EP3984856A1

EP3984856A1 - Verfahren zum erkennen der fahrzeuggattung eines schienenfahrzeugs und zur anwendung des verfahrens geeignete vorrichtung

Info

Publication number: EP3984856A1
Application number: EP20202457.6A
Authority: EP
Inventors: Jens Braband
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-04-20
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: AU2021245132B2; EP3984856B1; AU2021245132A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen von Eigenschaften eines Schienenfahrzeugs (FZ), bei dem ein Achszähler (AZ1 ... AZ2) während der Überfahrt des Schienenfahrzeugs (FZ) Messdaten erfasst. Rechnergestützt werden die Messdaten analysiert und dabei Achsabstände des Schienenfahrzeugs (FZ) ermittelt. Rechnergestützt wird anhand der ermittelten Achsabstände eine erste Eigenschaft ermittelt, nämlich, ob es sich bei dem Schienenfahrzeug (FZ) um einen Personenzug oder einen Güterzug handelt. Bei der Ermittlung der ersten Eigenschaft in einem ersten Prüfungsschritt wird überprüft, ob zumindest in einem überwiegenden Teil der Folge der Achsabstände identische oder ähnliche Muster festgestellt werden können. Wenn kein Muster festgestellt werden konnte, wird dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Güterzuges zugeordnet. Wenn ein Muster festgestellt wurde, wird dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Personenzuges zugeordnet und/oder ein weiterer Prüfungsschritt zur Absicherung oder Ausweitung des Prüfungsergebnisses wird durchgeführt. Dieser Prozess kann durch maschinelles Lernen unterstützt werden. Ferner umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften von Schienenfahrzeugen (FZ), ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Eigenschaften eines Schienenfahrzeugs, bei dem

ein Achszähler (im Sinne von mindestens einem Achszähler, möglicherweise auch mehrere Achszähler) während der Überfahrt des Schienenfahrzeugs Messdaten erfasst,
rechnergestützt die Messdaten analysiert und dabei Achsabstände des Schienenfahrzeugs ermittelt werden,
rechnergestützt anhand der ermittelten Achsabstände eine erste Eigenschaft ermittelt wird, nämlich ob es sich bei dem Schienenfahrzeug um einen Personenzug oder einen Güterzug handelt.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften von Schienenfahrzeugen, umfassend

mindestens einen Achszähler zum Erfassen von Messdaten bei Überfahrt der Schienenfahrzeuge,
einen Computer, der eingerichtet ist, die Messdaten zu analysieren und dabei Achsabstände des Schienenfahrzeugs zu ermitteln, sowie
anhand der ermittelten Achsabstände eine erste Eigenschaft zu ermitteln, ob es sich bei dem Schienenfahrzeug um einen Personenzug oder einen Güterzug handelt.

Zuletzt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgestattet ist.
Die klassische Sicherungstechnik im Bahnbetrieb erkennt viele Eigenschaften von Zügen, wie zum Beispiel die Gattung eines Zuges nicht (z. B. Güterzug, Regionalzug, Lok), sondern weiß nur logische Eigenschaften, z. B. Belegung eines Gleisfreimeldeabschnitts. Die Betriebsleittechnik kennt andererseits diese Gattung und ggf. weitere Eigenschaften des Zuges, diese können aber in der Regel nicht für sichere Entscheidungen zugrundegelegt werden, weil sie selbst nicht das erforderliche Sicherheitsniveau aufweisen. Dennoch ist es für den Zugbetrieb in bestimmten Betriebssituationen erforderlich, die Zuggattung mit dem erforderlichen Sicherheitsniveau festzustellen. Dies passiert heute durch eine Mischung technischer und betrieblicher Verfahren, teils mit erheblichem Aufwand.
Zuggattungen, in der Schweiz Zugkategorie genannt, sind Kategorien unterschiedlicher Eisenbahnzüge. Die Einteilung der Züge erfolgt mit Rücksicht auf ihre Benutzung, nach ihrer Bedeutung für den Verkehr und auf Grund ihrer fahrdienstlichen Behandlung. Jeder Zug wird durch die Zuggattung und eine Zugnummer bezeichnet.
Die Bezeichnungen für die Zuggattungen variieren; so gibt es neben den umgangssprachlichen Bezeichnungen auch fachsprachliche Benennungen, und zwar verkehrswissenschaftliche Begriffe, aus der Zeit der Staatsbahnen über Vorschriften entstandene Bezeichnungen sowie Markennamen der Eisenbahnverkehrsunternehmen. Unabhängig davon, welche Zuggattungen verwendet werden, ermöglichen diese jedoch genauere Angaben zu den verkehrenden Zügen zu machen. Diese können beispielsweise in einem Bahnautomatisierungssystem abgespeichert sein und zu Steueraufgaben herangezogen werden.
Dokument EP 2 718 168 B1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Eisenbahnsicherungsanlage mit mindestens einer Streckeneinrichtung unter Berücksichtigung einer beim Einfahren des Schienenfahrzeugs in die Einschaltstrecke der Eisenbahnsicherungsanlage erfassten Geschwindigkeitsmessgröße. Beim Einfahren des Schienenfahrzeugs in die Einschaltstrecke anhand der Geschwindigkeitsmessgröße wird überprüft, ob eine Korrekturzeit für die Weiterleitung einer Meldung von der einen Streckeneinrichtung an eine zugeordnete Eisenbahnsicherungsanordnung entsprechend der Geschwindigkeitsmessgröße einzustellen ist. Danach wird eine eingestellte Korrekturzeit dahingehend überprüft, ob diese in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren fahrzeitbestimmenden Einflussgröße des Schienenfahrzeugs wirksam bleiben soll.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, möglichst ohne zusätzlich zu installieren Sensorik die Gattung des Zuges genügend sicher zu erkennen, damit die erkannte Zuggattung in der Sicherungstechnik des Bahnbetrieb Verwendung finden kann. Zu diesem Zweck soll ein Verfahren und eine zur Anwendung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden. Außerdem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt anzugeben, mit dem das vorgenannte Verfahren durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Verfahren) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Ermittlung der ersten Eigenschaft in einem ersten Prüfungsschritt überprüft wird, ob zumindest in einem überwiegenden Teil der Folge der Achsabstände identische oder ähnliche Muster festgestellt werden können und

wenn kein Muster festgestellt werden konnte, dem Schienenfahrzeug als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Güterzuges zugeordnet wird, oder
wenn ein Muster festgestellt wurde, dem Schienenfahrzeug als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Personenzuges zugeordnet und/oder ein weiterer Prüfungsschritt durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß ist mit anderen Worten vorgesehen, aus den Rohdaten des Achszählers während der Überfahrt die Abstände der Achsen des Zugverbands zu schätzen. Insbesondere Personenzüge wie ICE oder Regionalzüge bestehen aus festen Einheiten, die in der Regel zusammenbleiben, aus denen keine Wagen ausgekuppelt werden. Deswegen gibt es Muster, die durch Koppelung dieser Einheiten mehrfach hintereinander gemessen werden können und die einander ähnlich sind. Personenzüge haben damit sozusagen einen festen "Fingerabdruck", der nur durch Messfehler etc. verändert wird.
Der Vorteil der Nutzung einer Mustererkennung im Zugbetrieb liegt darin begründet, dass Parameter des Zugbetriebs wie beispielsweise Schließzeiten eines Bahnübergangs oder Streckenfreigaben flexibel an die aufgrund der Mustererkennung der ersten Eigenschaft zugeordneten Fahrzeuge angepasst werden kann. Hierdurch ist beispielsweise eine größere Streckenauslastung zu erreichen. Ein anderes Beispiel ist die zuverlässige Erkennung von Gefahrenschwerpunkten, für die Sicherungsmaßnahmen eingeleitet werden können.
Dagegen gibt es bei Güterzügen andere, in der Regel variable und damit nicht ähnliche oder identische Muster, je nachdem welche und wie viele Einheiten zusammengekuppelt werden. Damit lassen die Daten als mehrdimensionale Vektoren darstellen, deren Komponenten die Abstände zwischen den Achsen schätzen, d. h. Achse 1 zu Achse 2 bis hin zu Achse n-1 zu Achse n (bei n Achsen des Zuges, in der Realität bis zu 250) .
Die Begriffe identisch (identical) und ähnlich (similar) sollen in ihrer Bedeutung im Sinne der Mustererkennung begriffen werden. Dies bedeutet, dass ein Vergleich von Mustern dazu führen kann, dass diese als identisch oder ähnlich (oder eben nicht als identisch und nicht ähnlich, also nicht verwandt) bewertet werden. Diese Bewertung erfolgt vorzugsweise rechnergestützt.
Als identisch werden Muster begriffen, wenn alle Prüfkriterien beim Mustervergleich zu dem Ergebnis führen, dass eine Übereinstimmung der Prüfkriterien vorliegt. Da die Prüfkriterien auf Messwerten beruhen, kann hierbei ein Toleranzintervall für die Messung festgelegt werden, innerhalb dessen das Prüfkriterium liegen kann, um als identisch begriffen zu werden.
Als ähnlich werden Muster begriffen, wenn eine Auswertung der Prüfkriterien ergibt, dass diese zumindest größtenteils einander entsprechen. Hierbei ist anzumerken, dass Ähnlichkeit somit auch vorliegt, wenn die Muster identisch sind.
Wann die Frage bejaht werden kann, dass die Kriterien zumindest größtenteils einander entsprechen, muss für die Durchführung der Mustererkennung festgelegt werden. Allgemein gilt hierbei für die Erkennung der genannten ersten Eigenschaft (Güterzug oder Personenzug) folgender Zusammenhang. Je strenger die Kriterien für die Erkennung von Ähnlichkeit sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die erkannten ähnlichen Muster tatsächlich immer zu Erkennung von Personen zugeführt. Allerdings steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass Personenzüge nicht erkannt werden. Je weniger streng die Kriterien für die Erkennung von Ähnlichkeit sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass alle Personenzüge erkannt werden. Allerdings steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass Güterzüge versehentlich als Personenzug erkannt werden.
Unabhängig von der Strenge der Kriterien funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren im technischen Sinne. Im Betrieb ist allerdings zu ermitteln, wo hinsichtlich der Strenge der Kriterien in Bezug auf einen sicheren Betrieb ein Optimum liegt (zur Festlegung der Kriterien im Folgenden noch mehr).
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Tatsache, dass keine zumindest ähnlichen Muster erkannt werden, zu der Bewertung der ersten Eigenschaft dahingehend führt, dass die Eigenschaft als Güterzug angenommen wird. Es ist zu bemerken, dass hinsichtlich des Zugbetriebs Güterzüge kritischer zu bewerten sind. Beispielsweise dürfte eine Tunnelbegegnung zwischen zwei Personenzügen, deren äußere Abmessungen zuverlässig bestimmbar sind, zugelassen werden, nicht jedoch die Tunnelbegegnung zweier Güterzüge oder eines Güterzuges mit einem Personenzug. Ein anderes Beispiel sind Bahnübergänge. Ein Güterzug wird aufgrund seiner langsamen Geschwindigkeit längeren Schließzeiten des Bahnübergangs benötigen als es für einen Personenzug erforderlich wäre.
Daraus kann abgeleitet werden, dass das Verfahren so eingestellt werden muss, dass im Zweifelsfalle die Eigenschaft als Güterzug angenehm werden sollte. Für das Mustererkennungsverfahren bedeutet dies, dass der Zugbetrieb mit einem hohen Sicherheitsstandard (beispielsweise SEL vier) erfolgen kann, wenn die Kriterien streng ausgelegt werden. D. h., dass in keinem Fall ein Güterzug als Personenzug erkannt werden darf. Andererseits ist es weniger kritisch, wenn ein Personenzug anhand seiner charakteristischen Muster nicht erkannt wird, da dessen Behandlung als Güterzug im Zugbetrieb weniger im Allgemeinen unkritisch ist.
Ein überwiegender Teil der Folge der Achsabstände liegt vor, wenn für mehr als 50 % der Achsabstände das sich wiederholende Muster festgestellt werden kann. Bevorzugt kann auch definiert werden, dass die Grenze, bei der von einem überwiegenden Teil ausgegangen werden soll, bei mehr als 60 % liegt, besonders bevorzugt bei mehr als 70 %, 80 % oder 90 %.
Unter "rechnergestützt" oder "computerimplementiert" kann im Zusammenhang mit der Erfindung eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem mindesten ein Computer oder Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.
Der Ausdruck "Rechner" oder "Computer" deckt alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften ab. Computer können beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.
Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise einen Wandler einen Sensor zur Erzeugung von Messsignalen oder eine elektronische Schaltung, verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden.
Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder Datenspeichers (Festplatte oder Datenträger) verstanden werden.
Als "Schnittstellen" können hardwaretechnisch, beispielsweise kabelgebunden oder als Funkverbindung, und/oder softwaretechnisch, beispielweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen oder Programmteilen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.
Als "Cloud" soll eine Umgebung für ein "Cloud-Computing" (deutsch Rechnerwolke oder Datenwolke) verstanden werden. Gemeint ist eine IT-Infrastruktur, welche über Schnittstellen eines Netzwerks wie das Internet verfügbar gemacht wird. Sie beinhaltet in der Regel Speicherplatz, Rechenleistung oder Software als Dienstleistung, ohne dass diese auf dem die Cloud nutzenden lokalen Computer installiert sein müssen. Die im Rahmen des Cloud-Computings angebotenen Dienstleistungen umfassen das gesamte Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur, Plattformen und Software.
Als "Programmmodule" sollen einzelne Funktionseinheiten verstanden werden, die den erfindungsgemäßen Programmablauf ermöglichen. Diese Funktionseinheiten können in einem einzigen Computerprogramm oder in mehreren miteinander kommunizierenden Computerprogrammen verwirklicht sein. Die hierbei realisierten Schnittstellen können softwaretechnisch innerhalb eines einzigen Prozessors umgesetzt sein oder hardwaretechnisch, wenn mehrere Prozessoren zum Einsatz kommen.
Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "erstellen", "feststellen", "berechnen", "generieren", "konfigurieren", "modifizieren" und dergleichen vorzugsweise auf Prozesse, die Daten erzeugen und/oder verändern und/oder die Daten in andere Daten überführen. Dabei liegen die Daten insbesondere als physikalische Größen vor, beispielsweise als elektrische Impulse oder auch als Messwerte. Die erforderlichen Anweisungen Programmbefehle sind in einem Computerprogramm als Software zusammengefasst. Weiterhin beziehen sich die Begriffe "senden", "empfangen", "einlesen", "auslesen", "übertragen" und dergleichen auf das Zusammenspiel einzelner Hardwarekomponenten und/oder Softwarekomponenten über Schnittstellen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem ersten Prüfungsschritt in der Folge der Achsabstände eine Anzahl von Achsabständen am Anfang der Folge und/oder eine Anzahl von Achsabständen am Ende der Folge unberücksichtigt bleiben.
Durch Nichtberücksichtigung einer Anzahl von Achsabständen am Anfang oder am Ende der Folge von Achsabständen kann vorteilhaft erreicht werden, dass Lokomotiven oder Triebköpfe, die beispielsweise bei Personenzügen den Anfang oder das Ende des Zuges bilden, nicht auf das Vorliegen von Mustern in der Folge von Achsabständen überprüft werden. Sowohl die Lokomotiven wie häufig auch die Triebköpfe weisen nämlich andere Achsabstände auf (die somit auch durch andere Muster charakterisiert sind), als die Fahrzeuge in der Mitte des Zuges, die bei einem Personenzug in der Regel identisch sind und daher ähnliche oder identische Muster bilden. Der erste Prüfungsschritt kann daher vorteilhaft schneller und zuverlässiger durchgeführt werden, wenn er sich insbesondere auf den Mittelteil des Zuges beschränkt.
Wie viele Achsen nicht berücksichtigt werden sollen, hängt von dem zu überwachenden Zugbetrieb ab. Sind die zum Einsatz kommenden Zugmaschinen bekannt, entspricht die Folge der nicht zu berücksichtigenden Achsabstände denjenigen der zum Einsatz kommenden Lokomotiven oder Triebköpfe. Allerdings kann auch bei unbekannten Lokomotiven und Triebköpfen ein pauschaler Wert angenommen werden. Dieser kann beispielsweise bei vier, sechs oder acht Achsen liegen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem oder einem weiteren Prüfungsschritt der Betrag der Achsabstände ermittelt wird, wobei dem Schienenfahrzeug als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Personenzuges nur dann zugeordnet wird, wenn der Betrag des größten im Muster vorkommenden Achsabstandes einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
Welcher Grenzwert zuverlässig auf Personenzüge schließen lässt, hängt nicht zuletzt auch von den Besonderheiten des jeweiligen Zugbetriebs ab, welcher überwacht werden soll. Dieser Grenzwert kann somit streckenabhängig bestimmt werden, wenn bekannt ist, welche Personenzüge auf der betreffenden Strecke verkehren. Wichtig dabei ist, dass der jeweils längste auftretende Achsabstand der betreffenden Zugwagen berücksichtigt wird. Allerdings muss für den Fall, dass Zugwagen mit unterschiedlichen längsten Achsabständen zum Einsatz kommen, der kürzeste der jeweils längsten Abstände der unterschiedlichen auf der Strecke verkehrenden Zugwagen von Personenzügen als Grenzwert berücksichtigt wird.
Dieser Grenzwert kann gemäß einer besonders vorteilhaften Alternative der Erfindung noch eine Differenz zu typischen Achsabständen von Güterwagen aufweisen, damit der Achsabstand als besonders zuverlässiges Kriterium zur Unterscheidung von Güterwagen herangezogen werden kann. Da der Achsabstand als zusätzliches Kriterium zu den zu erkennenden Mustern (also ergänzend) verwendet wird, ist die Einhaltung dieser Differenz allerdings nicht obligatorisch.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem oder einem weiteren Prüfungsschritt die ermittelten Muster der Achsabstände mit Referenzmustern von Achsabständen verglichen werden und im Falle einer erkannten Übereinstimmung des Musters mit einem Referenzmuster dem Schienenfahrzeug eine mit dem Referenzmuster verknüpfte Zuggattung als eine zweite Eigenschaft zugeordnet wird.
Die Referenzmuster können beispielsweise in einer Speichereinrichtung abgelegt sein. Ein Server kann die Referenzmuster zur Verfügung stellen, damit ein Vergleich mit den ermittelten Mustern ermöglicht wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Referenzmuster in einer Speichereinrichtung abgelegt sind, die einen Bestandteil des Achszählers bildet. So entsteht die Möglichkeit, die Achszähler mit einer gewissen Intelligenz, mit anderen Worten als autark oder teilweise autark agierende Einheiten technisch zu modifizieren.
Der Vorteil darin, dass Referenzmuster in einer Speichereinrichtung abgelegt sind, liegt darin, dass diese jederzeit zur Verfügung stehen und bei Bedarf ohne Zeitverzögerung abgerufen werden können. Die Speichereinrichtungen können die verschiedenen Referenzmuster auch streckenspezifisch abspeichern, sodass bestimmten Achszählern an bestimmten Streckenabschnitten auch nur bestimmte Referenzmuster zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit dem Achszähler weitere Eigenschaften des Schienenfahrzeugs, insbesondere die Fahrtrichtung des Zuges und/oder die Geschwindigkeit des Zuges bei Überfahrt einer Achse und/oder die durchschnittliche Geschwindigkeit bei der Überfahrt und/oder die Beschleunigung bei der Überfahrt und/oder der Raddurchmesser ermittelt werden.
Neben der Erfassung der Achszahl ist der Achszähler wegen der üblichen Ausführung als Doppelsensorsystem auch grundsätzlich geeignet, weitere Daten wie die oben genannten zu ermitteln. Außerdem ist es relativ einfach möglich den Achszähler durch einfache Sensoren zu ergänzen, die z. B. die Achslast bei der Überfahrt.
Beispielhaft können folgende Messprinzipien verwendet werden.

Fahrtrichtung des Zuges: durch Vergleich der Beeinflussung bei Doppelsensoren (z.B. durch Auswertung des Zeitversatzes bei der Signalgenerierung)
Geschwindigkeit des Zuges bei Überfahrt einer Achse: aus dem Abstand der Doppelsensoren z. B. durch Auswertung des Zeitversatzes bei der Signalgenerierung oder dem zeitlichen Abstand des Passierens der geschätzten Radmittelpunkte bei bekannten Achsabständen.
durchschnittliche Geschwindigkeit bei der Überfahrt und/oder die Beschleunigung bei der Überfahrt: aus der Mittelung über verschiedene Räder bzw. numerische Ableitung der Geschwindigkeit
Raddurchmesser: aus der zeitlichen Dauer einer Beeinflussung des Achszählers

Aus einem so ermittelten Parametersatz wird vorteilhat ein für den Anwendungsfall geeigneter Parametersatz ausgewählt. Z. B. kann man den Raddurchmesser weglassen, wenn er für alle Züge auf der Strecke mehr oder weniger gleich ist. Für die in Frage kommenden Parameter werden jetzt ortsspezifische, repräsentative Daten erhoben bzw. gemessen und klassifiziert, z. B. Personenzug, Güterzug. Es handelt sich um eine endliche Zahl von ganzzahligen oder reell wertigen Messwerten, z. B. könnten dies die Geschwindigkeit und die Achszahl sein, um hier ein anschauliches zweidimensionales Beispiel zu geben. D. h. prinzipiell erhält man eine Klassifikationsaufgabe, wie im Folgenden zu Figur 5 beschrieben.
Insgesamt macht die Erhebung von weiteren Parametern zusätzlich zu den zu vergleichenden Mustern die Erkennung von Eigenschaften von Fahrzeugen robuster gegenüber Fehlern. Vorteilhaft kann bei der Zugerkennung ein höherer Grad für die Zuverlässigkeit erreicht werden, so dass der Zugverkehr effektiver gesteuert werden kann. Welche Parameter bei einer vorliegenden Steuerungsaufgabe für den Zugverkehr zu berücksichtigen sind, hängt dann von den Gegebenheiten des Einzelfalles ab. Sie sind bei der Konzipierung des Steuerungsverfahrens in geeigneter Weise auszuwählen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kriterien für den ersten Prüfungsschritt und/oder die weiteren Prüfungsschritte mit einem Verfahren des maschinellen Lernens ausgewertet werden.
Das maschinelle Lernen ermöglicht vorteilhaft eine Optimierung der ablaufenden Prozesse, d. h. der zuverlässigen Erkennung der Zugeigenschaften, insbesondere Zuggattungen, während des Betriebs. Hierdurch kann sich das System auch automatisch an sich verändernde Betriebsbedingungen anpassen. Beispielsweise können zusätzliche Muster erstellt werden, wenn auf einem bestimmten Streckenabschnitt ein neuer Typ von Personenzügen eingesetzt wird. Anwendbar sind zu diesem Zweck z. B. neuronale Netze oder auch andere Einrichtungen mit künstlicher Intelligenz.
Unter künstlicher Intelligenz (im Folgenden auch mit KI abgekürzt) ist im Rahmen dieser Erfindung im engeren Sinne das rechnergestützte maschinelle Lernen (Machine Learning, im Folgenden auch mit ML abgekürzt) zu verstehen. Es geht dabei um das statistische Lernen der Parametrisierung von Algorithmen, vorzugsweise für komplexe Anwendungsfälle. Mittels ML erkennt und erlernt das System anhand von zuvor eingegebenen Lerndaten Muster und Gesetzmäßigkeiten bei den erfassten Prozessdaten. Mithilfe geeigneter Algorithmen können durch ML eigenständig Lösungen zu aufkommenden Problemstellungen gefunden werden. ML gliedert sich in drei Felder - überwachtes Lernen, unüberwachtes Lernen und bestärkendes Lernen (Reinforcement Learning), mit spezifischeren Anwendungen, zum Beispiel Regression und Klassifikation, Strukturerkennung und -vorhersage, Datengenerierung (Sampling) oder autonomes Handeln.
Beim überwachten Lernen wird das System durch den Zusammenhang von Eingabe und zugehöriger Ausgabe bekannter Daten trainiert und erlernt auf diese Weise approximativ funktionale Zusammenhänge. Dabei kommt es auf die Verfügbarkeit geeigneter und ausreichender Daten an, denn wenn das System mit ungeeigneten (z.B. nicht-repräsentativen) Daten trainiert wird, so lernt es fehlerhafte funktionale Zusammenhänge. Beim unüberwachten Lernen wird das System ebenfalls mit Beispieldaten trainiert, jedoch nur mit Eingabedaten und ohne Zusammenhang zu einer bekannten Ausgabe. Es lernt, wie Datengruppen zu bilden und zu erweitern sind, was typisch für den Anwendungsfall ist und wo Abweichungen bzw. Anomalien auftreten. Dadurch lassen sich Anwendungsfälle beschreiben und Fehlerzustände entdecken. Beim bestärkenden Lernen lernt das System durch Versuch und Irrtum, indem es zu gegebenen Problemstellungen Lösungen vorschlägt und über eine Feedbackfunktion eine positive oder negative Bewertung zu diesem Vorschlag erhält. Je nach Belohnungsmechanismus erlernt das KI-System, entsprechende Funktionen auszuführen.
Das maschinelle Lernen kann beispielsweise durch künstliche neuronale Netze (im Folgenden für artificial neural network, kurz ANN genannt) durchgeführt werden. Künstliche neuronale Netze basieren meist auf der Vernetzung vieler Neuronen, beispielsweise McCulloch-Pitts-Neuronen oder leichter Abwandlungen davon. Grundsätzlich können auch andere künstliche Neuronen Anwendung in ANN finden, z. B. das High-Order-Neuron. Die Topologie eines Netzes (die Zuordnung von Verbindungen zu Knoten) muss abhängig von seiner Aufgabe bestimmt werden. Nach der Konstruktion eines Netzes folgt die Trainingsphase, in der das Netz "lernt". Dabei kann ein Netz beispielsweise durch folgende Methoden lernen:

Entwicklung neuer Verbindungen
Löschen existierender Verbindungen
Ändern der Gewichtung (der Gewichte von Neuron j zu Neuron i)
Anpassen der Schwellenwerte der Neuronen, sofern diese Schwellwerte besitzen
Hinzufügen oder Löschen von Neuronen
Modifikation von Aktivierungs-, Propagierungs- oder Ausgabefunktion

Außerdem verändert sich das Lernverhalten bei Veränderung der Aktivierungsfunktion der Neuronen oder der Lernrate des Netzes. Praktisch gesehen lernt ein ANN hauptsächlich durch Modifikation der Gewichte der Neuronen. Eine Anpassung des Schwellwertes kann hierbei durch ein on-Neuron miterledigt werden. Dadurch sind ANN in der Lage, komplizierte nichtlineare Funktionen über einen Lernalgorithmus, der durch iterative oder rekursive Vorgehensweise aus vorhandenen Ein- und gewünschten Ausgangswerten alle Parameter der Funktion zu bestimmen versucht, zu erlernen. ANN sind dabei eine Realisierung des konnektionistischen Paradigmas, da die Funktion aus vielen einfachen gleichartigen Teilen besteht. Erst in ihrer Summe wird das Verhalten komplex.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus den Messdaten einer Vielzahl von Messungen Wahrscheinlichkeitsdichten für die Eigenschaften ermittelt werden.
Die Kenntnis der Wahrscheinlichkeitsdichten ermöglicht es, Klassifikationsgrenzen für die Zuordnung der Eigenschaften zu definieren. Dabei ist das Verfahren vorteilhaft hinsichtlich der Klassifikationsgrenzen sehr robust, denn bei den erfindungsgemäßen, vergleichsweise niedrigdimensionalen Problemen kann man aus den Daten die Wahrscheinlichkeitsdichten für die beiden Klassen schätzen (z. B. mit Dichteschätzung der Messergebnisse) und damit auch die Fehlerwahrscheinlichkeiten für eine inkorrekte Klassifikation ermitteln.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren angewendet wird, um die Eigenschaften des Schienenfahrzeugs zu ermitteln, während dieses sich einer Gefahrenstelle auf der für dieses vorgesehen Strecke nähert.
Eine Gefahrenstelle könnte eine Stelle auf der Strecke sein, in dem entweder das Schienenfahrzeug potenziell gefährdet ist (beispielsweise eine enge Kurve, Brücke, Tunnel) oder auch eine Stelle, bei der das Schienenfahrzeug potenziell andere gefährdet (beispielsweise eine Streckenbaustelle oder einen Bahnübergang).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vorteilhaft auch punktuell angewendet werden, um Gefahrenstellen zu entschärfen. Mit anderen Worten kann der Zugverkehr an Gefahrenstellen zuverlässiger erfolgen bei gleichzeitiger Wahrung einer höheren Flexibilität. Insbesondere können die Züge an einer Gefahrenstelle abhängig von ihren Eigenschaften mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeleitet werden. D. h., dass Personenzüge beispielsweise mit einer höheren Geschwindigkeit die Gefahrenstelle passieren können als Güterzüge. Dies ermöglicht eine reibungslosere Abwicklung des Personenzugverkehrs. Die Fahrgäste kommen auf diese Weise früher ans Ziel.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren für sich einem Bahnübergang nähernde Schienenfahrzeuge angewendet wird, wobei die Schließzeit des Bahnübergangs, wenn Eigenschaften des sich nähernden Schienenfahrzeugs ermittelt wurden, in Abhängigkeit des ermittelten Schienenfahrzeugs gewählt werden.
Der große Vorteil bei der Anwendung des Verfahrens bei Bahnübergängen als Gefahrenstellen liegt darin, dass sich Schließzeiten des Bahnübergangs vorteilhaft individuell in Abhängigkeit von den Eigenschaften des sich nähernden Zuges eingestellt werden können. Zumindest, wenn die Eigenschaften des Zuges zuverlässig erkannt werden konnten, lässt sich in vielen Fällen die Schließzeit verkürzen, ohne dass dies zu geringeren Sicherheitsstandards beim Betrieb des Bahnübergangs kommen würde. Profitieren tut der querende Verkehr, der in vielen Fällen weniger lang an dem Bahnübergang zu warten hat.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine Bestimmung der Schließzeit ein Datenpool genutzt wird, in der Schließzeiten mit den ermittelbaren Eigenschaften der Schienenfahrzeuge, insbesondere Zuggattungen, verknüpft sind.
Der Datenpool kann deterministisch bestimmt werden und/oder mithilfe der oben bereits erläuterten Methoden des maschinellen Lernens während des Betriebes erstellt und/oder weiterentwickelt werden. Sobald die Daten im Datenpool vorliegen, kann deren Verwendung vorteilhaft mit kurzen Zugriffszeiten erfolgen. Während des Betriebs können die Daten im Datenpool weiter optimiert werden, so dass der Zugbetrieb zunehmend rationalisiert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den Fall, dass die Eigenschaft des Schienenfahrzeugs nicht ermittelt werden konnte, eine Standardschließzeit für den Bahnübergang ausgewählt wird.
Als Standardschließzeit für den Bahnübergang soll erfindungsgemäß diejenige Schließzeit verstanden werden, die unabhängig von den Eigenschaften der auf der Strecke verkehrenden Züge eine Gefährdung des querenden Fahrzeug- und Personenverkehrs zuverlässig verhindern kann. Kritisch hierfür sind die langsam fahrenden Güterzüge, die vom Auslösepunkt der Gleissicherungsanlage bis zum Bahnübergang am längsten brauchen und damit die längste Schließzeit benötigen. Diese kann somit als Standardschließzeit definiert werden.
Der Vorteil bei der genannten Verwendung der Standardschließzeit liegt darin, dass einerseits ein ausnahmslos sicherer Betrieb des Bahnübergangs sichergestellt werden kann und andererseits eine flexible Anpassung der Schließzeiten erfolgen kann, wenn die Eigenschaften des herannahenden Zuges mit hinreichender Zuverlässigkeit bestimmt werden konnte.
Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Vorrichtung) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass der Computer dazu eingerichtet ist, bei der Ermittlung der ersten Eigenschaft in einem ersten Prüfungsschritt zu überprüfen, ob zumindest in einem überwiegenden Teil der Folge der ermittelten Achsabstände ein sich wiederholendes Muster festgestellt werden kann und

wenn kein Muster festgestellt werden konnte, dem Schienenfahrzeug als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Güterzuges zuzuordnen, oder
wenn ein Muster festgestellt wurde, dem Schienenfahrzeug die erste Eigenschaft eines Personenzuges zuzuordnen und/oder einen weiteren Prüfungsschritt durchzuführen.

Mit der Vorrichtung lassen sich die Vorteile erreichen, die im Zusammenhang mit dem obenstehend näher beschriebenen Verfahren bereits erläutert wurden. Das zum erfindungsgemäßen Verfahren Aufgeführte gilt entsprechend auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispielen beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind.
Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts beansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Speichereinheit, die das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes, beispielsweise cloudbasiertes Computersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogrammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.
Die Bereitstellung erfolgt in Form eines Programmdatenblocks als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfolgen, der aus mehreren Teilen besteht. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in ein System eingelesen, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Komponenten auch durch mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen der Erfindung kombinierbar.
Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsbemäßen Vorrichtung mit ihren Wirkzusammenhängen schematisch,
Figur 2 und 3 schematisch teils identische bzw. ähnliche Muster von Achsabständen für einen Personenzug und einen Güterzug,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm, wobei die Funktionseinheiten und Schnittstellen gemäß Figur 1 beispielhaft angedeutet sind,
Figur 5 symbolhaft für zwei Normalverteilungen für ermittelte Messdaten, aber im Prinzip funktioniert das für alle Verteilungen.

In Figur 1 ist eine Gleisanlage mit einem Gleis GL, einer Leitzentrale LZ und ein Stellwerk SW dargestellt. Auf dem Gleis GL fährt ein Fahrzeug FZ in Form eines Zuges auf einen Bahnübergang BU zu. Am Gleis GL sind ein erster Achszähler AZ1 und ein zweiter Achszähler AZ2 installiert, die in an sich bekannter Weise dazu eingerichtet sind, die Achsen des Fahrzeugs FZ zu zählen.
Der Achszähler AZ1 ist über eine erste Schnittstelle S1 sowie der zweite Achszähler AZ2 über eine zweite Schnittstelle S2 mit dem Stellwerk SW, genau genommen mit einem in diesem Stellwerk vorhandenen Computer CP, verbunden. Außerdem weist der Computer CP eine dritte Schnittstelle S3 für den Bahnübergang BU auf. Außerdem ist der Computer CP über eine sechste Schnittstelle S6 mit einer Speichereinheit SE verbunden.
Das Stellwerk SW weist eine erste Antennenanlage A1, die Leitzentrale LZ eine zweite Antennenanlage A2 und das Fahrzeug FZ eine dritte Antennenanlage A3 auf. Hierdurch ist sowohl die Kommunikation des Stellwerks SW über eine vierte Schnittstelle S4 mit der Leitzentrale LZ als auch die Kommunikation des Fahrzeugs FZ über eine fünfte Schnittstelle S5 mit der Leitzentrale LZ möglich. Bei der vierten Schnittstelle S4 und der fünften Schnittstelle S5 handelt es sich insofern um Funkschnittstellen. Die erste Schnittstelle S1, die zweite Schnittstelle S2 sowie die dritte Schnittstelle S3 können sowohl kabelgebunden als auch Funkschnittstellen darstellen, wobei für den letzten Fall die Antennentechnik, die zur Ausbildung von Funkschnittstellen erforderlich wäre, nicht dargestellt ist.
Bewegt sich das Fahrzeug FZ auf dem Gleis GL auf den Bahnübergang BU zu, passieren die Achsen des Fahrzeugs FZ zunächst den zweiten Achszähler AZ2 und anschließend den ersten Achszähler AZ1. Die aufgenommenen Messwerte können über die erste Schnittstelle S1 und die zweite Schnittstelle S2 an den Computer CP übertragen werden, wobei der Computer CP zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Dabei kann der Computer CP auch die Ansteuerung des Bahnübergangs BU direkt übernehmen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Computer CP über die dritte Schnittstelle S3 mit einem weiteren Computer (in Figur 1 nicht dargestellt) verbunden ist, der über eine weitere Schnittstelle zur Ansteuerung des Bahnübergangs BU verwendet wird.
In Figur 2 ist ein auf dem Gleis GL als Fahrzeug FZ gemäß Figur 1 fahrender Personenzug PZ dargestellt. Dieser Personenzug PZ besteht aus einer Lokomotive LK, mehreren Personenwagen PW und einem Triebkopf TK an dem der Lokomotive LK gegenüberliegenden Ende des Personenzuges PZ.
Weiterhin sind schematisch die Achsabstände zwischen den einzelnen Achsen (angedeutet durch Räder) dargestellt. Es zeigt sich, dass in dem Personenzug PZ verschiedene Achsabstände mehrfach vorkommen, sodass die Folge der Achsabstände auf das Vorliegen von Mustern hin untersucht werden kann. Die Achsabstände sind mit den Großbuchstaben A bis G gekennzeichnet. Die Folge der Achsabstände besteht aus FFEFFGABACABACABACADA.
Lässt man die Lokomotive LK und den Triebkopf TK außer Acht, da diese sich hinsichtlich ihrer Achsabstände von den Personenwagen PW unterscheiden, so ergibt sich für die aufeinanderfolgenden Personenwagen, die baugleich sind, eine Folge von Achsabständen, die sich immer wiederholt. Diese bilden insofern ein Muster MT, welches für den auf die Lokomotive LK folgenden Personenwagen PW mit einer geschweiften Klammer gekennzeichnet ist. Die Abfolge der Achsabstände in dem in Figur 2 dargestellten Muster MT ist ABAC. Diese Folge von Achsabständen ergibt sich auch für die beiden nachfolgenden Personenwagen.
Anders verhält es sich in dem in Figur 3 dargestellten Güterzug GZ auf dem Gleis GL, der aus einer Lokomotive LK sowie einem ersten Güterwagen GW1, einem zweiten Güterwagen GW2 und einem dritten Güterwagen GW3 besteht. Diese weisen unterschiedliche Längen und Achszahlen auf, sodass sich mehrere unterschiedliche Achsabstände ergeben, die mit den Großbuchstaben A bis H versehen sind. In Figur 3 wird deutlich, dass sich in der dargestellten Folge ABACDEDFGFH keinerlei wiederholende Muster entdecken lassen, was den Rückschluss auf einen Güterzug erlaubt.
In Figur 4 ist dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann. Zunächst wird dieses in einem ersten Schritt START gestartet. Es folgt ein Messschritt MS durch die betreffende Achszähler AZ1, AZ2 (vgl. Figur 1). Diesem Messschritt folgt ein erster Prüfschritt PS1, bei dem die Folge der Achsabstände (wie zu Figur 2 und Figur 3 beschrieben) ermittelt und überprüft werden kann. Dabei gelingt es entweder, Muster MT in der Folge der Achsabstände zu erkennen oder eben nicht. In einem folgenden Abfrageschritt GZ,PZ? wird geprüft, ob aufgrund der Abfolge von Achsabständen (durch Auffinden von Mustern) auf einen Güterzug GZ oder einen Personenzug geschlossen werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, wird für den Bahnübergang BU eine Standardschließzeit SZS an die Speichereinrichtung SE ausgegeben. In der Speichereinrichtung ist hierfür ein gesonderter Speicherbereich reserviert, auf den eine Steuerung (Beispielsweise der Computer CP oder ein in den Figuren 1 bis 3 nicht näher dargestellter weiterer Computer) des Bahnübergangs zugreifen kann, um die aktuell abgespeicherte Schließzeit abzurufen.
Konnte die erste Eigenschaft, also die Frage, ob es sich um einen Güterzug GZ oder einen Personenzug PZ handelt, bestimmt werden, folgt im Computer CP ein weiterer Abfrageschritt GZ?, ob es sich um einen Güterzug GZ handelt. Ist dies der Fall, wird an die Speichereinheit SE eine erste berechnete Schließzeit SZ1 übergeben (ersetzt vorher abgespeicherte Schließzeit) . Sollte es sich nicht um einen Güterzug handeln oder kein eindeutiges Ergebnis vorliegen, so wird in dem Computer CP ein zweiter Prüfungsschritt PS2 durchgeführt.
Der zweite Prüfschritt PS2 dient der Ermittlung der Beträge der Achsabstände. In einem nachfolgenden Prüf schritt |A|<GW kann daher gefragt werden, ob die ermittelten Beträge der Achsabstände kleiner eines für Güterwagen GW typischen Grenzwerts sind. Ist dies der Fall, handelt es sich um einen Güterzug GZ, sodass an die Speichereinheit SE die erste Schließzeit SZ übergeben werden kann (ersetzt vorher abgespeicherte Schließzeit). Ist dies nicht der Fall, wird im Computer CP ein dritte Prüfschritt PS3 angestoßen.
Im dritten Prüfschritt PS3 werden aus der Speichereinheit SE Referenzmuster RMT geladen. Die Achsabstände bzw. deren Beträge werden nun mit den Referenzmustern verglichen, wobei in einem Prüfungsschritt MT=RMT geprüft werden kann, ob die ermittelten Muster MT einem Referenzmuster RMT entsprechen. Wenn dies nicht der Fall ist, wird eine zweite Schließzeit SZ2 an die Speichereinheit SE übergeben (ersetzt vorher abgespeicherte Schließzeit), die als standardisierte Schließzeit für Personenzüge PZ verstanden werden kann. Sollte allerdings ein Muster MT erkannt worden sein, so kann eine dritte Schließzeit SZ3 an die Speichereinheit SE übergeben werden (ersetzt vorher abgespeicherte Schließzeit), die individuell zu dem Referenzmuster RMT passt. Diese individuelle dritte Schließzeit SZ3 kann beispielsweise mit den Referenzmustern RMT in der Speichereinheit bereits abgelegt gewesen sein, sodass deren Übergabe an den o. g. gesonderten Speicherbereich der Speichereinheit SE auf Grundlage der bereits in der Speichereinheit SE verfügbaren Daten erfolgt.
Sollte der Abfrageschritt MT=RMT negativ ausfallen, kann das ermittelte Muster MT auch über die Schnittstelle S4 an die Leitzentrale LZ übergeben werden. Gleichzeitig können auch Fahrdaten FD aus dem Fahrzeug FZ über die fünfte Schnittstelle S5 an die Leitzentrale LZ übergeben werden. Anhand der in der Leitzentrale LZ vorliegenden Daten kann dann in einem Modifikationsschritt MOD eine neue, auf den ermittelten Zugtyp angepasste vierte Schließzeit SZ4 ermittelt werden, und über einen Ausgabeschritt OUT an die Speichereinheit SE übertragen werden. Diese vierte Schließzeit SZ4 kann dann als individuelle Schließzeit für den Bahnübergang BU verwendet werden (ersetzt vorher abgespeicherte Schließzeit). Gleichzeitig kann eine Ausgabe in die Speichereinheit SE dahingehend erfolgen, dass die vierte Schließzeit SZ4 zusammen mit dem neu ermittelten Referenzmuster RMT, welches zu dem gerade analysierten Fahrzeug FZ gehört, in der Speichereinheit SE als Ergänzung in die Datenbank geschrieben wird.
In der Speichereinheit SE liegt im gesonderten Speicherbereich jetzt eine Schließzeit für den Bahnübergang BU vor. Je nach Ablauf des Verfahrens kann es sich dabei um die Standardschließzeit SZS, die erste Schließzeit SZ1, die zweite Schließzeit SZ2, die dritte Schließzeit SZ3 oder die vierte Schließzeit SZ4 (oder weitere Schließzeiten, die nicht im Beispiel gemäß Figur 4 beschrieben sind) handeln.
Diese Schließzeit steht in dem gesonderten Speicherbereich der Speichereinrichtung SE nun zur Verfügung, um durch die Ansteuerung des Bahnübergangs BU (vgl. Figur 1), also dem Computer CP oder einer anderen Steuerung des Bahnübergangs BU übergeben zu werden. Der Bahnübergang BU kann insofern mit einer individuell ermittelten Schließzeit betrieben werden.
In Figur 5 sind exemplarisch zwei durch die Achszähler erfindungsgemäß gemessene bzw. bestimmbare Parameter in einer Ebene dargestellt die auch als x-y-Ebene bezeichnet werden könnte und auf der die Messwertverteilung MV der Messwerte deutlich wird. Demnach wäre auf der x-Achse die Geschwindigkeit GSW und auf der Y-Achse Achsabstände A ... H dargestellt. Die z-Achse dient der Darstellung der (beispielsweise geschätzten) Wahrscheinlichkeitsdichten
Für die in Frage kommenden Parameter werden in diesem Beispiel ortsspezifische, repräsentative Daten erhoben bzw. gemessen und klassifiziert, z. B. Personenzug als Normalverteilung NV2 und Güterzug als Normalverteilung NV1, wie oben bereits beschrieben. Es handelt sich um eine endliche Zahl von ganzzahligen oder reell wertigen Messdaten der Achszähler, z. B. könnten dies die Geschwindigkeit und der Achsabstand sein, um hier ein anschauliches zweidimensionales Beispiel zu geben. D. h., prinzipiell erhält man eine Klassifikationsaufgabe, wie in Figur 5 schematisch dargestellt.
Bei Vorliegen repräsentativer Daten ist bekannt, wie man solche Probleme der Mustererkennung mit Verfahren des Machine Learning z. B. Neuronale Netzwerke, löst. Dabei ist bei dieser Anwendung bei Achszählern ein großer Spielraum gegeben, wie man die Klassifikationsgrenze setzt, denn bei solchen niedrigdimensionalen Problemen kann man aus den Daten die Wahrscheinlichkeitsdichten für die beiden Klassen auch schätzen (z. B. mit Dichteschätzung). Damit kann man die Fehlerwahrscheinlichkeiten für eine inkorrekte Klassifikation ermitteln (vgl. z. B. Duda et al.: Pattern Classification, Wiley, 2001), Figur 5 zeigt dies symbolhaft für eine erste Normalverteilungen NV1 und eine zweite Normalverteilung NV2, aber im Prinzip funktioniert dies auch für andere Verteilungen als Normalverteilungen.
Nimmt man im Beispiel an, die kleine Ellipse wäre die erste Klassifikationsgrenze KG1 für Güterzüge und die große Ellipse die Klassifizierungsgrenze KG2 für Personenzüge, dann könnte man mit den geschätzten Verteilungen die Fehlerwahrscheinlichkeiten berechnen. Falls die Fehlklassifikationswahrscheinlichkeit für Güterzüge zu hoch wäre, würde man die Klassifikationsgrenzen ändern. In dem Beispiel gemäß Figur 5 erhielte man dann eine kleinere Ellipse für die erste Klassifikationsgrenze KG1. Es kann aber auch Anwendungen geben, wo die Klassifikationsfehler asymmetrisch sind d.h. die Fehler nicht dieselbe Bedeutung haben. Z. B. wäre es bei der zeitgesteuerten Einschaltung eines Bahnübergangs unter Berücksichtigung der Sicherheit irrelevant, wenn ein langsamer Güterzug als schneller Personenzug klassifiziert würde, während dies beim Tunnelbegegnungsverbot gefährlich wäre. D. h. in jedem Fall muss der Sicherheitsaspekt bei der Auswertung der Fehlerarten bzw. -wahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden.

Bezugszeichenliste

GL: Gleis
FZ: Schienenfahrzeug
BU: Bahnübergang
LZ: Leitzentrale
SW: Stellwerk
A1 ... A3: Antenne
AZ1 ... AZ2: Achszähler
S1 ... S6: Schnittstelle
CP: Computer
SE: Speichereinheit
PZ: Personenzug
LK: Lokomotive
PW: Personenwagen
TK: Triebkopf
GZ: Güterzug
GW1 ... GW3: Güterwagen
A ... H: Achsabstand
MT: Muster
RMT: Referenzmuster
GW: Grenzwert
MS: Messschritt
PS1 ... PS3: Prüfschritt
SZS: Standardschließzeit
SZ1 ... SZ4: Schließzeit (berechnet)
FD: Fahrdaten
IN: Eingabeschritt
MOD: Modifikationsschritt
OUT: Ausgabeschritt
GZ?: Abfrageschritt Güterzug?
MV: Meswertverteilung
GSW: Geschwindigkeit
KG1 ... KG2: Klassifikationsgrenze
NV1 ... NV2: Normalverteilung

Claims

Verfahren zum Erkennen von Eigenschaften eines Schienenfahrzeugs (FZ), bei dem
• ein Achszähler (AZ1 ... AZ2) während der Überfahrt des Schienenfahrzeugs (FZ) Messdaten erfasst,

• rechnergestützt die Messdaten analysiert und dabei Achsabstände (A ... H) des Schienenfahrzeugs (FZ) ermittelt werden,

• rechnergestützt anhand der ermittelten Achsabstände (A ... H) eine erste Eigenschaft ermittelt wird, nämlich, ob es sich bei dem Schienenfahrzeug (FZ) um einen Personenzug (PZ) oder einen Güterzug (GZ) handelt, dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Ermittlung der ersten Eigenschaft in einem ersten Prüfungsschritt (PS1) überprüft wird, ob zumindest in einem überwiegenden Teil der Folge der Achsabstände (A ... H) identische oder ähnliche Muster (MT) festgestellt werden können, und

• wenn kein Muster (MT) festgestellt werden konnte, dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Güterzuges (GZ) zugeordnet wird, oder

• wenn ein Muster (MT) festgestellt wurde, dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Personenzuges (PZ) zugeordnet und/oder ein weiterer Prüfungsschritt (PS2, PS3) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem ersten Prüfungsschritt (PS1) in der Folge der Achsabstände (A ... H) eine Anzahl von Achsabständen (A ... H) am Anfang der Folge und/oder eine Anzahl von Achsabständen (A ... H) am Ende der Folge unberücksichtigt bleiben.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem oder einem weiteren Prüfungsschritt (PS2) der Betrag der Achsabstände (A ... H) ermittelt wird, wobei dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Personenzuges (PZ) zugeordnet wird, solange der Betrag des größten im Muster (MT) vorkommenden Achsabstandes (A ... H) einen festgelegten Grenzwert (GW) überschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem oder einem weiteren Prüfungsschritt (PS3) die Muster (MT) der Achsabstände (A ... H) mit Referenzmustern (RMT) von Achsabständen (A ... H) verglichen werden und im Falle einer erkannten Übereinstimmung des Musters (MT) mit einem Referenzmuster (RMT) dem Schienenfahrzeug (FZ) eine mit dem Referenzmuster (RMT) verknüpfte Zuggattung als eine zweite Eigenschaft zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit dem Achszähler (AZ1 ... AZ2) weitere Eigenschaften des Schienenfahrzeugs (FZ), insbesondere die Fahrtrichtung des Zuges und/oder die Geschwindigkeit des Zuges bei Überfahrt einer Achse und/oder die durchschnittliche Geschwindigkeit bei der Überfahrt und/oder die Beschleunigung bei der Überfahrt ermittelt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kriterien für den ersten Prüfungsschritt (PS1) und/oder die weiteren Prüfungsschritte (PS2, PS) mit einem Verfahren des maschinellen Lernens ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus den Messdaten einer Vielzahl von Messungen Wahrscheinlichkeitsdichten für die Eigenschaften ermittelt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren angewendet wird, um die Eigenschaften des Schienenfahrzeugs (FZ) zu ermitteln, während dieses sich einer Gefahrenstelle auf der für dieses vorgesehene Strecke nähert.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren für sich einem Bahnübergang (BU) nähernde Schienenfahrzeuge (FZ) angewendet wird, wobei die Schließzeit (SZ1 ... SZ4) des Bahnübergangs (BU), wenn Eigenschaften des sich nähernden Schienenfahrzeugs (FZ) ermittelt wurden, in Abhängigkeit des ermittelten Schienenfahrzeugs (FZ) gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Bestimmung der Schließzeit (SZ1 ... SZ4) ein Datenpool genutzt wird, in der Schließzeiten (SZ1 ... SZ4) mit den ermittelbaren Eigenschaften der Schienenfahrzeuge (FZ), insbesondere Zuggattungen, verknüpft sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Fall, dass die Eigenschaft des Schienenfahrzeugs (FZ) nicht ermittelt werden konnte, eine Standardschließzeit (SZS) für den Bahnübergang (BU) ausgewählt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften von Schienenfahrzeugen (FZ), umfassend
• mindestens einen Achszähler (AZ1 ... AZ2) zum Erfassen von Messdaten bei Überfahrt der Schienenfahrzeuge (FZ),

• einen Computer (CP), der eingerichtet ist, die Messdaten zu analysieren und dabei Achsabstände (A ... H) des Schienenfahrzeugs (FZ) zu ermitteln, sowie

• anhand der ermittelten Achsabstände (A ... H) eine erste Eigenschaft zu ermitteln, ob es sich bei dem Schienenfahrzeug (FZ) um einen Personenzug (PZ) oder einen Güterzug (GZ) handelt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Computer (CP) außerdem dazu eingerichtet ist, bei der Ermittlung der ersten Eigenschaft in einem ersten Prüfungsschritt (PS1) zu überprüfen, ob zumindest in einem überwiegenden Teil der Folge der ermittelten Achsabstände (A ... H) ein sich wiederholendes Muster (MT) festgestellt werden kann, und

• wenn kein Muster festgestellt werden konnte, dem Schienenfahrzeug (FZ) als erste Eigenschaft die Eigenschaft eines Güterzuges (GZ) zuzuordnen, oder

• wenn ein Muster festgestellt wurde, dem Schienenfahrzeug (FZ) die erste Eigenschaft eines Personenzuges (PZ) zuzuordnen und/oder einen weiteren Prüfungsschritt (PS2, PS3) durchzuführen.
Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 11.
Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.