EP4067202A1 - Verfahren und anordnung zur lokalisierung eines spurgebundenen fahrzeugs in einem streckennetz im anschluss an eine inbetriebnahme des fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und anordnung zur lokalisierung eines spurgebundenen fahrzeugs in einem streckennetz im anschluss an eine inbetriebnahme des fahrzeugs Download PDF

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Publication number
EP4067202A1
EP4067202A1 EP21166402.4A EP21166402A EP4067202A1 EP 4067202 A1 EP4067202 A1 EP 4067202A1 EP 21166402 A EP21166402 A EP 21166402A EP 4067202 A1 EP4067202 A1 EP 4067202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
absolute
route network
computer
image
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.)
Pending
Application number
EP21166402.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arne Muxfeldt
Karsten Rahn
Frauke Schossig
Steffen Ueckert
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 Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Priority to EP21166402.4A priority Critical patent/EP4067202A1/de
Priority to CN202210305623.4A priority patent/CN115140124B/zh
Publication of EP4067202A1 publication Critical patent/EP4067202A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/57—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for vehicles or trains, e.g. trackside supervision of train conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for locating a track-bound vehicle in a route network after the vehicle has been put into operation.
  • the invention also relates to an arrangement for locating a track-bound vehicle in a route network after the vehicle has been put into operation.
  • the invention relates to a computer program product and a provision device for this computer program product, the computer program product being equipped with program instructions for carrying out this method.
  • the invention can be used in connection with a method for locating a rail vehicle that is automatically controlled by ATS (Automatic Train Supervision), in particular operated without a driver, for example a rail vehicle controlled by a CBTC train control and train protection system, with an on-board train control device and trackside train protection devices and with a localization unit for acquiring position values while the rail vehicle is in motion.
  • ATS Automatic Train Supervision
  • the on-board, automatic train control device of a rail-bound vehicle which is integrated into a monitoring system of an Automatic Train Control (ATC)
  • ATC Automatic Train Control
  • the vehicles are also maintained and parked in depots.
  • the vehicles are equipped with an on-board train protection device that secures the vehicles in regular operation and can trigger braking if the safety limits are exceeded.
  • Modern, radio-based systems also include a trackside device of the train protection system, which Train movements securely tracked via position reports received from the vehicles.
  • An example is CBTC (Communication-Based Train Control).
  • the vehicles (trains) and the train protection device should be switched off during decommissioning in order to save energy.
  • the vehicles should be able to resume operation as quickly as possible in the most comfortable and therefore unrestricted operating mode (e.g. CTC, Continuous Train Control, without a fixed speed limit of 25 km/h).
  • CTC Continuous Train Control
  • the on-board train protection device is switched off, the safely measured and stored vehicle position is lost. This reliable location must be established by a cumbersome, driver-operated slow drive using location markers (balises) and driving in mode without a fixed speed limit is only possible again after a while, typically after 250 m or 1 to 2 minutes.
  • the invention is based on the object of designing a method of the type specified at the outset in such a way that it can be used to quickly localize a rail vehicle with comparatively little effort.
  • the object of the invention is to specify an arrangement, a computer program product and a device for providing such a product, with which the method can be carried out.
  • At least one camera is used for localization, which takes a picture of the vehicle and at least one stationary optical marker whose absolute position in the route network is known, a relative one Vehicle position of the vehicle is determined for the stationary optical marker in the image and the absolute vehicle position of the vehicle in the route network is determined taking into account the absolute position of the marker and the relative position of the vehicle.
  • a position of a rail-bound vehicle for example a local train such as a metro train in the depot, when it is started up.
  • cameras are used according to the invention, which image stationary optical markers in the area surrounding the vehicle and the vehicle itself.
  • the position of the vehicle relative to the stationary optical marker can thus be determined by image processing. Since the fixed optical marker (the fixed and mobile optical markers are also called markers for short below mentioned) cannot move in contrast to the vehicle, the absolute position of the vehicle in the route network, for example in the depot, can also be determined via the relative position of the vehicle to the marker.
  • the localization of the vehicle according to the invention is inherently subject to measurement errors.
  • a (per se known) locating normally provided for in the operating method of the vehicle must be carried out. This can be done, for example, by driving the vehicle over a balise installed in the track (more on this below).
  • the method according to the invention has the advantage that the vehicle can be temporarily located before it is put into operation. Therefore, cost-intensive locating devices, which would enable an immediate precise localization of the vehicle, can be saved at the place where the method according to the invention is used (for example in a vehicle depot). On the other hand, the vehicle can be put into operation without the need for exclusively manual operation by a driver who would have to board the train for this purpose. Particularly in the case of driverless rail operations, this results in a considerable saving in personnel costs.
  • the method according to the invention can also be used if a CMD is provided for the vehicle. If the CMD fails, there is then an alternative way of detecting a vehicle movement, so that manual driver operation can be dispensed with even if the CMD fails, because the method provides a second independent way of localization.
  • mobile means that the position of the mobile object (for example a vehicle or a vehicle-bound mobile optical marker) can change.
  • An absolute position is a position of an object (particularly vehicle, marker) in the global coordinate system.
  • a relative position is to be understood as a position of an object in relation to another object (for example a vehicle in relation to a stationary optical marker).
  • “computer-aided” or “computer-implemented” can be understood to mean an implementation of the method in which at least one computer executes at least one method step of the method.
  • Computers covers all electronic devices with data processing properties.
  • Computers can be, for example, personal computers, servers, handheld computers, mobile radio devices and other communication devices, processors and other electronic devices for data processing, which can preferably also be combined to form a network.
  • a “processor” can be understood to mean, for example, a converter, a sensor for generating measurement signals, or an electronic circuit.
  • a processor can in particular be a main processor (Central Processing Unit, CPU), a microprocessor, a microcontroller, or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions, etc.
  • CPU Central Processing Unit
  • a processor can also be understood to mean a virtualized processor or a soft CPU.
  • a “memory unit” can be, for example, a computer-readable memory in the form of a working memory (random-access memory, RAM) or data storage (hard disk or data carrier).
  • RAM random-access memory
  • data storage hard disk or data carrier
  • the “interfaces” can be realized in terms of hardware, for example by cable or as a radio connection, or in terms of software, for example as an interaction between individual program modules of one or more computer programs.
  • Program modules should be understood to mean individual functional sequences that enable a program sequence of computer-aided method steps according to the invention. These functional sequences can be implemented in a single computer program or in several computer programs that communicate with one another. The interfaces implemented here can be implemented in terms of software within a single processor or in terms of hardware if multiple processors are used.
  • the method uses an output device to display the image and an input device to input the absolute vehicle position.
  • the use of an output device and an input device advantageously makes it possible for the method to be partially carried out manually using operating personnel.
  • the output device is preferably a screen that displays the recorded image.
  • the input device is, for example, a keyboard or a control panel provided specifically for the purpose of input.
  • the method uses an output device to display the image and an input device to enter the relative vehicle position, and the absolute vehicle position in the route network is determined with computer assistance, taking into account the absolute position of the stationary marker and the relative vehicle position.
  • an employee can determine the position of the vehicle relative to one of several stationary markers. These markers can, for example, be numbered consecutively in order to be able to provisionally determine the position of the vehicle in a depot.
  • the input device can then be used by the employee to enter a specific position of the vehicle in the route network.
  • the output device and the input device can also be used when the position of the vehicle is determined with a higher degree of automation.
  • the operating personnel can take on the role of a control authority since, as already mentioned, the position determination is less precise than would be the case in normal operation of the vehicle due to the ATC system that is used. This means that the operating personnel can intervene if obvious location errors occur.
  • the relative vehicle position to the stationary marker in the image is determined with computer assistance and the absolute vehicle position in the route network is determined with computer assistance, taking into account the absolute position of the stationary marker and the relative vehicle position.
  • the automated image interpretation advantageously increases the reproducibility of the position determination.
  • the measurement errors that occur can also be narrowed down more precisely than with a human evaluation of the recorded image case is.
  • malfunctions can occur that are not noticeable in an automatic position calculation. Therefore, an additional control by the operating staff is advantageous, which is however supported by the automatic position determination.
  • the absolute vehicle position is used as preliminary location information for starting up the vehicle in a restricted operating mode and the preliminary location information is replaced by secure location information as soon as the vehicle has been detected by a location device equipped with a security level, and the secure location information is used after a transition from the restricted mode of operation to a normal mode of operation.
  • the determined absolute vehicle position is used as preliminary location information for starting up the vehicle, it can also be started up if no vehicle position is known, which is usually used for the ATC system in operation.
  • the vehicle Since there is greater uncertainty with regard to the location information used than in the normal operation of the vehicle, the vehicle is commissioned in a restricted operating mode, with the restrictions being provided for the prevention of malfunctions and accidents.
  • the at least one camera is used at least once more for localization, which takes a picture of the vehicle and at least one stationary optical marker whose absolute position in the route network is known, a vehicle position of the vehicle relative to the stationary optical marker is determined in the image, the absolute vehicle position of the vehicle in the route network is determined taking into account the absolute position of the marker and the relative position of the vehicle.
  • a repetition of the preliminary location procedure i. H. a method of location using the cameras, can confirm or correct the preliminary location information that is already available.
  • the vehicle comes close to another stationary optical marker, it may be located with a smaller measurement error than was possible before it was put into operation.
  • the optical and spatial conditions may not be optimal, so that the measurement uncertainties that have to be expected with a repeated position determination can be advantageously reduced.
  • the localization step can be designed in the manner already described above (ie as in the first measurement).
  • the vehicle's ATC system can determine, for example, how it can reach the nearest locating device as quickly as possible.
  • the nearest locating device can reach at all.
  • the locating device that is actually the shortest distance from the vehicle but cannot be reached by the vehicle can be located on the adjacent track because the adjacent track is being traveled on in the opposite direction, for example.
  • the restricted operating mode is limited to a maximum speed that may be driven in the restricted operating mode, and/or is limited to a maximum distance that may be covered in the restricted operating mode.
  • the permitted maximum speed for example 25 km/h, which in the restricted operating mode is of course lower than that in the normal operating mode, and also the permitted maximum route, which is preferably in an area of the route network that is separated from regular traffic, offer restrictions for the operating mode that improve operational safety Use of still inaccurate provisional location information can advantageously increase. It is also easier for the train staff to intervene manually in this way.
  • the at least one camera is also used to record an image of a mobile optical marker of the vehicle that is attached to the vehicle and whose position on the vehicle is known.
  • a mobile optical marker on the vehicle advantageously makes it possible to be able to better determine its position relative to a stationary optical marker.
  • the mobile optical marker is much smaller compared to the entire vehicle and its position relative to the stationary optical marker can therefore be determined more easily. As a result, the determination of the absolute position becomes more precise and the implementation of the method is therefore more reliable.
  • the stationary and/or mobile optical markers have a code made up of alphanumeric characters and/or a machine-readable code.
  • alphanumeric character includes (at least) the letters of a given alphabet, as well as the ten digits from 0 to 9. In a broader sense, special characters (e.g. punctuation marks: period, comma, letters with diacritics, brackets, etc.) ) counted among the alphanumeric characters.
  • Alphanumeric support can be given, for example, by numbering stationary optical markers in a depot or the like (and marking the markers with the numbers). Likewise, different vehicles can be provided with consecutive numbers on mobile optical markers. In the case of a manual evaluation, this makes it easier for the operating personnel to find their way around.
  • a machine-readable coding advantageously facilitates the computer-aided evaluation of the recorded images.
  • the coding can contain train numbers and location information of the stationary or mobile marker in question.
  • the stationary and/or mobile optical markers have a position mark.
  • Position markers enable a more precise determination of the location of the relevant fixed or mobile optical marker. This allows more accurate calculation or determination results to be obtained. Position markers can consist of crosses or circles, for example, and are smaller compared to the extent of the optical marker and can therefore be localized more precisely. These can also be contrasted in color so that they can be better recognized in poor lighting conditions.
  • the stated object is also achieved according to the invention with the subject matter of the claim (arrangement) specified at the outset in that the arrangement has: at least one stationary optical marker of the arrangement whose absolute position in the route network is known, at least one camera that is set up by the vehicle and take an image of the stationary optical marker, a computer that is set up to control an output device for displaying the image and an input device for inputting the absolute vehicle position, and/or that is set up to calculate a relative vehicle position of the vehicle with the computer aided to the stationary optical marker To determine markers in the image and to determine the absolute vehicle position of the vehicle in the route network, taking into account the absolute position of the stationary optical marker and the relative position of the vehicle.
  • a provision device for storing and/or providing the computer program product.
  • the provision device is, for example, a storage unit that stores and/or provides the computer program product.
  • the provision device is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed, for example cloud-based computer system and/or virtual computer system, which stores and/or provides the computer program product preferably in the form of a data stream.
  • the provision takes place in the form of a program data block as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream, of the computer program product.
  • this provision can also be made, for example, as a partial download consisting of several parts.
  • Such a computer program product is read into a system, for example using the provision device, so that the method according to the invention is executed on a computer.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown. Furthermore, the components described can also be combined with the features of the invention described above.
  • a vehicle FZ is shown in a depot DP.
  • the vehicle FZ is on a track GL, in which a balise BL is installed outside the depot DP.
  • control center LZ in which a computer CP is located.
  • the control center LZ is radio-supported in a manner not shown in detail via a first interface S1 with a first camera CM1 in the depot DP, via a second interface S2 with a third camera CM3 and a fourth camera CM4 of the vehicle FZ and via a third interface S3 with a second camera CM2 connected outside the depot DP.
  • the angles of view BW of the first camera CM1, the second camera CM2 and the third camera CM3 are in figure 1 implied.
  • a first stationary optical marker OM1 and a second stationary optical marker OM2 which are set up on track GL and whose respective absolute position in the route network (represented by track GL) is known.
  • the vehicle FZ has a mobile optical marker OMM, which thus moves together with the vehicle.
  • the second stationary optical marker OM2 has a position mark PSM in the form of a plus sign, which enables better localization of the second stationary optical marker OM2 on an image recorded by the second camera CM2.
  • This marker is identified by a machine-readable code MLC (in figure 1 displayed as a barcode, but also executable as a QR code). This information can be evaluated on the image recorded by the second camera CM2.
  • MLC machine-readable code
  • an alphanumeric two is also provided as an alphanumeric character ANZ on the marker, which can be seen on the image recorded by the second camera CM2, for example by operating personnel.
  • the first stationary optical marker OM1 has the same structure.
  • the barcode used there contains others Information, also an alphanumeric one is used.
  • the first stationary optical marker OM1 can be recorded both by the camera CM3 located on the vehicle FZ and by the first camera CM1 permanently installed in the depot DP (cf. the indicated image angle BW).
  • the mobile optical marker OMM on the vehicle FZ has a Zett as an alphanumeric character so that the operating personnel can see it as a train-related mobile optical marker.
  • a barcode is also used here, which contains corresponding information about the vehicle FZ.
  • An Ix is used as a position mark
  • an employee BP of the operating staff can evaluate the images recorded by the cameras CM1, CM2, CM3 with the support of the computer CP in order to determine the position of the vehicle FZ in the depot DP before it is put into operation.
  • the vehicle FZ can then be put into operation with the aid of this location information in order to drive in a restricted operating mode to the beacon BL and there to generate precise location information by crossing the beacon.
  • Driving in the restricted operating mode and thus also the transition to the normal operating mode after crossing the balise can take place without a driver.
  • the vehicle FZ is also preferably driving without a driver in the normal operating mode.
  • figure 2 is the functional relationship of the individual components of the operating procedure figure 1 shown in more detail.
  • the computer CP supports the method.
  • the computer CP may be present in the control center LZ.
  • dash-dotted lines indicate both the system boundaries when using the computer CP in the control center LZ and when using the computer CP in the vehicle FZ.
  • the computing power of the computer CP is limited to several Processors can be distributed, which are distributed both in the control center LZ and in the vehicle FZ.
  • a computer CP should be spoken of (in this case the dot-dash system boundaries LZ, FZ would not exist).
  • the computer CP is connected to a storage device SE via a fourth interface S4.
  • the memory device SE can contain the software required for carrying out the method, which is activated to carry out the method after the computer CP in the vehicle FZ, for example, has been started up.
  • the memory device SE can also be used to store localization information that is calculated by the method.
  • the computer CP is connected to the fourth camera CM4 via a fifth interface S5 and to the third camera CM3 via a sixth interface S6.
  • the reference symbols given in brackets apply to accommodation of the computer CP in the control center LZ figure 2 , i.e. that as in figure 1 shown, the first camera CM1 is connected to the computer CP via the first interface S1 and the second camera CM2 is connected to the computer CP via the third interface S3.
  • the computer CP is connected to an antenna arrangement AA via a seventh interface S7, which enables communication via radio interfaces, for example between the control center LZ and the vehicle FZ, but also, for example, between the vehicle FZ and the balise BL (the antenna arrangement can be different for this purpose have antennas).
  • the computer CP is connected to an input unit EE via the eighth interface S8 and to an output unit AE via a ninth interface S9.
  • the input unit EE enables the operating personnel to make entries in the manner already described, while the output device AE enables the images recorded by one of the cameras CM1 . . . CM4 to be displayed in particular.
  • an activation step AKTV of the vehicle takes place.
  • an image recording step PICT an image recording is generated by one of the cameras used.
  • This can alternatively be output to the operating personnel via the ninth interface S9 using the output device AE in an output step OUT.
  • This can estimate the relative position ESTM RPOS in a manual step and then enter the determined relative position into the computer CP through an input step IN using the eighth interface S8.
  • the position of the vehicle relative to the marker imaged with the vehicle can be calculated.
  • the absolute position ESTM APOS of the vehicle can be estimated manually by the operating personnel and in a subsequent input step IN the absolute position APOS can be entered into the computer CP using the input device EE via the eighth interface S8.
  • the absolute position APOS can also be calculated by the computer CP in a calculation step CALC APOS.
  • the absolute position APOS that is now available can be used to set the location information SET LOC in a next step. This is then available in the computer CP to start operation in the restricted operating mode MOD LIM of the vehicle. In this case, it is possible for the operating personnel to monitor operation in the restricted operating mode in a control step CRTL (for example by evaluating other images which are recorded with the relevant cameras). With this it is possible that the operating personnel intervene if operational disruptions or accidents are imminent.
  • the vehicle while operating in the restricted operating mode MOD LIM, reaches a locating device for a more precise localization, which enables a detection step for the absolute position REC APOS, which, due to a higher localization accuracy, then sets the more precise location information SET again LOC enabled.
  • the next step is to start operation in the normal MOD NRM operating mode. The procedure is stopped.

Landscapes

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs (FZ) in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs (FZ). Zur Lokalisierung wird mindestens eine Kamera (CM1 ... CM4) verwendet, welche von dem Fahrzeug (FZ) und von mindestens einem ortfesten optischen Marker (OM1, OM2), dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, ein Bild aufnimmt. Außerdem wird eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) zum ortsfesten optischen Marker (OM1, OM2) in dem Bild bestimmt und die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des Markers und der relativen Position des Fahrzeugs (FZ) bestimmt. Ferner umfasst die Erfindung eine Anordnung zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs (FZ) in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs (FZ), ein Computerprogrammprodukt und eine Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs. Zuletzt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgestattet ist.
  • Die Erfindung kann verwendet werden im Zusammenhang mit einem Verfahren zum Lokalisieren eines durch ATS (Automatic Train Supervision) automatisch gesteuerten, insbesondere fahrerlos betriebenen, beispielsweise eines mit einem CBTC Zugsteuerungs- und Zugsicherungssystem gesteuerten Schienenfahrzeugs, mit einer bordeigenen Zugsteuerungseinrichtung und streckenseitigen Zugsicherungseinrichtungen sowie mit einer Lokalisierungseinheit zum Erfassen von Positionswerten während der Fahrt des Schienenfahrzeugs.
  • Bei einem bekannten Verfahren gemäß DE 102015207223 A1 kennt die bordeigene, automatische Zugsteuerungseinrichtung eines spurgebundenen Fahrzeugs, die in ein Überwachungssystem einer Automatic Train Control (ATC) eingebunden ist, stets die genaue Position des Fahrzeugs auf der Strecke. Im schienengebundenen Nahverkehr zum Beispiel werden die Fahrzeuge aber auch in Depots gewartet und abgestellt. Für den sicheren Betrieb sind die Fahrzeuge mit einer fahrzeugseitigen Zugsicherungseinrichtung ausgestattet, die die Fahrzeuge im regulären Betrieb sichert und bei Überschreitung von Sicherheitsrahmen eine Bremsung auslösen kann. Zu modernen, funkbasierten Systemen gehört auch noch eine streckenseitige Vorrichtung des Zugsicherungssystems, die die Zugbewegungen über von den Fahrzeugen erhaltene Position Reports sicher verfolgt. Ein Beispiel ist CBTC (Communication-Based Train Control).
  • Während Außerbetriebnahme sollen die Fahrzeuge (Züge) und die Zugsicherungseinrichtung einerseits ausgeschaltet sein, um Energie zu sparen. Andererseits sollen die Fahrzeuge möglichst rasch wieder in dem komfortabelsten und damit nicht eingeschränkten Betriebsmodus (zum Beispiel CTC, Continuous Train Control, ohne feste Geschwindigkeitsbeschränkung auf 25 km/h) den Betrieb aufnehmen können. Schaltet man die fahrzeugseitige Zugsicherungseinrichtung ab, geht die sicher gemessene und gespeicherte Fahrzeugposition allerdings verloren. Diese sichere Ortung muss durch eine umständliche, fahrerbediente Langsamfahrt über Ortungsmarken (Balisen) hergestellt werden und eine Fahrt im Modus ohne feste Geschwindigkeitsbeschränkung ist erst nach einer Weile, typischer Weise nach 250 m oder 1 bis 2 Minuten wieder möglich.
  • Es entsteht nun zur optimalen Abwicklung des Verkehrs in einem ATC-System wie einem CBTC-Zugsteuerungs- und Zugsicherungssystem ein Bedarf, möglichst schnell im Falle einer Delokalisierung wieder eine Lokalisierung des Schienenfahrzeugs zu erreichen. Deshalb könnte man daran denken, die streckenseitigen Einrichtungen, wie zum Beispiel die Balisen, in kürzeren Abständen im Depot anzuordnen, um möglichst alsbald nach einer Inbetriebnahme wieder eine Lokalisierung zu erreichen. Auch ließe sich bei einer Ausfahrt eines Schienenfahrzeugs aus einem Depot eine Lokalisierung schneller erreichen, wenn bis zum Übergang des Zuges in die Hauptstrecke auf der Depotzufahrtsstrecke mehrere Balisen angeordnet werden. Dies erhöht aber den Bereitstellungsaufwand und Wartungsaufwand für die Infrastruktur und damit auch die Betriebskosten.
  • Gemäß der EP 3024713 B1 besteht eine Möglichkeit, ein abgestelltes und abgeschaltetes Fahrzeug während der Phase des Stillstandes zu überwachen, indem hierzu eine Kamera verwendet wird. Diese nimmt zumindest nach dem Abstellen und vor der Inbetriebnahme Bilder auf, deren Vergleich dazu genutzt werden kann, eine eventuelle unzulässige Bewegung des Fahrzeugs während der Stillstandphase (Betriebspause) festzustellen. Der Bildvergleich kann beispielsweise durch Bahnpersonal vorgenommen werden. Vor der Inbetriebnahme muss diese manuelle Prozedur durchgeführt werden, um eine zuverlässige Ortung des Fahrzeugs bei Inbetriebnahme zu gewährleisten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, dass mit ihm eine schnelle Lokalisierung eines Schienenfahrzeugs mit vergleichsweise geringem Aufwand durchgeführt werden kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für ein solches anzugeben, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann. Zuletzt ist es Aufgabe der Erfindung, ein automatisches Zugleitsystem anzugeben, mit dem sich das oben genannte Verfahren durchführen lässt.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Verfahren) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Lokalisierung mindestens eine Kamera verwendet wird, welche von dem Fahrzeug und von mindestens einem ortsfesten optischen Marker, dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, ein Bild aufnimmt, eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs zum ortsfesten optischen Marker in dem Bild bestimmt wird und die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des Markers und der relativen Position des Fahrzeugs bestimmt wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es vorteilhaft möglich, bei der Inbetriebnahme eines spurgebundenen Fahrzeuges, beispielsweise eines Nahverkehrszuges wie einem Metrozug im Depot, sofort eine Position desselben zu ermitteln. Dabei kommen erfindungsgemäß Kameras zum Einsatz, welche ortsfeste optische Marker in der Umgebung des Fahrzeugs und das Fahrzeug selbst abbilden. Durch eine Bildverarbeitung kann somit die relative Position des Fahrzeugs zum ortsfesten optischen Marker bestimmt werden. Da der ortsfeste optische Marker (die ortsfesten und mobilen optischen Marker werden nachfolgend auch kurz Marker genannt) sich im Unterschied zum Fahrzeug nicht bewegen kann, kann über die relative Position des Fahrzeugs zum Marker auch die absolute Position des Fahrzeugs im Streckennetz, beispielsweise im Depot, bestimmt werden.
  • Die erfindungsgemäße Lokalisierung des Fahrzeugs ist prinzipbedingt mit Messfehlern behaftet. Um im fortlaufenden Normalbetrieb des Fahrzeugs eine genaue Lokalisierung zu erhalten, ist daher zusätzlich zu der Ortung des Fahrzeugs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Inbetriebnahme eine im Betriebsverfahren des Fahrzeugs normalerweise vorgesehene (an sich bekannte) Ortung vorzunehmen. Dies kann beispielsweise durch Überfahrt des Fahrzeugs über eine Balise, die im Gleis verbaut ist, erfolgen (hierzu im Folgenden noch mehr).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass das Fahrzeug vorläufig geortet werden kann, bevor dieses in Betrieb genommen wird. Daher können kostenintensive Ortungseinrichtungen, welche eine sofortige genaue Lokalisierung des Fahrzeuges ermöglichen würden, am Ort des Einsatzes des erfindungsgemäßen Verfahrens (beispielsweise in einem Fahrzeugdepot) eingespart werden. Andererseits kann das Fahrzeug in Betrieb genommen werden, ohne dass ein ausschließlich manueller Betrieb durch einen Fahrzeugführer erfolgen muss, der zu diesem Zweck den Zug besteigen müsste. Insbesondere bei einem fahrerlosen Bahnbetrieb ergibt sich hierdurch eine beträchtliche Einsparung des Personalaufwandes.
  • Andererseits kann eine Überwachung des Fahrzeugs während des Stillstandes entfallen (Cold Movement Detection, kurz CMD). Diese wäre ebenfalls mit einem Aufwand an Komponenten und einem zusätzlichen Einsatz von Energie verbunden. Auch wenn eine CMD für das Fahrzeug vorgesehen ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden. Bei Ausfall der CMD gibt es dann einen alternativen Weg zur Erfassung einer Fahrzeugbewegung, so dass auch bei Ausfall der CMD auf manuellen Fahrer-Betrieb verzichtet werden kann, weil mit dem Verfahren ein zweiter unabhängiger Weg der Lokalisierung besteht.
  • Als ortsfest im Sinne der Erfindung sind Einrichtungen zu verstehen, die in einem globalen Koordinatensystem (mit der Erde verbunden) konstante Koordinaten haben. Demgegenüber ist unter mobil zu verstehen, dass sich die Position des mobilen Objektes (beispielsweise ein Fahrzeug oder ein fahrzeuggebundener mobiler optischer Marker) ändern kann.
  • Als absolute Position ist eine Position eines Gegenstandes (insbesondere Fahrzeug, Marker) im globalen Koordinatensystem zu verstehen. Als relative Position ist eine Position eines Gegenstandes in Bezug auf einen anderen Gegenstand zu verstehen, (beispielsweise eines Fahrzeugs in Bezug auf einen ortsfesten optischen Marker).
  • Unter "rechnergestützt" oder "computerimplementiert" kann im Zusammenhang mit der Erfindung eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem mindestens ein Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.
  • Der Ausdruck "Computer" deckt alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften ab. Computer können beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, 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 ein Wandler, ein 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, oder softwaretechnisch, beispielweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.
  • Als "Programmmodule" sollen einzelne Funktionsabläufe verstanden werden, die einen erfindungsgemäßen Programmablauf von rechnergestützten Verfahrensschritten ermöglichen. Diese Funktionsabläufe 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.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren eine Ausgabeeinrichtung zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe der absoluten Fahrzeugposition verwendet werden.
  • Durch die Verwendung einer Ausgabeeinrichtung sowie einer Eingabeeinrichtung wird es vorteilhaft möglich, dass das Verfahren unter Einsatz von Betriebspersonal teilweise manuell durchgeführt werden kann. Die Ausgabeeinrichtung ist bevorzugt ein Bildschirm, welcher das aufgenommene Bild darstellt. Die Eingabeeinrichtung ist beispielsweise eine Tastatur oder ein speziell für den Zweck der Eingabe vorgesehenes Bedienpanel.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren eine Ausgabeeinrichtung zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeirichtung zur Eingabe der relativen Fahrzeugposition verwendet werden und die absolute Fahrzeugposition im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten Markers und der relativen Fahrzeugposition rechnergestützt bestimmt wird.
  • Im einfachsten Fall kann ein Mitarbeiter (Betriebspersonal) die relative Stellung des Fahrzeugs zu vorzugsweise einem von mehreren ortfesten Markern feststellen. Diese Marker können beispielsweise durchnummeriert sein, um die Position des Fahrzeugs in einem Depot vorläufig bestimmen zu können.
  • Die Eingabeeinrichtung kann dem Mitarbeiter anschließend dazu dienen, eine bestimmte Position des Fahrzeugs in dem Streckennetz einzugeben.
  • Die Ausgabeeinrichtung und die Eingabeeinrichtung können auch Verwendung finden, wenn die Position des Fahrzeugs mit einem höheren Automatisierungsgrad bestimmt wird. Hierbei kann das Betriebspersonal die Rolle einer Kontrollinstanz übernehmen, da die Ortsbestimmung, wie bereits erwähnt, weniger genau ist, als dies im Normalbetrieb des Fahrzeugs bedingt durch das zum Einsatz kommende ATC-System der Fall wäre. Somit ist bei Auftreten offensichtlicher Ortungsfehler die Intervention des Betriebspersonals möglich.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die relative Fahrzeugposition zum ortfesten Marker in dem Bild rechnergestützt bestimmt wird und die absolute Fahrzeugposition im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten Markers und der relativen Fahrzeugposition rechnergestützt bestimmt wird.
  • Durch Einsatz eines Computers zur Bestimmung der relativen Fahrzeugposition sowie der absoluten Fahrzeugposition im Streckennetz wird vorteilhaft ein größerer Automatisierungsgrad erreicht. Hierbei können an sich bekannte Methoden der Bildverarbeitung wie zum Beispiel dreidimensionale Aufbereitung des dargestellten Bildes erfolgen. Hierbei können auch Stereokameras zum Einsatz kommen.
  • Die automatisierte Bildinterpretation vergrößert vorteilhaft die Reproduzierbarkeit der Positionsbestimmung. Auch die dabei auftretenden Messfehler können genauer eingegrenzt werden, als dies bei einer menschlichen Bewertung des aufgenommenen Bildes der Fall ist. Andererseits können Fehlfunktionen auftreten, die bei einer automatischen Positionsberechnung nicht auffallen. Daher ist eine zusätzliche Kontrolle durch das Betriebspersonal von Vorteil, die allerdings durch die automatische Positionsbestimmung unterstützt wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die absolute Fahrzeugposition als vorläufige Ortsinformation für eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs in einem eingeschränkten Betriebsmodus verwendet wird und die vorläufige Ortsinformation durch eine sichere Ortsinformation ersetzt wird, sobald das Fahrzeug durch eine mit einem Sicherheitslevel ausgestatteten Ortungseinrichtung erfasst wurde, und die sichere Ortsinformation nach einem Wechsel von dem eingeschränkten Betriebsmodus in einen normalen Betriebsmodus verwendet wird.
  • Wird die ermittelte absolute Fahrzeugposition als vorläufige Ortsinformationen für die Inbetriebnahme des Fahrzeugs genutzt, so kann dieses auch in Betrieb genommen werden, wenn noch keine Fahrzeugposition bekannt ist, welche üblicherweise für das sich im Betrieb befindende ATC-System Verwendung findet.
  • Da hinsichtlich der verwendeten Ortsinformationen eine größere Unsicherheit besteht als im Normalbetrieb des Fahrzeugs, wird die Inbetriebnahme des Fahrzeugs in einem eingeschränkten Betriebsmodus durchgeführt, wobei die Einschränkungen zur Verhütung von Betriebsstörungen und Unfällen vorgesehen werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem eingeschränkten Betriebsmodus mindestsens ein weiteres Mal zur Lokalisierung die mindestens eine Kamera verwendet wird, welche von dem Fahrzeug und von mindestens einem ortfesten optischen Marker, dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, ein Bild aufnimmt, eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs zum ortfesten optischen Marker in dem Bild bestimmt wird, die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des Markers und der relativen Position des Fahrzeugs bestimmt wird.
  • Eine Wiederholung des vorläufigen Ortungsverfahrens, d. h. eines Verfahrens zur Ortung unter Einsatz der Kameras, kann die vorläufigen Ortsinformationen, die bereits vorliegen, bestätigen oder korrigieren. Insbesondere kann das Fahrzeug, wenn es in die Nähe eines weiteren ortsfesten optischen Markers kommt, eventuell mit einem geringeren Messfehler geortet werden, als dies vor der Inbetriebnahme möglich war. In der Parkposition können die optischen und räumlichen Verhältnisse eventuell nicht optimal sein, so dass die Messunsicherheiten, mit denen bei einer wiederholten Positionsbestimmung gerechnet werden muss, vorteilhaft verkleinert werden können. Dabei kann der Schritt zur Lokalisierung in der vorstehend bereits beschriebenen Weise (also wie bei der ersten Messung) ausgestaltet werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im eingeschränkten Betriebsmodus die am nächsten liegende erreichbare Ortungseinrichtung angefahren wird.
  • Je näher die Ortungseinrichtung liegt, die zur Bestätigung der Position des Fahrzeugs angefahren wird, desto kürzer muss das Fahrzeug im eingeschränkten Betriebsmodus betrieben werden. Dies bedeutet, dass die mit dem eingeschränkten Betriebsmodus verbundenen Unsicherheiten so schnell wie möglich eliminiert werden.
  • Nach Ermittlung der vorläufigen Ortsinformationen kann beispielsweise durch das ATC-System des Fahrzeugs bestimmt werden, wie dieses möglichst schnell die nächstliegende Ortungseinrichtung erreichen kann. Selbstverständlich werden dabei nur Ortungseinrichtungen berücksichtigt, die das Fahrzeug überhaupt erreichen kann. Beispielsweise kann auf dem Nachbargleis die Ortungseinrichtung liegen, die tatsächlich den geringsten Abstand zum Fahrzeug hat, jedoch durch dieses nicht erreichbar ist, weil das Nachbargleis beispielsweise in der entgegengesetzten Richtung befahren wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der eingeschränkte Betriebsmodus auf eine Maximalgeschwindigkeit, die im eingeschränkten Betriebsmodus gefahren werden darf, und/oder auf eine Maximalstrecke, die im eingeschränkten Betriebsmodus zurückgelegt werden darf, begrenzt wird.
  • Die erlaubte Maximalgeschwindigkeit, beispielsweise 25 km/h, die im eingeschränkten Betriebsmodus selbstverständlich unter derjenigen im normalen Betriebsmodus liegt und auch die erlaubte maximal Strecke, die vorzugsweise in einem vom Linienverkehr abgetrennten Bereich des Streckennetzes liegt, bieten Einschränkungen für den Betriebsmodus, die die Betriebssicherheit bei Verwendung von noch ungenauen vorläufigen Ortsinformationen vorteilhaft erhöhen können. Auch ist ein manuelles Eingreifen durch das Zugpersonal auf diese Weise einfacher möglich.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kamera auch verwendet wird, um einen am Fahrzeug angebrachten mobilen optischen Marker des Fahrzeugs, dessen Position am Fahrzeug bekannt ist, ein Bild aufzunehmen.
  • Die Verwendung eines mobilen optischen Markers auf dem Fahrzeug ermöglicht es vorteilhaft, dessen relative Position zu einem ortsfesten optischen Marker besser bestimmen zu können. Der mobile optische Marker ist im Vergleich zu dem gesamten Fahrzeug sehr viel kleiner und somit dessen Position zu dem ortsfesten optischen Marker leichter zu bestimmen. Im Ergebnis wird die Ermittlung der absoluten Position dadurch genauer und die Durchführung des Verfahrens somit sicherer.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ortfesten und/oder mobilen optischen Marker eine Codierung aus alphanumerischen Zeichen und/oder eine maschinenlesbare Codierung aufweisen.
  • Der Begriff "alphanumerisches Zeichen" schließt (mindestens) die Buchstaben eines gegebenen Alphabets, ein, sowie die zehn Ziffern von 0 bis 9. Im weiteren Sinne werden auch Sonderzeichen (z. B. Satzzeichen: Punkt, Komma, Buchstaben mit Diakritika, Klammern u.s.w.) zu den alphanumerischen Zeichen gerechnet.
  • Alphanumerische Zeichen erleichtern vorteilhaft eine manuelle
  • Bestimmung bzw. eine manuelle Kontrolle rechnergestützter Bestimmungen der absoluten und relativen Positionen des Fahrzeugs. Eine alphanumerische Unterstützung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass in einem Depot oder dergleichen ortsfeste optische Marker durchnummeriert werden (und die Marker mit den Nummern gekennzeichnet werden). Ebenso können unterschiedliche Fahrzeuge mit durchlaufenden Nummern auf mobilen optischen Markern versehen werden. Dies erleichtert bei einer manuellen Bewertung die Orientierung für das Betriebspersonal.
  • Eine maschinenlesbare Kodierung erleichtert vorteilhaft die rechnergestützte Auswertung der aufgenommenen Bilder. In der Kodierung können Zugnummern und Ortsinformationen des betreffenden ortsfesten oder mobilen Markers enthalten sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ortsfesten und/oder mobilen optischen Marker eine Positionsmarke aufweisen.
  • Positionsmarken ermöglichen eine genauere Bestimmung des Ortes des betreffenden ortsfesten oder mobilen optischen Markers. Dadurch lassen sich genauere Berechnungs- oder Bestimmungsergebnisse erzielen. Positionsmarken können beispielsweise aus Kreuzen oder Kreisen bestehen und sind im Vergleich zur Ausdehnung des optischen Markers kleiner sind und deswegen genauer lokalisiert werden können. Diese können auch farblich abgesetzt werden, um bei schlechten Lichtverhältnissen besser erkannt werden zu können.
  • Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Anordnung) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass die Anordnung aufweist: mindestens einen ortfesten optischen Marker der Anordnung, dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, mindestens eine Kamera, welche eingerichtet ist, von dem Fahrzeug und von dem ortfesten optischen Marker ein Bild aufzunehmen, einen Computer der eingerichtet ist, eine Ausgabeeinrichtung zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe der absoluten Fahrzeugposition anzusteuern, und/oder der eingerichtet ist, rechnergestützt eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs zum ortsfesten optischen Marker in dem Bild zu bestimmen und die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten optischen Markers und der relativen Position des Fahrzeugs zu bestimmen.
  • Mit der Anordnung 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 Anordnung.
  • 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 erfindungsgemäßen Anordnung mit ihren Wirkzusammenhängen schematisch,
    • Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Computer-Infrastruktur der Anordnung gemäß Figur 1 mit einem Computer als Blockschaltbild aus Funktionseinheiten, wobei Programmmodule abgearbeitet werden, die jeweils in einem oder mehreren Prozessoren ablaufen können und wobei die Schnittstellen demgemäß softwaretechnisch oder hardwaretechnisch ausgeführt sein können,
    • Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm, wobei die einzelnen Verfahrensschritte einzeln oder in Gruppen durch Programmmodule verwirklicht sein können und wobei die Funktionseinheiten und Schnittstellen gemäß Figur 2 beispielhaft angedeutet sind.
  • In Figur 1 ist ein Fahrzeug FZ in einem Depot DP dargestellt. Das Fahrzeug FZ befindet sich auf einem Gleis GL, in dem außerhalb des Depots DP auch eine Balise BL eingebaut ist.
  • Weiter ist in Figur 1 eine Leitzentrale LZ zu erkennen, in der sich ein Computer CP befindet. Die Leitzentrale LZ ist in nicht ausführlich dargestellter Weise funkgestützt über eine erste Schnittstelle S1 mit einer ersten Kamera CM1 im Depot DP, über eine zweite Schnittstelle S2 mit einer dritten Kamera CM3 sowie einer vierten Kamera CM4 des Fahrzeugs FZ und über eine dritte Schnittstelle S3 mit einer zweiten Kamera CM2 außerhalb des Depots DP verbunden.
  • Die Bildwinkel BW der ersten Kamera CM1, der zweiten Kamera CM2 sowie der dritten Kamera CM3 sind in Figur 1 angedeutet. Innerhalb der Bildwinkel befinden sich ein erster ortsfester optischer Marker OM1 sowie ein zweiter ortsfester optischer Marker OM2, die am Gleis GL aufgestellt sind und deren jeweilige absolute Position im Streckennetz (repräsentiert durch das Gleis GL) bekannt ist. Außerdem weist das Fahrzeug FZ einen mobilen optischen Marker OMM auf, der sich somit gemeinsam mit dem Fahrzeug bewegt.
  • Anhand des zweiten ortsfesten optischen Markers OM2 soll der Aufbau der Markierungen näher erläutert werden, wobei sich die einzelnen Elemente auch in den anderen beiden optischen Markern finden lassen. Der zweite ortsfeste optische Marker OM2 weist eine Positionsmarke PSM in Form eines Pluszeichens auf, welche auf einem durch die zweite Kamera CM2 aufgenommenen Bild eine bessere Lokalisierung des zweiten ortsfesten optischen Markers OM2 ermöglicht. Die Identifizierung dieses Markers ist durch einen maschinenlesbaren Code MLC (in Figur 1 als Barcode dargestellt, allerdings auch als QR-Code ausführbar) gegeben. Diese Information kann auf dem durch die zweite Kamera CM2 aufgenommenen Bild ausgewertet werden. Für eine bessere Erkennung des zweiten ortsfesten optischen Markers OM2 ist außerdem eine alphanumerische Zwei als alphanumerisches Zeichen ANZ auf dem Marker vorgesehen, welche auf dem durch die zweite Kamera CM2 aufgenommenen Bild beispielsweise durch Betriebspersonal wahrgenommen werden kann.
  • Der erste ortsfeste optische Marker OM1 ist genauso aufgebaut. Natürlich enthält der dort verwendete Barcode andere Informationen, außerdem wird eine alphanumerische Eins verwendet. In Figur 1 kann der erste ortsfeste optische Marker OM1 sowohl durch die auf dem Fahrzeug FZ befindliche Kamera CM3 sowie durch die im Depot DP fest installierte erste Kamera CM1 aufgenommen werden (vgl. die angedeuteten Bildwinkel BW).
  • Der mobile optische Marker OMM auf dem Fahrzeug FZ weist als alphanumerisches Zeichen ein Zett auf, um durch das Betriebspersonal als ein zugbezogener mobiler optischer Marker wahrgenommen werden zu können. Auch hier ist ein Barcode verwendet, der eine entsprechende Information über das Fahrzeug FZ enthält. Als Positionsmarke wird ein Ix verwendet
  • In der Leitzentrale LZ kann ein Mitarbeiter BP des Betriebspersonals mit Unterstützung durch den Computer CP die durch die Kameras CM1, CM2, CM3 aufgenommenen Bilder auswerten, um die Position des Fahrzeugs FZ in dem Depot DP vor Inbetriebnahme zu bestimmen. Anschließend kann unter Zuhilfenahme dieser Ortsinformationen das Fahrzeug FZ in Betrieb genommen werden, um in einem eingeschränkten Betriebsmodus bis zu der Balise BL zu fahren und dort eine genaue Ortsinformation durch die Balisenüberfahrt zu generieren. Die Fahrt im eingeschränkten Betriebsmodus und somit auch der Übergang in den normalen Betriebsmodus nach Überfahrt der Balise kann fahrerlos erfolgen. Auch im normalen Betriebsmodus ist das Fahrzeug FZ vorzugsweise fahrerlos unterwegs.
  • In Figur 2 ist der Funktionszusammenhang der einzelnen Komponenten des Betriebsverfahrens gemäß Figur 1 näher dargestellt. Insbesondere ist dargestellt, wie der Computer CP das Verfahren unterstützt. Dabei wird gemäß Figur 2 berücksichtigt, dass der Computer CP, wie in Figur 1 dargestellt, in der Leitzentrale LZ vorhanden sein kann. Eine Alternative stellt jedoch die Durchführung des Verfahrens durch den Computer CP in dem Fahrzeug FZ dar. Daher sind in Figur 2 durch strichpunktierte Linien sowohl die Systemgrenzen bei einer Verwendung des Computers CP in der Leitzentrale LZ als auch bei einer Verwendung des Computers CP im Fahrzeug FZ angedeutet. Zu bemerken ist überdies, dass die Rechenleistung des Computers CP auf mehrere Prozessoren verteilt sein kann, die verteilt sowohl in der Leitzentrale LZ als auch in dem Fahrzeug FZ angeordnet sind. Auch hier soll im Zusammenhang mit dieser Erfindung von einem Computer CP gesprochen werden (hierbei wären die strichpunktierten Systemgrenzen LZ, FZ nicht existent).
  • Der Computer CP ist über eine vierte Schnittstelle S4 mit einer Speichereinrichtung SE verbunden. Die Speichereinrichtung SE kann die für die Durchführung des Verfahrens notwendige Software enthalten, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem Hochfahren beispielsweise des Computers CP im Fahrzeug FZ aktiviert wird. Auch kann die Speichereinrichtung SE zur Speicherung von Lokalisierungsinformationen, die durch das Verfahren berechnet werden, dienen.
  • Über eine fünfte Schnittstelle S5 ist der Computer CP mit der vierten Kamera CM4 und über eine sechste Schnittstelle S6 mit der dritten Kamera CM3 verbunden. Dies gilt für eine Unterbringung des Computers CP im Fahrzeug. Für eine Unterbringung des Computers CP in der Leitzentrale LZ gelten die in Klammern angegebenen Bezugszeichen gemäß Figur 2, d. h. dass wie in Figur 1 dargestellt, die erste Kamera CM1 über die erste Schnittstelle S1 und die zweite Kamera CM2 über die dritte Schnittstelle S3 mit dem Computer CP verbunden sind.
  • Über eine siebte Schnittstelle S7 ist der Computer CP mit einer Antennenanordnung AA verbunden, die eine Kommunikation über Funkschnittstellen ermöglicht, beispielsweise zwischen der Leitzentrale LZ und dem Fahrzeug FZ, aber auch beispielsweise des Fahrzeugs FZ mit der Balise BL (die Antennenanordnung kann zu diesem Zweck verschiedene Antennen aufweisen).
  • Über die achte Schnittstelle S8 ist der Computer CP mit einer Eingabeeinheit EE und über eine neunte Schnittstelle S9 mit einer Ausgabeeinheit AE verbunden. Die Eingabeeinheit EE ermöglicht in der bereits beschriebenen Weise Eingaben des Betriebspersonals, während die Ausgabeeinrichtung AE insbesondere die Darstellung der durch eine der Kameras CM1 ... CM4 aufgenommenen Bilder ermöglicht.
  • Der Ablauf des Verfahrens wird durch Figur 3 angedeutet. Die Systemgrenzen des Computers CP, in dem Verfahrensschritte automatisch durchgeführt werden, sowie der Leitzentrale LZ bzw. des Fahrzeugs FZ, in dem durch Betriebspersonal manuelle Verfahrensschritte durchgeführt werden können, ist in Figur 3 durch strichpunktierte Linien angedeutet. Dabei werden die in den Figuren 1 und 2 bezeichneten Schnittstellen genutzt.
  • Nach dem Start des Verfahrens erfolgt ein Aktivierungsschritt AKTV des Fahrzeugs. In einem nachfolgenden Bildaufnahmeschritt PICT wird durch eine der eingesetzten Kameras eine Bildaufnahme erzeugt. Diese kann alternativ über die neunte Schnittstelle S9 mittels der Ausgabeeinrichtung AE in einem Ausgabeschritt OUT für das Betriebspersonal ausgegeben werden. Dieses kann in einem manuellen Schritt ein Schätzen der relativen Position ESTM RPOS durchführen und anschließend durch einen Eingabeeinschritt IN unter Nutzung der achten Schnittstelle S8 die ermittelte relative Position in den Computer CP eingeben. Alternativ kann in einem Berechnungsschritt für die relative Position CALC RPOS die relative Position des Fahrzeugs zum mit dem Fahrzeug abgebildeten Marker berechnet werden.
  • Wieder alternativ kann manuell ein Schätzen der absoluten Position ESTM APOS des Fahrzeugs durch das Betriebspersonal erfolgen und in einem nachfolgenden Eingabeschritt IN die absolute Position APOS mittels der Eingabeeinrichtung EE über die achte Schnittstelle S8 in den Computer CP eingegeben werden. Alternativ kann die absolute Position APOS auch in einem Berechnungsschritt CALC APOS durch den Computer CP berechnet werden.
  • In jedem Fall kann die nun vorliegende absolute Position APOS verwendet werden, um in einem nächsten Schritt ein Setzen der Ortsinformation SET LOC durchzuführen. Diese steht im Computer CP dann zur Verfügung, um einen Betrieb im eingeschränkten Betriebsmodus MOD LIM des Fahrzeugs zu starten. Hierbei ist es möglich, dass das Betriebspersonal in einem Kontrollschritt CRTL den Betrieb im eingeschränkten Betriebsmodus überwacht (beispielsweise durch Auswertung weiterer Bilder, die mit den betreffenden Kameras aufgenommen werden). Damit ist es möglich, dass das Betriebspersonal einschreitet, wenn Betriebsstörungen oder Unfälle drohen.
  • In einem Abfrageschritt REP? wird entschieden, ob das Verfahren zur Lokalisierung erneut durchgeführt soll. Dies ist sinnvoll, wenn der Betrieb im eingeschränkten Betriebsmodus MOD LIM durch den Kontrollschritt CRTL des Betriebspersonals abgebrochen wird oder eine Wahrscheinlichkeit gegeben ist, dass eine Wiederholung der Lokalisierung (im eingeschränkten Betriebsmodus) eine Verbesserung der Lokalisierungsgenauigkeit bringt.
  • Wenn der Lokalisierungsschritt nicht wiederholt wird, erreicht das Fahrzeug während des Betriebs im eingeschränkten Betriebsmodus MOD LIM eine Ortungseinrichtung für eine genauere Ortung, wobei diese einen Erfassungsschritt für die absolute Position REC APOS ermöglicht, die wegen einer höheren Lokalisierungsgenauigkeit anschließend ein erneutes Setzen der genaueren Ortsinformation SET LOC ermöglicht. Ist dies erfolgt, kann in einem nächsten Schritt der Betrieb im normalen Betriebsmodus MOD NRM aufgenommen werden. Das Verfahren wird gestoppt.
    • Bezugszeichenliste
    • FZ
    Fahrzeug
    BL
    Balise
    GL
    Gleis
    DP
    Depot
    LZ
    Leitzentrale
    CP
    Computer
    CM1 ... CM4
    Kamera
    BW
    Bildwinkel
    OM1 ... OM2
    ortsfester optischer Marker
    OMM
    mobiler optischer Marker
    PSM
    Positionsmarke
    MLC
    maschinenlesbare Kodierung
    ANZ
    alphanumerisches Zeichen
    BP
    Mitarbeiter (Betriebspersonal)
    SE
    Speichereinrichtung
    AA
    Antennenanordnung
    EE
    Eingabeeinrichtung
    AE
    Ausgabeeinrichtung
    S1 ... S9
    Schnittstelle
    AKTV
    Aktivierungsschritt
    PICT
    Bildaufnahme Schritt
    CALC RPOS
    Berechnungsschritt für relative Position
    CALC APOS
    Berechnungsschritt für absolute Position
    SET LOC
    Setzen für Ortsinformationen
    REP?
    Abfrageschritt für Wiederholung
    REC APOS
    Erfassungsschritt für absolute Position
    MOD LIM
    Betrieb im eingeschränkten Betriebsmodus
    MOD NRM
    Betrieb im normalen Betriebsmodus
    OUT
    Ausgabeschritt des Computers
    IN
    Eingabeschritt für den Computer
    ESTM RPOS
    Schätzen der relativen Position
    ESTM APOS
    Schätzen der absoluten Position
    CRTL
    Kontrollschritt

Claims (14)

  1. Verfahren zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs (FZ) in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs (FZ),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Lokalisierung
    • mindestens eine Kamera (CM1 ... CM4) verwendet wird, welche von dem Fahrzeug (FZ) und von mindestens einem ortfesten optischen Marker (OM1, OM2), dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, ein Bild aufnimmt,
    • eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) zum ortsfesten optischen Marker (OM1, OM2) in dem Bild bestimmt wird,
    • die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des Markers und der relativen Position des Fahrzeugs (FZ) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei dem Verfahren eine Ausgabeeinrichtung (AE) zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeirichtung (EE) zur Eingabe der absoluten Fahrzeugposition verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    • bei dem Verfahren eine Ausgabeeinrichtung (AE) zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeirichtung (EE) zur Eingabe der relativen Fahrzeugposition verwendet werden,
    • die absolute Fahrzeugposition im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten optischen Markers (OM1, OM2) und der relativen Fahrzeugposition rechnergestützt bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    • die relative Fahrzeugposition zum ortfesten Marker (OM1, OM2) in dem Bild rechnergestützt bestimmt wird,
    • die absolute Fahrzeugposition im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten Markers (OM1, OM2) und der relativen Fahrzeugposition rechnergestützt bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    • die absolute Fahrzeugposition als vorläufige Ortsinformation für eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs (FZ) in einem eingeschränkten Betriebsmodus (MOD LIM) verwendet wird und
    • die vorläufige Ortsinformation durch eine sichere Ortsinformation ersetzt wird, sobald das Fahrzeug (FZ) durch eine mit einem Sicherheitslevel ausgestatteten Ortungseinrichtung erfasst wurde,
    • die sichere Ortsinformation nach einem Wechsel von dem eingeschränkten Betriebsmodus (MOD LIM) in einen normalen Betriebsmodus (MOD NRM) verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    in dem eingeschränkten Betriebsmodus mindestsens ein weiteres Mal zur Lokalisierung
    • die mindestens eine Kamera (CM1 ... CM4) verwendet wird, welche von dem Fahrzeug (FZ) und von mindestens einem ortfesten optischen Marker (OM1, OM2), dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist, ein Bild aufnimmt,
    • eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) zum ortfesten optischen Marker in dem Bild bestimmt wird,
    • die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortsfesten optischen Markers und der relativen Position des Fahrzeugs (FZ) bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im eingeschränkten Betriebsmodus (MOD LIM) die am nächsten liegende erreichbare Ortungseinrichtung angefahren wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der eingeschränkte Betriebsmodus (MOD LIM) auf eine Maximalgeschwindigkeit, die im eingeschränkten Betriebsmodus (MOD LIM) gefahren werden darf, und/oder auf eine Maximalstrecke, die im eingeschränkten Betriebsmodus (MOD LIM) zurückgelegt werden darf, begrenzt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Kamera (CM1 ... CM4) auch verwendet wird, um von einem am Fahrzeug (FZ) angebrachten mobilen optischen Marker (OMM), dessen Position am Fahrzeug (FZ) bekannt ist, ein Bild aufzunehmen.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ortfesten (OM1, OM2) und/oder mobilen optischen Marker (OMM) eine Codierung aus alphanumerischen Zeichen (ANZ) und/oder eine maschinenlesbare Codierung (MLC) aufweist.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ortsfesten (OM1, OM2) und/oder mobilen optischen Marker (OMM) eine Positionsmarke (PSM) aufweisen.
  12. Anordnung zur Lokalisierung eines spurgebundenen Fahrzeugs (FZ) in einem Streckennetz im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs (FZ),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anordnung aufweist:
    • mindestens einen ortfesten optischen Marker (OM1, OM2) der Anordnung, dessen absolute Position im Streckennetz bekannt ist,
    • mindestens eine Kamera (CM1 ... CM4), welche eingerichtet ist, von dem Fahrzeug (FZ) und von dem ortfesten optischen Marker (OM1, OM2) ein Bild aufzunehmen,
    • einen Computer (CP) der eingerichtet ist, eine Ausgabeeinrichtung (AE) zur Darstellung des Bildes und eine Eingabeeirichtung (EE) zur Eingabe der absoluten Fahrzeugposition anzusteuern, und/oder der eingerichtet ist, rechnergestützt eine relative Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) zum ortsfesten optischen Marker in dem Bild zu bestimmen und die absolute Fahrzeugposition des Fahrzeugs (FZ) im Streckennetz unter Berücksichtigung der absoluten Position des ortfesten optischen Markers und der relativen Position des Fahrzeugs (FZ) zu bestimmen.
  13. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 11.
  14. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach dem letzten voranstehenden Anspruch, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.
EP21166402.4A 2021-03-31 2021-03-31 Verfahren und anordnung zur lokalisierung eines spurgebundenen fahrzeugs in einem streckennetz im anschluss an eine inbetriebnahme des fahrzeugs Pending EP4067202A1 (de)

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CN202210305623.4A CN115140124B (zh) 2021-03-31 2022-03-25 在车辆起动后在路网中定位轨道导引的车辆的方法和装置

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