to produce a two-dimensional image of the heat radiation in the track area.
  • the detection reliability can be further increased and the number of false alarms can be reduced.
  • both line sensors or sensor arrangements are arranged at a defined distance, for example at respectively opposite masts, a depth resolution / distance value can be achieved by distance calculation via the triangulation principle if the signals from both detectors are logically linked to one another.
  • a line sensor corresponding to the passive infrared detectors / PIRs lying next to one another in the sensors, horizontal compartments with adjacent detection channels can be formed, wherein an objective can be connected to each PIR in order to focus incoming infrared rays onto the PIR.
  • a subdivision in the vertical direction can additionally be utilized, whereby additionally the information about the object height can be detected and differentiated.
  • an additional two-dimensional camera in the case of a detected object, a display of a two-dimensional image in a rail vehicle can be made.
  • the invention finds particular application in the monitoring of high speed trains for high speed trains.
  • an alarm is triggered in particular only when, by a corresponding pair of two sensors S1, S2, one of them having at least one PIR, which is numbered parallel to is aligned with a track body, detects an object and, at the same time, on the sensor opposite the track body, the detected object is detected by a further inside PIR, which is provided with a number that is greater than one.
  • the alarm is triggered when an object in a vertical column of the sensor, which is aligned parallel to the track, is detected by the opposite sensor through a more in-column of the sensor.
  • FIG. 1 shows a track body 20 with sensors S 1, S 2, and an object 10 located on the track body
  • FIG. 2 shows a highly abstracted view of one
  • FIG. 3 shows a schematic view of the sensor S1 with a corresponding numbering of the passive infrared detectors / PIR (10).
  • a PIR responds positively or turns ON / HIGH if the average total radiation power that strikes a PIR sensor element changes. Due to adjustable time constants, it can be achieved that only the events which exceed an intensity threshold and are faster than a lower time limit lead to a switching process. If an object is located in a detection channel for a long time, the radiation power that is now being used is used as a reference.
  • a direct forwarding of the radiant power detected at the infrared element in the form of an analog voltage value to an evaluation unit is also possible, if this is advantageous for the processing of the raw signals.
  • the PIR works as a passive sensor with very low energy consumption. He does not need any active lighting or daylight for the operation.
  • the PIR is influenced exclusively by each body or the heat radiation emanating from a body. This means that a PIR can be used without restrictions even in the dark.
  • the cell-shaped sensor arrangements used according to the invention consisting of a plurality of PIR detectors, are preferably oriented along the alignment of track bodies. This means that they are mounted approximately in pairs on corresponding masts of the track body and are each aligned in the same direction of the track body.
  • the cellular structure is level.
  • the infrared radiation can be advantageously focused on a respective PIR sensor element, said radiation from a defined angle segment hits the lens. In this way, a horizontal spatial resolution is achieved or an angular resolution.
  • the fact that both cell-shaped sensor arrangements are arranged at a defined distance on respectively opposite masts ensures that a depth resolution, ie in each case differentiated distance values between the PIR and the object, can be calculated according to the triangulation principle. This assumes that the signals from both detectors are logically linked together.
  • a possible variant of an alarm logic is that the sensor pixels of a line sensor or the individual PIR elements are numbered consecutively, wherein in a cell-shaped sensor Sl, S2 a PIR element, which is aligned parallel to the tracks, receives the number 1. Assuming that two sensors are located opposite a track body, they are essentially symmetrical with respect to their detection zones. In other words, the count of the corresponding individual PIR elements with cell-like structure runs in each case from outside to inside, wherein the outer PIR with the number 1 parallel to the tracks are located or detected. Further PIR of a cellular sensor detect the track body and thus lie within each numbered with 1 sensor elements of the respective sensors Sl or S2, ie substantially above the track body.
  • the sensors Sl, S2 are numbered in reverse order. An alarm is only triggered if one of the two sensors is triggered with the outer, numbered 1 infrared detector / PIR and, at the same time, an infrared detector / PIR of the opposite sensor with a higher numbering is triggered.
  • a data fusion should take place for which an additional two-dimensional camera is used which displays a two-dimensional image, for example in the moving train.
  • an additional two-dimensional camera is used which displays a two-dimensional image, for example in the moving train.
  • the area in the camera image in which the sensor alarm was triggered can already be marked.
  • FIG. 1 shows a track body 20 with two tracks constructed thereon.
  • the track is electrified and has respective opposite masts 30 which carry corresponding contact wires for the corresponding power supply.
  • sensors S1 and S2 are positioned at opposite positions relative to the track body, for example at the masts 30. These sensors detect substantially in the same direction.
  • the sensors consist of several cell-shaped, passive infrared elements / PIR.
  • the line sensors are horizontally aligned and span a horizontally extended fan with detection channels 40, 50.
  • An object 10 on the right-hand track is a cow in this case.
  • the object 10 is first detected by the sensor S2 at the outermost infrared detector / PIR, wherein Turn this ON. Furthermore, the object 10 is visible to the sensor Sl, but not in the outer infrared detector, which detects parallel to the corresponding track. In the sensor Sl, the object 10 is perceived, for example, in the detection channel 4. This at least double detection of an object 10 by the sensor S2 and by the sensor Sl leads to a significant signal security.
  • Figure 2 shows a plan view of a track body 20, which has a width B of about 15 m. Shown are sensor Sl and sensor S2, with a symmetrical to the track and thus also to the tracks arrangement.
  • the sensors consist of a plurality of individual infrared detectors, which are designed as passive infrared detectors. These line sensors are each horizontally aligned and clamp a substantially horizontal detection fan.
  • the detection channels located therein, corresponding to the individual infrared elements, permit a lateral spatial resolution. From the existing symmetry conditions, distance values between an object and the sensors can thus be determined, for example, by triangulation.
  • the normal mast spacing D is usually 200 meters.
  • FIG. 3 shows an illustration of a cell-shaped sensor in plan view, in this case with the numbering sequence corresponding to the sensor S1 in FIG. 1.
  • the No. 1 is aligned parallel to the upper track in FIG.
  • the detection channels 2 to 6 close in the direction of the inner region of the track body.

Abstract

The invention relates to an arrangement for detecting heat radiation emitting objects (10) on a rail track (20) of rail vehicles having sensors (S1, S2) designed with a plurality of passive infrared detectors/PIR that are aligned at least in a single line and substantially vertically, wherein at least two sensors are positioned opposite relative to a given rail track (20), the registration directions of the sensors run substantially parallel to the rail track at the same orientation and wherein signals at least of opposing sensors can be linked, and a method having the following steps: registering objects (10) by means of vertically oriented sensors (S1, S2) designed at least in a single line, comprising a plurality of passive, infrared detectors/PIR; aligning the sensors (S1, S2) arranged opposite relative to the rail track (20) such that the outermost infrared detectors/PIR in a sensor line detect parallel to the rail track and other infrared detectors/PIR of the sensor line span vertically lying compartments with detection channels (40, 50), wherein the compartments at least partially overlap opposing sensors (S1, S2); triggering an alarm solely if an outer infrared detector/PIR detects an object (10) and simultaneously another inner infrared detector/PIR of the respectively other sensor (S1, S2) detects the object (10). An area of application is, for example, the securing of rail tracks for rail vehicles.

Description

Beschreibungdescription
Anordnung und Verfahren zur Detektion von Wärmestrahlung emittierenden Objekten auf GleiskörpernArrangement and method for the detection of heat radiation emitting objects on track bodies
Die Erfindung betrifft Anordnung und Verfahren sowie Verwendung von Sensoren zur Detektion von Wärmestrahlung emittierenden Objekten auf Gleiskörpern von Schienenfahrzeugen.The invention relates to an arrangement and method and to the use of sensors for detecting objects emitting heat radiation on track bodies of rail vehicles.
Die heutigen Entwicklungen im Schienenbau und im Eisenbahnverkehr führen zunehmend zu höheren Geschwindigkeiten. Bei Hochgeschwindigkeitszügen ergeben sich daraus insbesondere Gefahren für Fahrzeug und Personen durch Objekte, die sich in der Nähe oder im Gleisbereich befinden. Diese Gefahren werden von Zeit zu Zeit deutlich durch spektakuläre Unfälle, wie beispielsweise die kürzliche Kollision eines Hochgeschwindigkeitszuges mit einer Schafherde in einem Tunnel.Today's developments in rail and rail transport are increasingly leading to higher speeds. In the case of high-speed trains, this in particular results in dangers for the vehicle and persons due to objects located in the vicinity or in the track area. These dangers become apparent from time to time as a result of spectacular accidents, such as the recent collision of a high speed train with a flock of sheep in a tunnel.
Es ist wünschenswert, in naher Zukunft erforderliche tech- nisch machbare und wirtschaftlich realisierbare Objekterfassungssysteme zur Vermeidung von entsprechenden Kollisionen zur Verfügung zu haben.It is desirable to have technically feasible and economically feasible object detection systems available in the near future to avoid corresponding collisions.
Im Stand der Technik ist lediglich der Lösungsansatz bekannt, dass besonders gefährdete Bereiche durch Zäune gesichert werden. Dies ist jedoch insofern wirtschaftlich nicht vertretbar, da nicht sämtliche Hochgeschwindigkeitsstrecken mit diesem enormen Material- und Kostenaufwand abgesichert werden können .In the prior art, only the approach is known that particularly vulnerable areas are secured by fences. However, this is not economically justifiable, since not all high-speed lines can be secured with this enormous material and cost.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absicherung von Gleiskörpern für Schienenfahrzeuge bereitzustellen, welche geringe Fehlalarme und eine hohe Erkennungssicherheit bei vertretbaren Kosten vereint.The invention has for its object to provide a hedge of rail tracks for rail vehicles, which combines low false alarms and high detection reliability at reasonable cost.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhaf- te Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden .The solution of this task is done by the respective feature combination of the independent claims. Advantageous te embodiments can be taken from the dependent claims.
Entsprechend der Erfindung kommen zellenförmige Sensoranord- nungen zum Einsatz, die mehrere passive, infrarotsensitive Detektoren/PIR aufweisen. Derartige zellenförmige Sensoren sind gegenüberliegend zu einem Gleiskörper an Masten auf dem Gleiskörper entlang der Gleise positioniert. Zur Erzielung einer horizontalen Auflösung sind die zellenförmigen Sensoren waagerecht angeordnet. Diese Ausrichtung zur Erzielung einer Ortsauflösung bzw. einer Winkelauflösung ist entsprechend einer Zeilenkamera ausgeführt.According to the invention, cell-shaped sensor arrangements are used which have a plurality of passive, infrared-sensitive detectors / PIR. Such cellular sensors are positioned opposite poles on masts on the track body along the tracks opposite a track. To achieve a horizontal resolution, the cell-shaped sensors are arranged horizontally. This orientation for achieving a spatial resolution or an angular resolution is carried out according to a line scan camera.
Alternativ kann statt eines zellenförmigen Sensors auch ein zweidimensionales Array mit fokussierender Optik verwendet werden, um beispielsweise ein zweidimensionales Abbild der Wärmestrahlung im Gleisbereich zu erzeugen. Dadurch kann die Erkennungssicherheit weiter erhöht und die Anzahl der Fehlalarme reduziert werden.Alternatively, instead of a cell-shaped sensor, a two-dimensional array with focusing optics can also be used, for example to produce a two-dimensional image of the heat radiation in the track area. As a result, the detection reliability can be further increased and the number of false alarms can be reduced.
Dadurch, dass beide Zeilensensoren oder Sensoranordnungen in einer definierten Entfernung, beispielsweise an jeweils gegenüberliegenden Masten, angeordnet sind, kann über das Triangulationsprinzip eine Tiefenauflösung/Abstandswert durch Abstandsberechnung erzielt werden, falls die Signale von beiden Detektoren logisch miteinander verknüpft werden.Because both line sensors or sensor arrangements are arranged at a defined distance, for example at respectively opposite masts, a depth resolution / distance value can be achieved by distance calculation via the triangulation principle if the signals from both detectors are logically linked to one another.
Bei Anwendung eines Zeilensensors lassen sich, entsprechend den in den Sensoren nebeneinander liegenden, passiven Infra- rotdetektoren/PIR, waagerecht liegende Fächer mit nebeneinander angeordneten Detektionskanälen ausbilden, wobei zu jedem PIR ein Objektiv vorschaltbar ist, um eingehende Infrarotstrahlen auf den PIR zu fokussieren.If a line sensor is used, corresponding to the passive infrared detectors / PIRs lying next to one another in the sensors, horizontal compartments with adjacent detection channels can be formed, wherein an objective can be connected to each PIR in order to focus incoming infrared rays onto the PIR.
Bei Anwendung einer zweidimensionalen Sensoranordnung kann zusätzlich eine Unterteilung in vertikaler Richtung ausgenutzt werden, wodurch zusätzlich die Information über die Objekthöhe erfasst und differenziert werden kann. Mit einer zusätzlichen zweidimensionalen Kamera kann im Falle eines detektierten Objektes eine Anzeige eines zweidimensionalen Bildes in einem Schienenfahrzeug vorgenommen werden.When using a two-dimensional sensor arrangement, a subdivision in the vertical direction can additionally be utilized, whereby additionally the information about the object height can be detected and differentiated. With an additional two-dimensional camera, in the case of a detected object, a display of a two-dimensional image in a rail vehicle can be made.
Es ist besonders vorteilhaft, dreidimensionale, bereits aufgrund von triangulatorischen Beziehungen ermittelte Daten, zu verwenden, um in einem zweidimensional angezeigten Bild den Objektbereich zu markieren.It is particularly advantageous to use three-dimensional data already determined on the basis of triangulation relationships in order to mark the object region in a two-dimensionally displayed image.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Überwachung von Hochgeschwindigkeitsstrecken für Hochgeschwindigkeitszüge. Ausgehend von einer Nummerierung der Detektionska- näle von außen nach innen mit beispielsweise 1 bis 6, wird ein Alarm insbesondere erst dann ausgelöst, wenn durch ein korrespondierendes Paar von zwei Sensoren Sl, S2 einer davon mit mindestens einem PIR, der als Nummer 1 parallel zu einem Gleiskörper ausgerichtet ist, ein Objekt erfasst und gleichzeitig am zum Gleiskörper gegenüberliegenden Sensor das er- fasste Objekt durch einen weiter innen liegenden PIR detek- tiert wird, welcher mit einer Nummer versehen ist, die größer als 1 ist. Analog wird im Falle des zweidimensionalen Arrays der Alarm ausgelöst, wenn ein Objekt in einer vertikalen Spalte des Sensors, die parallel zum Gleis ausgerichtet ist und vom gegenüberliegenden Sensor durch eine weiter innen liegende Spalte des Sensors erfasst wird.The invention finds particular application in the monitoring of high speed trains for high speed trains. On the basis of a numbering of the detection channels from outside to inside with, for example, 1 to 6, an alarm is triggered in particular only when, by a corresponding pair of two sensors S1, S2, one of them having at least one PIR, which is numbered parallel to is aligned with a track body, detects an object and, at the same time, on the sensor opposite the track body, the detected object is detected by a further inside PIR, which is provided with a number that is greater than one. Similarly, in the case of the two-dimensional array, the alarm is triggered when an object in a vertical column of the sensor, which is aligned parallel to the track, is detected by the opposite sensor through a more in-column of the sensor.
Im Folgenden werden anhand von begleitenden, schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbei- spiele beschrieben.In the following, exemplary embodiments will be described with reference to accompanying, schematic figures which do not limit the invention.
Figur 1 zeigt einen Gleiskörper 20 mit Sensoren Sl, S2, und einem auf dem Gleiskörper befindlichen Objekt 10,FIG. 1 shows a track body 20 with sensors S 1, S 2, and an object 10 located on the track body,
Figur 2 zeigt eine stark abstrahierte Aufsicht auf einenFIG. 2 shows a highly abstracted view of one
Gleiskörper 20 mit einem Sensor Sl und Sensor S2, Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht des Sensors Sl mit entsprechender Nummerierung der passiven Infrarotdetektoren/PIR (10) .Track body 20 with a sensor Sl and sensor S2, FIG. 3 shows a schematic view of the sensor S1 with a corresponding numbering of the passive infrared detectors / PIR (10).
Zunächst soll die Funktionsweise eines passiven Infrarotde- tektors/PIR beschrieben werden.First, the operation of a passive infrared detector / PIR will be described.
Ein PIR reagiert positiv bzw. schaltet auf EIN/HIGH, falls sich die mittlere Gesamtstrahlungsleistung ändert, welche auf ein PIR-Sensorelement trifft. Aufgrund von einstellbaren Zeitkonstanten kann erreicht werden, dass lediglich die Ereignisse, die einen Intensitätsschwellwert überschreiten und schneller als ein unteres Zeitlimit sind, zu einem Schaltvor- gang führen. Befindet sich ein Objekt über längere Zeit in einem Detektionskanal, so wird die nun aktuelle Strahlungsleistung als Referenz verwendet. Alternativ zur klassischen Funktionsweise eines PIR mit digitalem Signalausgang ist auch eine direkte Weiterleitung der am Infrarotelement detektier- ten Strahlungsleistung in Form eines analogen Spannungswertes an eine Auswerteeinheit möglich, wenn dies vorteilhaft für die Aufbereitung der Rohsignale ist.A PIR responds positively or turns ON / HIGH if the average total radiation power that strikes a PIR sensor element changes. Due to adjustable time constants, it can be achieved that only the events which exceed an intensity threshold and are faster than a lower time limit lead to a switching process. If an object is located in a detection channel for a long time, the radiation power that is now being used is used as a reference. As an alternative to the classical mode of operation of a PIR with a digital signal output, a direct forwarding of the radiant power detected at the infrared element in the form of an analog voltage value to an evaluation unit is also possible, if this is advantageous for the processing of the raw signals.
Der PIR arbeitet bei sehr geringem Energieverbrauch als pas- siver Sensor. Er benötigt keinerlei aktive Beleuchtung oder Tageslicht für die Funktionsweise. Der PIR wird ausschließlich von jedem Körper bzw. der von einem Körper ausgehenden Wärmestrahlung beeinflusst. Dies bedeutet, dass ein PIR auch bei Dunkelheit uneingeschränkt einsetzbar ist.The PIR works as a passive sensor with very low energy consumption. He does not need any active lighting or daylight for the operation. The PIR is influenced exclusively by each body or the heat radiation emanating from a body. This means that a PIR can be used without restrictions even in the dark.
Die entsprechend der Erfindung eingesetzten, zellenförmigen Sensoranordnungen bestehend aus einer Mehrzahl von PIR- Detektoren, werden vorzugsweise entlang der Ausrichtung von Gleiskörpern orientiert. Dies bedeutet, dass sie etwa paar- weise gegenüberliegend an entsprechenden Masten des Gleiskörpers angebracht sind und jeweils in die gleiche Richtung des Gleiskörpers ausgerichtet sind. Der zellenförmige Aufbau ist waagerecht ausgerichtet. Mit Objektiven kann die Infrarotstrahlung vorteilhaft auf ein jeweiliges PIR Sensorelement fokussiert werden, wobei diese Strahlung aus einem definierten Winkelsegment auf das Objek- tiv trifft. Auf diese Art und Weise wird eine horizontale Ortsauflösung erreicht bzw. eine Winkelauflösung. Dadurch, dass beide zellenförmigen Sensoranordnungen in einer definierten Entfernung an jeweils gegenüberliegenden Masten angeordnet sind, wird erreicht, dass nach dem Triangulationsprin- zip eine Tiefenauflösung, d.h. jeweils differenzierte Abstandswerte zwischen den PIR und Objekt berechenbar sind. Dies setzt voraus, dass die Signale von beiden Detektoren logisch miteinander verknüpft werden.The cell-shaped sensor arrangements used according to the invention, consisting of a plurality of PIR detectors, are preferably oriented along the alignment of track bodies. This means that they are mounted approximately in pairs on corresponding masts of the track body and are each aligned in the same direction of the track body. The cellular structure is level. With lenses, the infrared radiation can be advantageously focused on a respective PIR sensor element, said radiation from a defined angle segment hits the lens. In this way, a horizontal spatial resolution is achieved or an angular resolution. The fact that both cell-shaped sensor arrangements are arranged at a defined distance on respectively opposite masts ensures that a depth resolution, ie in each case differentiated distance values between the PIR and the object, can be calculated according to the triangulation principle. This assumes that the signals from both detectors are logically linked together.
Da sich die benachbarten Detektionskanäle mit zunehmendem Abstand vom Sensor aufweiten, würden bei lediglich einem PIR- Detektor je Sensor Objekte in der Ferne detektiert, welche sich außerhalb des Gleiskörpers befinden und eine hohe Infra- rotabstrahlung aufweisen. Deshalb ist es erforderlich, dass jeweils zwei PIR-Anordnungen eingesetzt werden, welche in vorteilhafter Weise miteinander kommunizieren. Dies bedeutet, dass zur Vermeidung von Fehlalarmen erst ein Alarm ausgelöst wird, wenn bei beiden PIR-Anordnungen eine vordefinierte Aus- löse-Sequenz auftritt. Auslösen bedeutet allgemein, dass ein Sensorpixel ein PIR-Element in einer Sensoranordnung auf EIN/HIGH schaltet.Since the adjacent detection channels expand with increasing distance from the sensor, in the case of only one PIR detector per sensor, objects would be detected in the distance, which are located outside the track body and have a high infrared radiation. Therefore, it is required that two PIR devices each be used, which communicate with each other in an advantageous manner. This means that in order to avoid false alarms, an alarm is triggered only when a predefined triggering sequence occurs in both PIR arrangements. Triggering generally means that a sensor pixel turns ON / HIGH a PIR element in a sensor array.
Eine mögliche Variante einer Alarmlogik besteht darin, dass die Sensorpixel eines Zeilensensors bzw. die einzelnen PIR- Elemente durchnummeriert werden, wobei in einem zellenförmigen Sensor Sl, S2 ein PIR Element, welches parallel zu den Gleisen ausgerichtet ist, die Nummer 1 erhält. Unter der Voraussetzung, dass sich zwei Sensoren gegenüberliegend zu einem Gleiskörper befinden, sind sie im Wesentlichen bezüglich ih- rer Detektionszonen symmetrisch ausgebildet. Anders ausgedrückt läuft die Zählung der korrespondierenden einzelnen PIR-Elemente mit zellenförmigem Aufbau jeweils von außen nach innen, wobei der äußere PIR mit der Nummer 1 parallel zu den Gleisen liegt bzw. detektiert. Weitere PIR eines zellenförmigen Sensors detektieren den Gleiskörper und liegen somit innerhalb der jeweils mit 1 nummerierten Sensorelemente der jeweiligen Sensoren Sl oder S2, also im Wesentlichen über dem Gleiskörper. Damit sind die Sensoren Sl, S2 in umgekehrter Reihenfolge durchnummeriert . Ein Alarm wird lediglich dann ausgeführt, wenn einer der beiden Sensoren mit dem äußeren, mit 1 nummerierten Infrarotdetektor/PIR auslöst und gleichzeitig ein Infrarotdetektor/PIR des gegenüberliegenden Sen- sors mit einer höheren Nummerierung ausgelöst wird.A possible variant of an alarm logic is that the sensor pixels of a line sensor or the individual PIR elements are numbered consecutively, wherein in a cell-shaped sensor Sl, S2 a PIR element, which is aligned parallel to the tracks, receives the number 1. Assuming that two sensors are located opposite a track body, they are essentially symmetrical with respect to their detection zones. In other words, the count of the corresponding individual PIR elements with cell-like structure runs in each case from outside to inside, wherein the outer PIR with the number 1 parallel to the tracks are located or detected. Further PIR of a cellular sensor detect the track body and thus lie within each numbered with 1 sensor elements of the respective sensors Sl or S2, ie substantially above the track body. Thus, the sensors Sl, S2 are numbered in reverse order. An alarm is only triggered if one of the two sensors is triggered with the outer, numbered 1 infrared detector / PIR and, at the same time, an infrared detector / PIR of the opposite sensor with a higher numbering is triggered.
Um eine störungsfreie Sensorfunktion zu gewährleisten und beispielsweise einen fahrenden Zug stoppen zu können, sollte eine Datenfusion erfolgen für die eine zusätzliche, zweidi- mensionale Kamera eingesetzt wird, die ein zweidimensionales Bild, beispielsweise in dem fahrenden Zug anzeigt. Hierbei kann aufgrund der bereits vorliegenden dreidimensionalen Sensorinformation aufgrund von triangulatorischen Messungen bereits der Bereich im Kamerabild markiert werden, in dem der Sensoralarm ausgelöst wurde.In order to ensure a trouble-free sensor function and, for example, to be able to stop a moving train, a data fusion should take place for which an additional two-dimensional camera is used which displays a two-dimensional image, for example in the moving train. In this case, due to the already existing three-dimensional sensor information, due to triangulation measurements, the area in the camera image in which the sensor alarm was triggered can already be marked.
Figur 1 zeigt einen Gleiskörper 20 mit zwei darauf aufgebauten Gleisen. Die Strecke ist elektrifiziert und weist jeweils gegenüberliegende Masten 30 auf, die entsprechende Fahrdrähte auf für die entsprechende Stromzufuhr tragen. Entsprechend der Erfindung sind Sensoren Sl und S2 an gegenüberliegenden Positionen relativ zum Gleiskörper, beispielsweise an den Masten 30 positioniert. Diese Sensoren detektieren im Wesentlichen in die gleiche Richtung.FIG. 1 shows a track body 20 with two tracks constructed thereon. The track is electrified and has respective opposite masts 30 which carry corresponding contact wires for the corresponding power supply. According to the invention, sensors S1 and S2 are positioned at opposite positions relative to the track body, for example at the masts 30. These sensors detect substantially in the same direction.
Die Sensoren bestehen aus mehreren zellenförmig aufgebauten, passiven Infrarotelementen/PIR. Die Zeilensensoren sind waagerecht ausgerichtet und spannen einen waagerecht ausgedehnten Fächer mit Detektionskanälen 40, 50 auf.The sensors consist of several cell-shaped, passive infrared elements / PIR. The line sensors are horizontally aligned and span a horizontally extended fan with detection channels 40, 50.
Ein auf dem im Bild rechten Gleis befindliches Objekt 10 ist in diesem Fall eine Kuh. Das Objekt 10 wird vom Sensor S2 zunächst am äußersten Infrarotdetektor/PIR wahrgenommen, wobei dieses auf EIN schaltet. Weiterhin ist das Objekt 10 für den Sensor Sl sichtbar, jedoch nicht in dessen äußerem Infrarotdetektor, welches parallel zu dem entsprechenden Gleis detek- tiert. Im Sensor Sl wird das Objekt 10 beispielsweise in dem Detektionskanal 4 wahrgenommen. Diese zumindest doppelte Erkennung eines Objektes 10 durch den Sensor S2 und durch den Sensor Sl führt zu einer wesentlichen Signalsicherheit.An object 10 on the right-hand track is a cow in this case. The object 10 is first detected by the sensor S2 at the outermost infrared detector / PIR, wherein Turn this ON. Furthermore, the object 10 is visible to the sensor Sl, but not in the outer infrared detector, which detects parallel to the corresponding track. In the sensor Sl, the object 10 is perceived, for example, in the detection channel 4. This at least double detection of an object 10 by the sensor S2 and by the sensor Sl leads to a significant signal security.
Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Gleiskörper 20, der ei- ne Breite B von ca. 15 m aufweist. Dargestellt sind Sensor Sl und Sensor S2, mit einer zum Gleiskörper und damit auch zu den Gleisen symmetrischen Anordnung. Die Sensoren bestehen aus einer Mehrzahl von einzelnen Infrarotdetektoren, welche als passive Infrarot-Detektoren ausgebildet sind. Diese Zei- lensensoren sind jeweils waagerecht ausgerichtet und spannen einen im Wesentlichen waagerecht liegenden Detektions-Fächer auf. Die darin liegenden Detektionskanäle, korrespondierend zu den einzelnen Infrarot-Elementen, lassen eine laterale Ortsauflösung zu. Aus den vorhandenen Symmetriegegebenheiten lassen sich somit über beispielsweise Triangulation Abstandswerte zwischen einem Objekt und den Sensoren ermitteln.Figure 2 shows a plan view of a track body 20, which has a width B of about 15 m. Shown are sensor Sl and sensor S2, with a symmetrical to the track and thus also to the tracks arrangement. The sensors consist of a plurality of individual infrared detectors, which are designed as passive infrared detectors. These line sensors are each horizontally aligned and clamp a substantially horizontal detection fan. The detection channels located therein, corresponding to the individual infrared elements, permit a lateral spatial resolution. From the existing symmetry conditions, distance values between an object and the sensors can thus be determined, for example, by triangulation.
Der normale Mastabstand D beträgt in der Regel 200 Meter.The normal mast spacing D is usually 200 meters.
Figur 3 zeigt eine Darstellung eines zellenförmigen Sensors in der Aufsicht, in diesem Fall mit der Nummerierungsreihen- folge entsprechend dem Sensor Sl in Figur 1. Beim durch den Sensor Sl aufgespannten Fächer ist die Nr 1 parallel zum oberen Gleis in Fig 2 ausgerichtet. Die Detektionskanäle 2 bis 6 schließen sich in Richtung auf den inneren Bereich des Gleiskörpers an. 3 shows an illustration of a cell-shaped sensor in plan view, in this case with the numbering sequence corresponding to the sensor S1 in FIG. 1. In the compartments spanned by the sensor S1, the No. 1 is aligned parallel to the upper track in FIG. The detection channels 2 to 6 close in the direction of the inner region of the track body.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Detektion von Wärmestrahlung emittierenden Objekten (10) auf einem Gleiskörper (20) von Schienenfahrzeu- gen mit1. Arrangement for the detection of heat radiation emitting objects (10) on a track body (20) of rail vehicles with
- durch mehrere passive Infrarotdetektoren/PIR ausgebildete Sensoren (Sl, S2), die zumindest einzeilig dargestellt und im Wesentlichen waagerecht ausgerichtet sind,sensors (S1, S2) formed by a plurality of passive infrared detectors / PIR, which are shown at least one line and are aligned substantially horizontally,
- wobei jeweils zumindest zwei Sensoren relativ zu einem Gleiskörper (20) gegenüberliegend positioniert sind,wherein at least two sensors are positioned opposite one another relative to a track body (20),
- die Erfassungsrichtungen der Sensoren im Wesentlichen parallel zum Gleiskörper, mit jeweils gleicher Orientierung verlaufen , und- The detection directions of the sensors are substantially parallel to the track body, each with the same orientation, and
- wobei Signale zumindest von gegenüberliegenden Sensoren verknüpfbar sind.- Wherein signals can be linked at least by opposing sensors.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (sl,s2) als zweidimensionale Sensoranordnungen ausgebildet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that sensors (sl, s2) are designed as two-dimensional sensor arrays.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend von nebeneinander liegenden Infrarotdetektoren/PIR korrespondierende Detektionskanäle (40, 50) vorhanden sind, deren Querschnitt sich mit zunehmenden Abstand von dem Sensor (Sl, S2) vergrößert.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that according to adjacent infrared detectors / PIR corresponding detection channels (40, 50) are present, whose cross section increases with increasing distance from the sensor (Sl, S2).
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem PIR jeweils ein Objektiv zur Fo- kussierung von Infrarotstrahlung auf den PIR vorhanden ist.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that on a PIR in each case a lens for foc kung of infrared radiation is present on the PIR.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (Sl, S2) an Masten (30) auf dem Gleiskörper (20) angebracht sind.5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensors (Sl, S2) are mounted on poles (30) on the track body (20).
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche zweidimensionale Kamera zur Anzeige einer Objektszene in einem Schienenfahrzeug vorhanden ist. 6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that an additional two-dimensional camera for displaying an object scene in a rail vehicle is present.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoreinheiten mit jeweils paarig angeordneten Sensoren (sl,s2) entlang eines Gleiskörpers hin- tereinander vorhanden sind und eine Verknüpfung von Signalen unterschiedlicher Sensoreinheiten möglich ist.7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality of sensor units with each paired sensors (sl, s2) along a track body behind each other are present and a combination of signals from different sensor units is possible.
8. Verfahren zur Detektion von Wärmestrahlung emittierenden Objekten (10) auf Gleiskörpern (20) von Schienenfahrzeugen mit folgenden Schritten:8. A method for the detection of heat radiation emitting objects (10) on track bodies (20) of rail vehicles with the following steps:
- Erfassung der Objekte (10) mit waagerecht orientierten zumindest einzeilig ausgebildete Sensoren (Sl, S2), bestehend aus einer Mehrzahl von passiven, Infrarotdetektoren/PIR- Detecting the objects (10) with horizontally oriented at least one-line sensors (Sl, S2), consisting of a plurality of passive, infrared detectors / PIR
- Ausrichtung der relativ zum Gleiskörper (20) gegenüberlie- gend angeordneten Sensoren (Sl, S2) derart, dass in einer- Alignment of the relative to the track body (20) arranged opposite sensors (Sl, S2) such that in one
Sensorzeile der äußerste Infrarotdetektoren/PIR parallel zum Gleiskörper detektiert und weitere Infrarotdetektoren/PIR der Sensorzeile einen im Wesentlichen waagerecht liegenden Fächer über dem Gleiskörper aufspannen, wobei sich die Fächer gegenüberliegender Sensoren (Sl, S2) zumindest partiell überschneiden,Sensor line of the outermost infrared detectors / PIR detected parallel to the track body and further infrared detectors / PIR of the sensor line span a substantially horizontal compartments above the track body, wherein the compartments of opposite sensors (Sl, S2) at least partially overlap,
- Auslösung eines Alarms lediglich, wenn ein äußerer Infra- rotdetektor/PIR ein Objekt (10) detektiert und gleichzeitig ein weiter innen liegender Infrarotdetektor/PIR des jeweils anderen Sensors (Sl, S2) das Objekt (10) detektiert.Triggering of an alarm only if an external infrared detector / PIR detects an object (10) and at the same time a further infrared detector / PIR of the respective other sensor (S1, S2) detects the object (10).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (sl,s2) zweidimensional ausgebildet werden, so dass mehrere waagerecht liegende Sensorzeilen übereinander ange- ordnet sind.9. The method according to claim 8, characterized in that sensors (sl, s2) are formed two-dimensional, so that a plurality of horizontal sensor rows are arranged one above the other.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund von symmetrischer Anordnung der Sensoren (Sl, S2) relativ zum Gleiskörper dreidimensionale Daten für eine Objektposition durch Triangulation ermittelt werden. 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that due to symmetrical arrangement of the sensors (Sl, S2) are determined relative to the track body three-dimensional data for an object position by triangulation.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweidimensionales Bild in einem Schienenfahrzeug von der Objektszene angezeigt wird.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that a two-dimensional image is displayed in a rail vehicle of the object scene.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dreidimensionale Daten in der Objektszene zu einer Markierung des Objektes (10) in dem angezeigten Bild verwendet werden.12. The method according to claim 11, characterized in that three-dimensional data in the object scene are used to mark the object (10) in the displayed image.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass mehrere Sensoreinheiten bestehend aus jeweils paarig angeordneten Sensoren (sl,s2) entlang eines Gleiskörpers hintereinander eingesetzt werden, die Sensoreinheiten in unterschiedliche entgegensetzte Richtungen detek- tieren können und eine Verknüpfung von Signalen unterschied- licher Sensoreinheiten vorgenommen wird.13. The method according to any one of claims 8 to 12, character- ized in that a plurality of sensor units consisting of pairs of sensors (sl, s2) along a track body are used in succession, the sensor units can detect in different opposite directions and a link of signals from different sensor units.
14. Verwendung einer Anordnung entsprechend Anspruch 1 bis 7, beziehungsweise eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 13, zur Überwachung einer Hochgeschwindigkeitsstrecke. 14. Use of an arrangement according to claim 1 to 7, or a method according to any one of claims 8 to 13, for monitoring a high-speed line.
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