EP4286244A1 - Verfahren zum lokalisieren eines schienenfahrzeugs - Google Patents

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Publication number
EP4286244A1
EP4286244A1 EP23163656.4A EP23163656A EP4286244A1 EP 4286244 A1 EP4286244 A1 EP 4286244A1 EP 23163656 A EP23163656 A EP 23163656A EP 4286244 A1 EP4286244 A1 EP 4286244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
rail
image data
course
characteristic
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
EP23163656.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zhan Wang
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
Publication of EP4286244A1 publication Critical patent/EP4286244A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • 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
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route

Definitions

  • the invention relates to a method for locating a rail vehicle and a method for controlling a rail vehicle.
  • the invention is based on the object of providing an improved method for locating a rail vehicle and an improved method for controlling a rail vehicle.
  • a method for locating a rail vehicle comprising: receiving image data from a camera sensor of the rail vehicle, the image data depicting an environment of the rail vehicle, and the image data comprising a plurality of frames recorded at different recording times;
  • a visual odometry method is carried out based on image data from a camera sensor, each of which depicts the surroundings of the rail vehicle. Based on the visual odometry method, a position of the rail vehicle and the associated localization of the rail vehicle can be determined.
  • the visual odometry method enables precise localization of the rail vehicle.
  • the visual odometry method and the associated localization described are primarily carried out on the image data from the camera sensor of the rail vehicle. The described method for locating the rail vehicle is therefore not dependent on satellite data from conventional navigation systems.
  • the method according to the invention for localizing a rail vehicle thus enables localization independently of satellite data from conventional navigation systems and can thus enable localization of the rail vehicle, particularly in situations in which said satellite data are not available or are possibly incorrect.
  • visual odometry enables far more precise localization than conventional navigation systems.
  • localization means locating a rail vehicle relative to a rail route traveled by the rail vehicle.
  • the localization can be effected taking into account a map display depicting the respective rail route.
  • characteristic elements are determined in different frames of the image data, which are each recorded at different times.
  • the characteristic elements can be given by recognizable colors or shapes within the different frames of the image data.
  • the characteristic elements can, but do not have to, also be provided by actually recognized objects within the environment of the rail vehicle.
  • a change in the position of the characteristic elements within the different frames is subsequently detected.
  • the position of the characteristic elements within the frames of the image data can be given by the pixels of the individual image recording that represent the characteristic elements.
  • a change in position of the rail vehicle can ultimately be determined between the different recording times in which the respective frames of the image recording were recorded.
  • a movement model of the rail vehicle can also be taken into account.
  • the movement model represents a model description of the movement of the rail vehicle.
  • the movement model comprises a course of a rail path traveled by the rail vehicle and a speed value of the rail vehicle.
  • the movement model enables the movement of the rail vehicle to be described as precisely as possible. Due to the restriction of the movement of the rail vehicle to the course of the rail path traveled by the rail vehicle, the movement model can be designed to be comparatively simple and simple and primarily include the course of the rail path and the speed of the rail vehicle.
  • the comparatively simple movement model allows the number of characteristic elements within the different frames of the image recordings, which must be taken into account in the visual odometry method to determine the position change of the rail vehicle, to be reduced. Theoretically, if the course of the railway path is as simple as possible, for example a straight course, the number of required characteristic elements within a frame of the image data can be reduced to just one characteristic element.
  • a precise determination of the position change of the rail vehicle between the recording times of the different frames of the image recordings can be achieved. Due to the small number of characteristic elements required within the image recordings to carry out the visual odometry method, the computing capacity required to carry out the visual odometry can be reduced.
  • the course of the rail route is provided by map information of a map representation of the rail route traveled by the rail vehicle.
  • the technical advantage can be achieved that precise consideration of the course of the rail route being traveled and, associated with this, a precise movement model can be provided, which in turn leads to a precise Localization of the rail vehicle contributes.
  • the different courses of the rail routes that can be traveled by the rail vehicle can be stored in a corresponding map display of the various rail routes. This eliminates the need for a laborious calculation of the course of the rail route, for example based on the images captured by the camera sensor.
  • the localization of the rail vehicle can thereby be further simplified.
  • the course of the rail path is parameterized by a straight course, a curve with a constant curve radius or by a transition spiral course with a changeable curve radius.
  • the course of a rail route traveled by the rail vehicle can be divided into three categories, a straight course, a curved course with a constant curve radius and a transitional spiral course with a changeable curve radius.
  • the movement model can be further reduced in complexity, which can further simplify the localization of the rail vehicle.
  • the described classification of the course of the rail route can be used to describe any rail route that can be traveled by a rail vehicle.
  • the course of the rail path is parameterized in the movement model by a mathematical function.
  • the technical advantage can be achieved that the course of the rail route can be taken into account precisely in the movement model.
  • the course of the rail route is parameterized using a suitable mathematical function.
  • the rail routes are divided into three different ones divided into classes.
  • a corresponding mathematical function for describing the progressions mentioned can be given, for example, by a correspondingly suitable polynomial function. This enables the simplest possible mathematical parameterization of the course of a rail route traveled by the rail vehicle.
  • a correspondingly suitable mathematical function an easy-to-use movement model of the rail vehicle is also made possible.
  • the starting position is determined via a position information from a global navigation satellite system.
  • the technical advantage can be achieved that a precise starting position of the rail vehicle can be achieved for determining the change in position of the rail vehicle relative to the starting position and, associated with this, for locating the rail vehicle.
  • the visual odometry method enables the gradual determination of position changes of the rail vehicle between the recording times of the different frames of the image recordings.
  • the position changes of the rail vehicle determined by the visual odometry method are related to an initial position of the rail vehicle. This corresponds to a geographical indication that corresponds to the geographical indications of the map display.
  • the starting position is given by a position indication of a characteristic object in the environment of the rail vehicle or by a distinguished section of the rail path.
  • the starting position can be given by a characteristic object within the environment of the rail vehicle or by a distinguished section of the rail path traveled by the rail vehicle. This enables the initial position to be determined as simply as possible.
  • recognition of the characteristic object in the environment of the rail vehicle results in the execution of a trained object recognition on the image data, the object recognition being designed as a correspondingly trained artificial intelligence.
  • detection of the characteristic section of the rail track is effected by a wireless signal received by the rail vehicle.
  • a corresponding transmitter device can be designed on the rail track to send out a wireless signal, so that the characteristic section of the rail track can be easily determined.
  • a characteristic object includes a train station, a position indication positioned on the railway path, a tunnel, a bridge, a switch area, a characteristic building, a signal mast.
  • the technical advantage can be achieved that any characteristic objects or characteristic sections of the rail route that occur in the course of a rail route can be used to determine the starting position of the method for locating the rail vehicle. This enables a high degree of applicability of the method according to the invention for locating a rail vehicle.
  • the designated section of the rail track is an entry/exit area into one of a station area, a switch area, a tunnel area, a bridge area, and wherein the wireless signal is a signal from a balise element arranged on the rail track.
  • balise elements as signal transmitters of the wireless signal, which are each arranged along the rail path, a wide variety of sections of the rail path can be taken into account to determine the starting position.
  • the Balise elements no additional transmitting elements are necessary to provide the wireless signals.
  • a computing unit is provided, wherein the computing unit is designed to carry out the method for locating a rail vehicle according to one of the preceding embodiments and/or the method according to the invention for controlling a rail vehicle.
  • a computer program product comprising commands which, when the program is executed by a data processing unit, cause the latter to carry out the method for locating a rail vehicle according to one of the preceding embodiments and/or the method according to the invention for controlling a rail vehicle.
  • FIG 1 shows a schematic representation of a system 300 for locating a rail vehicle 301.
  • FIG 1 shows a rail vehicle 301 traveling on a rail route 307.
  • the rail vehicle 301 can be a common rail vehicle known from the prior art, for example a tram, an S-Bahn, a regional train, an intercity or a subway.
  • the rail vehicle 301 includes a camera sensor 303.
  • the camera sensor 303 can be used to create image data that depicts the surroundings of the rail vehicle 301.
  • the rail vehicle 301 further comprises a computing unit 305.
  • the computing unit 305 is set up to carry out a method according to the invention for locating a rail vehicle 301.
  • image data from the camera sensor 303 is first received.
  • the image data depicts the environment of the rail vehicle 301 and is recorded in a number of different frames at different recording times.
  • a visual odometry method is then carried out.
  • the characteristic elements can be given, for example, by recognizable, characteristic colors or shapes within the individual frames of the image data.
  • the characteristic elements therefore do not have to be actual recognized objects that are arranged in the environment of the rail vehicle. Rather, the characteristic elements can be given by individual, recognizable aspects within the image recording, for example color and/or shape aspects represented by individual pixel groups.
  • the characteristic elements can also be given by recognized actual objects arranged within the environment of the rail vehicle 301.
  • the computing unit 305 determines a change in position of the characteristic elements between different frames of the image data.
  • Changes in position of the characteristic elements can be parameterized by the individual pixels within the frames of the image data, which represent the respective characteristic elements.
  • transformation matrices can be calculated, by means of which a transformation of the characteristic elements of the different frames is possible. These transformation matrices can, for example, take rotational or translational movements into account. The transformation matrices can be used to determine the position changes of the characteristic elements between different frames of the image recordings.
  • the visual odometry method may further include selecting the appropriate characteristic elements within the various frames to be used to determine the position changes. This can in turn include execution of a RANSAC algorithm, by means of which the characteristic elements can be selected by which a movement of the rail vehicle relative to the surroundings can be determined. In particular, objects in the rail vehicle that carry out a movement relative to the rail vehicle should be sorted out.
  • the characteristic elements should primarily represent static objects in the environment from which a clear movement of the vehicle can be determined.
  • a change in position of the rail vehicle 301 between different recording times of the recordings of the different frames of the image data is subsequently calculated.
  • the already mentioned transformation matrices and the rotational or translational movements described therein can be used for this purpose be taken into account.
  • a movement model of the rail vehicle 301 is also taken into account.
  • the movement model represents a model description of a movement of the rail vehicle 301 along the rail route 307 being traveled.
  • the movement model includes a course 311 of the rail route 307 being traveled and a speed of the rail vehicle 301.
  • the description of the course 311 of the rail route 307 traveled by the rail vehicle 301 can, according to one embodiment, be provided by a map representation 309 of the rail route 307.
  • the map representation 309 can, for example, be a digital rail route map in which corresponding information regarding the course of the rail route is stored.
  • the course 311 of the rail path 307 can be parameterized by a straight course, a curve with a constant curve radius or by a transition spiral course with a changeable curve radius.
  • the course 311 of the rail path 307 can be parameterized by a corresponding mathematical function.
  • the mathematical function can be formed, for example, by a corresponding polynomial function.
  • the direction of movement of the rail vehicle 301 is determined by the course 311 of the rail path 307.
  • the rail vehicle can obviously only be moved along rail route 307.
  • the possible travel trajectory of the rail vehicle 301 is described by the course of the mathematical function.
  • the respective speed of the rail vehicle 301 can primarily be added to the movement model by the rail vehicle 301.
  • the movement model therefore primarily includes the course of the rail route and the speed of the rail vehicle 301.
  • the movement of the rail vehicle can be described exhaustively here.
  • the route 311 of the railway route 307 in combination with the speed of the rail vehicle 301 thus describe a clear travel trajectory of the rail vehicle 301 and thus a clear movement model.
  • a position of the rail vehicle 301 is subsequently calculated in relation to a starting position.
  • the starting position represents an excellent position of the rail vehicle 301, which serves as a reference point for locating the rail vehicle 301.
  • the starting position can be based, for example, on satellite signals from a global navigation satellite system. Based on the satellite signals, the position of the rail vehicle 301 can be determined relative to the map display 309.
  • the rail vehicle 301 For receiving the satellite signals from the global navigation satellite system, the rail vehicle 301 also includes a corresponding GMSS receiver 319.
  • the starting position can be determined via characteristic objects in the environment of the rail vehicle 301 or via prominent sections of the rail route 307 in use.
  • appropriately trained object recognition 317 which is designed, for example, as an appropriately trained artificial intelligence, can appropriately distinguish objects in the environment of the rail vehicle based on the image data from the camera sensor 303 301 can be recognized.
  • the distinguished characteristic objects can, for example, be given by train stations, position information positioned on the railway path, tunnels, bridges, switch areas, characteristic buildings or signal masts, which are each positioned along the railway path 307 and which are stored with corresponding information and position information in the map representation 309.
  • a corresponding starting position of the rail vehicle 301 relative to the map representation 309 can be determined, taking into account the position information of the map representation 309.
  • the starting position can be provided by radio signals provided by signal transmitters arranged on the rail path 307.
  • the signal transmitters can be provided, for example, by balise elements 313, which are positioned along the rail route 307 and send corresponding wireless signals 315 to the rail vehicle 301.
  • Characteristic sections of the rail route 307 can be displayed to the rail vehicle 301 by means of the corresponding wireless signals 315 from the balise elements 313.
  • the characteristic sections of the rail route 1307 can, for example, be given by entrance or exit areas into or out of a station area, through switch areas, tunnel areas or bridge areas, which are stored with corresponding information and position information in the map display 309.
  • the wireless signals 315 of the balise elements 313, corresponding starting positions for the localization of the rail vehicle 301 can be determined when the rail vehicle 301 is traveling on the rail route 307.
  • precise localization of the rail vehicle 301 when traveling on the rail path 307 can therefore be carried out by executing the visual odometry method based on the image data from the camera sensor 303. This is done by executing the visual odometry method for the different recording times the frames of the image data from the camera sensor 303 determine position changes of the rail vehicle 301.
  • the position changes determined via the visual odometry method can be used to clearly localize the rail vehicle 301 relative to the map display 309.
  • FIG 2 shows a flowchart of a method 100 for locating a rail vehicle 301.
  • a first method step 101 image data from a camera sensor 303 is received by the computing unit 305 of the rail vehicle 301, the image data depicting the surroundings of the rail vehicle 301 and being recorded in different frames at different recording times.
  • a visual odometry method is carried out based on the image data.
  • characteristic elements in the various frames of the image data are determined.
  • a method step 109 position changes of the characteristic elements within the different frames of the image data are detected.
  • step 111 position changes of the rail vehicle 301 between the different recording times of the recordings of the different frames of the image data are calculated based on the position changes of the characteristic elements within the frames of the image data. This is done taking into account a movement model of the rail vehicle 301, with which a model description of the movement of the rail vehicle 310 along the traveled rail path 307 is given.
  • a localization of the rail vehicle 301 is determined taking into account the previously determined position changes with respect to the initial position.
  • a position of the rail vehicle 301 is determined in relation to the map representation 309.
  • FIG 3 shows a flowchart of a method 200 for controlling a rail vehicle 301.
  • a localization of rail vehicle 301 is first carried out according to method 100 for localizing a rail vehicle 301 according to the embodiments described above.
  • the rail vehicle 301 is controlled taking into account the specific localization or the determined position of the rail vehicle 301 in relation to the rail routes described in the map display.
  • the computing unit 305 provides control signals for executing at least one control function of the rail vehicle 301.
  • the control functions can include, among others: starting, accelerating, braking, stopping.
  • FIG 4 shows a schematic representation of a computer program product 400, comprising commands which, when the program is executed by a computing unit, cause the program to execute the method 100 for locating a rail vehicle 301 and/or the method 200 for controlling a rail vehicle 301.
  • the computer program product 400 is stored on a storage medium 401 in the embodiment shown.
  • the storage medium 401 can be any storage medium known from the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs (301), umfassend:Empfangen (101) von Bilddaten eines Kamerasensors (303) des Schienenfahrzeugs (301), wobei die Bilddaten ein Umfeld des Schienenfahrzeugs (301) abbilden, und wobei die Bilddaten eine Mehrzahl von zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten aufgenommenen Frames umfassen;Ausführen (103) eines visuellen Odometrie-Verfahrens basierend auf den Bilddaten; undErmitteln (105) einer Position des Schienenfahrzeugs (301) basierend auf Ergebnissen des visuellen Odometrieverfahrens.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs (301).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs.
  • Für das Steuern von Schienenfahrzeugen ist eine präzise Lokalisierung der Schienenfahrzeuge essenziell. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, in denen die Lokalisierung der Schienenfahrzeuge mittels GPS oder andere Globaler-Navigations-Satelliten-Systemen bewirkt. Eine derartige Lokalisierung kann jedoch ungenau und unverlässlich sein, da Signale fehlerhaft oder nicht verfügbar sein können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs und ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs und das Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs bereitgestellt, umfassend: Empfangen von Bilddaten eines Kamerasensors des Schienenfahrzeugs, wobei die Bilddaten ein Umfeld des Schienenfahrzeugs abbilden, und wobei die Bilddaten eine Mehrzahl von zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten aufgenommenen Frames umfassen;
  • Ausführen eines visuellen Odometrieverfahrens basierend auf den Bilddaten; und
  • Ermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs basierend auf Ergebnissen des visuellen Odometrieverfahrens.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Hierzu wird basierend auf Bilddaten eines Kamerasensors, die jeweils ein Umfeld des Schienenfahrzeugs abbilden, ein visuelles Odometrieverfahren ausgeführt. Basierend auf dem visuellen Odometrieverfahren lässt sich eine Position des Schienenfahrzeugs und damit verbunden eine Lokalisierung des Schienenfahrzeugs ermitteln. Durch das visuelle Odometrieverfahren ist eine präzise Lokalisierung des Schienenfahrzeugs ermöglicht. Darüber hinaus wird das visuelle Odometrieverfahren und damit verbunden die beschriebene Lokalisierung primär auf den Bilddaten des Kamerasensors des Schienenfahrzeugs ausgeführt. Das beschriebene Verfahren zum Lokalisieren des Schienenfahrzeugs ist somit nicht auf Satellitendaten von üblichen Navigationssystemen angewiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs ermöglicht somit eine Lokalisierung unabhängig von Satellitendaten üblicher Navigationssysteme und kann somit insbesondere in Situationen eine Lokalisierung des Schienenfahrzeugs ermöglichen, in dem genannte Satellitendaten nicht zur Verfügung stehen oder gegebenenfalls fehlerhaft sind. Darüber hinaus durch die visuelle Odometrie eine weitaus präzisere Lokalisierung ermöglicht als durch übliche Navigationssysteme.
  • Unter Lokalisieren ist im Sinne der Anmeldung ein Verorten eines Schienenfahrzeugs relativ zu einem durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenweg. Das Lokalisieren kann gemäß einer Ausführungsform unter Berücksichtigung einer den jeweiligen Schienenweg abbildenden Kartendarstellung bewirkt werden.
  • Nach einer Ausführungsform umfasst das Ausführen des visuellen Odometrieverfahrens:
    • Ermitteln eines charakteristischen Elements in einem ersten Frame und einem zweiten Frame der Bilddaten;
    • Ermitteln einer Positionsänderung des charakteristischen Elements im ersten Frame und im zweiten Frame;
    • Ermitteln einer Positionsänderung des Schienenfahrzeugs zwischen einem ersten Aufnahmezeitpunkt des ersten Frames und einem zweiten Aufnahmezeitpunkt des zweiten Frames basierend auf der Positionsänderung unter Berücksichtigung eines Bewegungsmodels des Schienenfahrzeugs; und
    • Ermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs in Bezug auf eine Ausgangsposition unter Berücksichtigung der ermittelten Positionsänderung des Schienenfahrzeugs.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Lokalisierung des Schienenfahrzeugs ermöglicht ist. Hierzu werden in verschiedenen Frames der Bilddaten, die jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen werden, charakteristische Elemente ermittelt. Die charakteristischen Elemente können hierbei durch wiedererkennbare Farbgebungen bzw. Formen innerhalb der verschiedenen Frames der Bilddaten gegeben sein. Die charakteristischen Elemente können, müssen aber nicht, auch durch tatsächlich erkannte Objekte innerhalb des Umfelds des Schienenfahrzeugs bereitgestellt sein. Für die verschiedenen Frames der Bilddaten, in denen die charakteristischen Elemente jeweils ermittelt sind, wird darauffolgend eine Änderung der Position der charakteristischen Elemente innerhalb der verschiedenen Frames detektiert. Die Position der charakteristischen Elemente innerhalb der Frames der Bilddaten können durch die die charakteristischen Elemente darstellenden Pixel der einzelnen Bildaufnahme gegeben sein. Basierend auf der Positionsveränderungen der charakteristischen Elemente zwischen verschiedenen Frames der Bildaufnahmen kann letztendlich eine Positionsänderung des Schienenfahrzeugs zwischen den verschiedenen Aufnahmezeitpunkten ermittelt werden, in denen die jeweiligen Frames der Bildaufnahme aufgenommen wurden. Zur Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs kann ferner ein Bewegungsmodell des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden. Das Bewegungsmodell stellt hierbei eine Modellbeschreibung der Bewegung des Schienenfahrzeugs dar.
  • Nach einer Ausführungsform umfasst das Bewegungsmodell einen Verlauf eines durch das Schienenfahrzeugs befahrenen Schienenwegs und einen Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs umfasst.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine möglichst präzise Beschreibung der Bewegung des Schienenfahrzeugs durch das Bewegungsmodell ermöglicht ist. Aufgrund der Einschränkung der Bewegung des Schienenfahrzeugs auf den Verlauf des durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs kann das Bewegungsmodell vergleichsweise einfach und simpel ausgebildet sein und primär den Verlauf des Schienenwegs und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs umfassen. Durch das vergleichsweise einfach ausgebildete Bewegungsmodell kann die Anzahl von charakteristischen Elementen innerhalb der verschiedenen Frames der Bildaufnahmen, die in dem visuellen Odometrieverfahren zur Positionsänderungsbestimmung des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden müssen, reduziert werden. Theoretisch kann bei einem möglichst einfachen Verlauf des Schienenwegs, beispielsweise bei einem gerade Verlauf, die Anzahl benötigter charakteristischer Elemente innerhalb eines Frames der Bilddaten auf lediglich ein charakteristisches Element reduziert werden. Basierend auf dem einen charakteristischen Element kann eine präzise Positionsänderungsermittlung des Schienenfahrzeugs zwischen den Aufnahmezeitpunkten der verschiedenen Frames der Bildaufnahmen erreicht werden. Durch die geringe Anzahl von benötigten charakteristischen Elementen innerhalb der Bildaufnahmen zur Ausführung des visuellen Odometrieverfahrens kann die benötigte Rechenkapazität zur Ausführung der visuellen Odometrie verringert werden.
  • Nach einer Ausführungsform ist der Verlauf des Schienenwegs durch eine Karteninformation einer Kartendarstellung des durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs bereitgestellt.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Berücksichtigung des Verlaufs des befahrenen Schienenwegs und damit verbunden ein präzises Bewegungsmodell bereitgestellt werden kann, das wiederum zu einer präzisen Lokalisierung des Schienenfahrzeugs beiträgt. Die verschiedenen Verläufe der durch das Schienenfahrzeug befahrbaren Schienenwege kann hierbei in einer entsprechenden Kartendarstellung der verschiedenen Schienenwege hinterlegt sein. Eine umständliche Berechnung des Verlaufs des Schienenwegs, beispielsweise basierend auf den Bildaufnahmen des Kamerasensors, entfällt hierbei. Die Lokalisierung des Schienenfahrzeugs kann hierdurch weiter vereinfacht werden.
  • Nach einer Ausführungsform ist der Verlauf des Schienenwegs durch einen geraden Verlauf, einen Kurvenverlauf mit konstantem Kurvenradius oder durch einen Übergangsspiralverlauf mit veränderbarem Kurvenradius parametrisiert.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Beschreibung des Verlaufs des Schienenwegs und damit verbunden ein präzises Bewegungsmodell des Schienenfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Der Verlauf eines durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs kann hierbei in drei Kategorien eingeteilt werden, einem geraden Verlauf, einem Kurvenverlauf mit konstantem Kurvenradius und einem Übergangsspiralverlauf mir veränderbarem Kurvenradius. Durch diese kategorische Einteilung kann das Bewegungsmodell weiter in Komplexität reduziert werden, wodurch die Lokalisierung des Schienenfahrzeugs weiter vereinfacht werden kann. Die beschriebene Klassifizierung des Verlaufs des Schienenwegs können beliebige Schienenwege, die durch ein Schienenfahrzeug befahrbar sind, beschrieben werden.
  • Nach einer Ausführungsform ist im Bewegungsmodell der Verlauf des Schienenwegs durch eine mathematische Funktion parametrisiert.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Berücksichtigung des Verlaufs des Schienenwegs im Bewegungsmodell ermöglicht ist. Hierzu wird der Verlauf des Schienenwegs durch eine hierzu geeignete mathematische Funktion parametrisiert. Wie in der obigen Ausführungsform beschrieben, werden die Schienenwege in drei verschiedene Klassen eingeteilt. Eine entsprechende mathematische Funktion zur Beschreibung der genannten Verläufe kann beispielsweise durch eine entsprechend geeignete Polynomfunktion gegeben sein. Dies ermöglicht eine möglichst einfache mathematische Parametrisierung des Verlaufs eines durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs. Durch die Beschreibung des Verlaufs des Schienenwegs durch eine entsprechend geeignete mathematische Funktion ist ferner ein einfach zu handhabendes Bewegungsmodell des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
  • Nach einer Ausführungsform ist die Ausgangsposition über eine Positionsangabe eines Globalen-Navigations-Satelliten-Systems bestimmt.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Ausgangsposition des Schienenfahrzeugs zur Ermittlung der Positionsänderung des Schienenfahrzeugs relativ zur Ausgangsposition und damit verbunden zur Lokalisierung des Schienenfahrzeugs erreicht werden. Das visuelle Odometrieverfahren ermöglicht jeweils die schrittweise Bestimmung von Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs zwischen den Aufnahmezeitpunkten der verschiedenen Frames der Bildaufnahmen. Zur tatsächlichen Lokalisierung des Schienenfahrzeugs in Bezug auf eine Kartenbeschreibung des durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs werden die durch das visuelle Odometrieverfahren bestimmten Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs mit einer Ausgangsposition des Schienenfahrzeugs in Bezug gesetzt. Dieser entspricht einer geographischen Angabe, die denen der geographischen Angaben der Kartendarstellung entsprechen. Durch die Berücksichtigung der Satellitendaten des globalen Navigationssystems kann eine präzise Bestimmung der Ausgangsposition und damit verbunden eine präzise Lokalisierung des Schienenfahrzeugs erreicht werden.
  • Nach einer Ausführungsform ist die Ausgangsposition über eine Positionsangabe eines charakteristischen Objekts im Umfeld des Schienenfahrzeugs oder durch einen ausgezeichneten Abschnitt des Schienenwegs gegeben.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Bestimmung der Ausgangsposition des Schienenfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Die Ausgangsposition kann hierbei durch ein charakteristisches Objekt innerhalb des Umfelds des Schienenfahrzeugs oder durch einen ausgezeichneten Abschnitt des durch das Schienenfahrzeug befahrenen Schienenwegs gegeben sein. Dies ermöglicht eine möglichst einfache Bestimmung der Ausgangsposition.
  • Nach einer Ausführungsform wird eine Erkennung des charakteristischen Objekts im Umfeld des Schienenfahrzeugs eine Ausführung einer trainierten Objekterkennung auf die Bilddaten bewirkt, wobei die Objekterkennung als eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz ausgebildet ist.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Ermittlung der charakteristischen Objekte bzw. ausgezeichneten Abschnitte des Schienenwegs und damit verbunden eine präzise Ermittlung der Ausgangsposition ermöglicht ist.
  • Nach einer Ausführungsform wird eine Detektion des charakteristischen Abschnitts des Schienenwegs durch ein durch das Schienenfahrzeug empfangenes Drahtlos-Signal bewirkt.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine möglichst einfache Detektion eines charakteristischen Abschnitts des Schienenwegs ermöglicht ist. Am Schienenweg kann hierzu ein entsprechendes Sendegerät zum Aussenden eines drahtlos-Signals ausgebildet sein, so dass eine einfache Bestimmung des charakteristischen Abschnitts des Schienenwegs ermöglicht ist.
  • Nach einer Ausführungsform umfasst ein charakteristisches Objekt ein Bahnhof, ein am Schienenweg positionierte Positionsangabe, ein Tunnel, eine Brücke, ein Weichenbereich, ein charakteristisches Gebäude, ein Signalmast.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass beliebige im Verlauf eines Schienenwegs auftretende charakteristische Objekte bzw. charakteristische Abschnitte des Schienenwegs zur Bestimmung der Ausgangsposition des Verfahrens zur Lokalisierung des Schienenfahrzeugs verwendet werden können. Dies ermöglicht eine hohe Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lokalisierung eines Schienenfahrzeugs.
  • Nach einer Ausführungsform ist der ausgezeichnete Abschnitt des Schienenwegs ein Einfahrtsbereich/Ausfahrtsbereich in einen aus einem Bahnhofsbereich, ein Weichenbereich, ein Tunnelbereich, ein Brückenbereich ist, und wobei das Drahtlossignal ein Signal eines am Schienenweg angeordneten Balise-Elements.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass verschiedenste im Verlauf eines Schienenwegs auftretende charakteristische Abschnitte zur Bestimmung der Ausgangsposition des Lokalisierungsverfahrens berücksichtigt werden können. Durch die Verwendung von Balise-Elementen als Signalgeber des Drahtlossignals, die jeweils entlang des Schienenwegs angeordnet sind, können verschiedenste Abschnitte des Schienenwegs zur Bestimmung der Ausgangsposition berücksichtigt werden. Durch die Verwendung der Balise-Elemente sind keine zusätzlichen Sendeelemente zur Bereitstellung der Drahtlossignale notwendig.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs bereitgestellt, umfassend:
    • Ausführen des Verfahrens zum Lokalisieren des Schienenfahrzeugs nach einer der voranstehenden Ausführungsformen;
    • Ansteuern des Schienenfahrzeugs unter Berücksichtigung von Lokalisierungsangaben des Verfahrens.
  • Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs bereitgestellt werden kann, dass auf einem verbesserten Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs mit den oben genannten technischen Vorteilen basiert.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Recheneinheit bereitgestellt, wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, das Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs nach einer der voranstehenden Ausführungsformen und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs auszuführen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle bereitgestellt, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs nach einer der voranstehenden Ausführungsformen und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs auszuführen.
  • Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die Erläuterungen der folgenden, stark vereinfachten, schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen jeweils:
    • FIG 1
    eine schematische Darstellung eines Systems zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs;
    FIG 2
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs;
    FIG 3
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Schienenfahrzeugs; und
    FIG 4
    eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.
  • FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 300 zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs 301.
  • FIG 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 301, das auf einem Schienenweg 307 fährt. Das Schienenfahrzeug 301 kann ein übliches aus dem Stand der Technik bekanntes Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Straßenbahn, eine S-Bahn, ein Regionalzug, ein Intercity oder eine U-Bahn sein.
  • Das Schienenfahrzeug 301 umfasst einen Kamerasensor 303. Über den Kamerasensor 303 sind Bilddaten erstellbar, die ein Umfeld des Schienenfahrzeugs 301 abbilden. Das Schienenfahrzeug 301 umfasst ferner eine Recheneinheit 305. Die Recheneinheit 305 ist eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs 301 auszuführen.
  • Zum Lokalisieren des Schienenfahrzeugs 301 werden zunächst Bilddaten des Kamerasensors 303 empfangen. Die Bilddaten bilden hierbei das Umfeld des Schienenfahrzeugs 301 ab und werden in einer Mehrzahl von verschiedenen Frames zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten aufgenommen.
  • Basierend auf den Bilddaten des Kamerasensors 303 wird darauffolgend ein visuelles Odometrieverfahren ausgeführt.
  • Dies umfasst, dass zunächst charakteristische Elemente in den verschiedenen Frames der Bilddaten ermittelt werden. Die charakteristischen Elemente können beispielsweise durch wiedererkennbare charakteristische Farbgebungen oder Formgebungen innerhalb der einzelnen Frames der Bilddaten gegeben sein. Die charakteristischen Elemente müssen somit keine tatsächlichen erkannten Objekte sein, die im Umfeld des Schienenfahrzeugs angeordnet sind. Die charakteristischen Elemente können vielmehr durch einzelne wiedererkennbare Aspekte innerhalb der Bildaufnahme gegeben sein, beispielsweise durch einzelne Pixelgruppen dargestellte Farb- und/oder Formaspekte.
  • Alternativ können die charakteristischen Elemente auch durch erkannte tatsächliche innerhalb des Umfelds des Schienenfahrzeugs 301 angeordnete Objekte gegeben sein.
  • Basierend auf den charakteristischen Elementen der verschiedenen Frames der Bilddaten wird durch die Recheneinheit 305 eine Positionsänderung der charakteristischen Elemente zwischen verschiedenen Frames der Bilddaten ermittelt. Positionsänderungen der charakteristischen Elemente können hierbei durch die einzelnen Pixel innerhalb der Frames der Bilddaten, die die jeweiligen charakteristischen Elemente darstellen, parametrisiert sein. Zur Bestimmung der Positionsänderung der einzelnen charakteristischen Elemente innerhalb der verschiedenen Frames der Bilddaten können beispielsweise Transformationsmatrizen berechnet werden, mittels denen eine Transformation der charakteristischen Elemente der verschiedenen Frames ermöglicht ist. Diese Transformationsmatrizen können beispielsweise Rotations- bzw. Translationsbewegungen berücksichtigen. Durch die Transformationsmatrizen lassen sich die Positionsänderungen der charakteristischen Elemente zwischen verschiedenen Frames der Bildaufnahmen ermitteln.
  • Das visuelle Odometrieverfahren kann ferner eine Auswahl der passenden charakteristischen Elemente innerhalb der verschiedenen Frames umfassen, die zur Bestimmung der Positionsänderungen verwendet werden sollen. Dies kann wiederum eine Ausführung eines RANSAC-Algorithmus umfassen, mittels dem die charakteristischen Elemente auswählbar sind, an denen eine Bewegung des Schienenfahrzeugs relativ zum Umfeld ermittelbar ist. Heraussortiert sollen insbesondere derartige Objekte im des Schienenfahrzeugs werden, die selbst eine Bewegung relativ zum Schienenfahrzeug ausführen. Primär sollen durch die charakteristischen Elemente statische Objekte des Umfelds repräsentiert werden, an denen eine eindeutige Bewegung des Fahrzeugs ermittelbar ist.
  • Basierend auf den Positionsänderungen der charakteristischen Elemente zwischen den verschiedenen Frames der Bilddaten wird darauffolgend eine Positionsänderung des Schienenfahrzeugs 301 zwischen verschiedenen Aufnahmezeitpunkten der Aufnahmen der verschiedenen Frames der Bilddaten berechnet. Hierzu können wiederum die bereits erwähnten Transformationsmatrizen und die darin beschriebenen Rotations- bzw. Translationsbewegungen berücksichtigt werden. Für die Ermittlung der Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs 301 wird ferner eine Bewegungsmodell des Schienenfahrzeugs 301 berücksichtigt. Das Bewegungsmodell stellt hierbei eine Modellbeschreibung einer Bewegung des Schienenfahrzeugs 301 entlang dem jeweils befahrenen Schienenweg 307 dar.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bewegungsmodell einen Verlauf 311 des befahrenen Schienenwegs 307 und eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 301. Die Beschreibung des Verlaufs 311 des durch das Schienenfahrzeug 301 befahrenen Schienenweg 307 kann gemäß einer Ausführungsform durch eine Kartendarstellung 309 des Schienenwegs 307 bereitgestellt sein. Die Kartendarstellung 309 kann beispielsweise eine digitale Schienenwegkarte sein, in der entsprechende Informationen bzgl. des Verlaufs des Schienenwegs hinterlegt sind. Der Verlauf 311 des Schienenwegs 307 kann hierbei durch einen geraden Verlauf, einen Kurvenverlauf mit konstantem Kurvenradius oder durch einen Übergangsspiralverlauf mit veränderbarem Kurvenradius parametrisiert sein. Insbesondere kann im Bewegungsmodell der Verlauf 311 des Schienenwegs 307 durch eine entsprechende mathematische Funktion parametrisiert sein. Die mathematische Funktion kann beispielsweise durch eine entsprechende Polynomfunktion gebildet sein.
  • Durch den Verlauf 311 des Schienenwegs 307 ist die Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs 301 festgelegt. Das Schienenfahrzeug kann offensichtlich nur entlang des Schienenwegs 307 bewegt werden. Durch die Parametrisierung des Schienenwegs 307 durch die entsprechend eingerichtete mathematische Funktion ist durch den Verlauf der mathematischen Funktion die mögliche Fahrtrajektorie des Schienenfahrzeugs 301 beschrieben. Zusätzlich zu dem Verlauf 311 des Schienenwegs 307 kann vom Schienenfahrzeug 301 primär die jeweilige Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 301 zum Bewegungsmodell zugefügt werden. Das Bewegungsmodell umfasst somit primär den Verlauf des Schienenwegs und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 301. Hierüber kann die Bewegung des Schienenfahrzeugs erschöpfend beschrieben werden. Der Verlauf 311 des Schienenwegs 307 in Kombination der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 301 beschreiben somit eine eindeutige Fahrtrajektorie des Schienenfahrzeugs 301 und damit ein eindeutiges Bewegungsmodell.
  • Basierend auf den ermittelten Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs 301 zwischen den Aufnahmezeitpunkten der verschiedenen Frames der Bilddaten unter Berücksichtigung des Bewegungsmodells wird darauffolgend eine Position des Schienenfahrzeugs 301 in Bezug auf eine Ausgangsposition berechnet. Die Ausgansposition stellt hierbei eine ausgezeichnete Position des Schienenfahrzeugs 301 dar, die als Referenzpunkt für die Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 dient. Die Ausgangsposition kann hierbei beispielsweise basierend auf Satellitensignalen eines globalen Navigationssatellitensystems basieren. Basierend auf den Satellitensignalen kann somit die Position des Schienenfahrzeugs 301 relativ zur Kartendarstellung 309 bestimmt werden. Unter Berücksichtigung der Ausgangsposition lassen sich somit basierend auf den durch das visuelle Odometrieverfahren ermittelten Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs 301 zwischen Aufnahmezeitpunkten der verschiedenen Frames der Bildaufnahmen eine Positionsentwicklung und damit verbunden eine Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 in Bezug auf die Ausgangsposition und damit verbunden in Bezug auf die Kartendarstellung 309 des Schienenwegs 307 ermitteln. Für das Empfangen der Satellitensignale des globalen Navigationssatellitensystems umfasst das Schienenfahrzeug 301 ferner einen entsprechenden GMSS-Empfänger 319.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Ausgangsposition über charakteristische Objekte im Umfeld des Schienenfahrzeugs 301 oder über ausgezeichnete Abschnitte des befahrenen Schienenwegs 307 ermittelbar. Hierzu kann durch eine entsprechend trainierte Objekterkennung 317, die beispielsweise als eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz ausgebildet ist, basierend auf den Bilddaten des Kamerasensors 303 entsprechend ausgezeichnete Objekte im Umfeld des Schienenfahrzeugs 301 erkannt werden. Die ausgezeichneten charakteristischen Objekte können beispielsweise durch Bahnhöfe, am Schienenweg positionierte Positionsangaben, Tunnel, Brücken, Weichenbereiche, charakteristische Gebäude oder Signalmasten, die jeweils entlang des Schienenwegs 307 positioniert sind und die mit entsprechenden Informationen und Positionsangaben in der Kartendarstellung 309 hinterlegt sind, gegeben sein. Bei Erkennung der entsprechenden charakteristischen Objekte durch die Objekterkennung 317 kann somit unter Berücksichtigung der Positionsangaben der Kartendarstellung 309 eine entsprechende Ausgangsposition des Schienenfahrzeugs 301 relativ zur Kartendarstellung 309 ermittelt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgangsposition durch am Schienenweg 307 angeordnete Signalgeber bereitgestellte Funksignale bereitgestellt sein. Die Signalgeber können beispielsweise durch Balisen-Elemente 313 gegeben sein, die entlang des Schienenwegs 307 positioniert sind und entsprechende Drahtlossignale 315 an das Schienenfahrzeug 301 senden. Durch die entsprechenden Drahtlossignale 315 der Balisen-Elemente 313 sind charakteristische Abschnitte des Schienenwegs 307 dem Schienenfahrzeug 301 anzeigbar. Die charakteristischen Abschnitte des Schienenwegs 1307 können beispielsweise durch Einfahrts- bzw. Ausfahrtsbereich in- bzw. aus einem Bahnhofsbereich, durch Weichenbereiche, Tunnelbereiche oder Brückenbereiche gegeben sein, die mit entsprechenden Informationen und Positionsangaben in der Kartendarstellung 309 hinterlegt sind. Durch die Berücksichtigung der Drahtlossignale 315 der Balisen-Elemente 313 lassen sich somit beim Befahren des Schienenwegs 307 durch das Schienenfahrzeug 301 entsprechende Ausgangspositionen für die Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 ermitteln.
  • Unter Berücksichtigung der Ausgangsposition lässt sich somit durch Ausführung des visuellen Odometrieverfahrens basierend auf den Bilddaten des Kamerasensors 303 eine präzise Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 beim Befahren des Schienenwegs 307 durchführen. Hierzu werden durch Ausführen des visuellen Odometrieverfahrens für die verschiedenen Aufnahmezeitpunkte der Frames der Bilddaten des Kamerasensors 303 Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs 301 ermittelt. Durch Bezugnahme der Positionsänderungen auf Positionen des Schienenfahrzeugs 301, die als Geoposition unmittelbaren Bezug zu den Geopositionen der Kartendarstellung 309 bereitstellt, lässt sich durch die über das visuelle Odometrieverfahren bestimmten Positionsänderungen eindeutige Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 relativ zur Kartendarstellung 309 bewirken.
  • FIG 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs 301.
  • In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden Bilddaten eines Kamerasensors 303 durch die Recheneinheit 305 des Schienenfahrzeugs 301 empfangen, wobei die Bilddaten das Umfeld des Schienenfahrzeugs 301 abbilden und in unterschiedlichen Frames zu verschiedenen Aufnahmezeitpunkten aufgenommen werden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 103 wird basierend auf den Bilddaten ein visuelles Odometrieverfahren ausgeführt.
  • Darauffolgend werden in einem weiteren Verfahrensschritt charakteristische Elemente in den verschiedenen Frames der Bilddaten ermittelt.
  • In einem Verfahrensschritt 109 werden Positionsänderungen der charakteristischen Elemente innerhalb der verschiedenen Frames der Bilddaten detektiert.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 111 werden basierend auf den Positionsänderungen der charakteristischen Elemente innerhalb der Frames der Bilddaten Positionsänderungen des Schienenfahrzeugs 301 zwischen den verschiedenen Aufnahmezeitpunkten der Aufnahmen der verschiedenen Frames der Bilddaten berechnet. Dies erfolgt unter Berücksichtigung eines Bewegungsmodells des Schienenfahrzeugs 301, mit dem eine Modellbeschreibung der Bewegung des Schienenfahrzeugs 310 entlang dem befahrenen Schienenweg 307 gegeben ist.
  • Unter Berücksichtigung einer Ausgansposition des Schienenfahrzeugs 301, die eine Geoposition des Schienenfahrzeugs 301 als Referenzposition darstellt, wird unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Positionsänderungen in Bezug auf die Ausgangsposition eine Lokalisierung des Schienenfahrzeugs 301 ermittelt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 105 wird eine Position des Schienenfahrzeugs 301 in Bezug auf die Kartendarstellung 309 ermittelt.
  • FIG 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern eines Schienenfahrzeugs 301.
  • In einem Verfahrensschritt 201 wird zunächst eine Lokalisierung Schienenfahrzeugs 301 gemäß dem Verfahren 100 zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs 301 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 203 wird das Schienenfahrzeug 301 unter Berücksichtigung der bestimmten Lokalisierung beziehungsweise der ermitteln Position des Schienenfahrzeugs 301 in Bezug auf die in der Kartendarstellung beschriebenen Schienenwege angesteuert. Hierzu werden durch die Recheneinheit 305 Steuersignale zum Ausführen wenigstens einer Steuerfunktion des Schienenfahrzeugs 301 bereitgestellt. Die Steuerfunktionen können neben Anderem umfassen: Anfahren, Beschleunigen, Abbremsen, Anhalten.
  • FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 400, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit dieses veranlassen, das Verfahren 100 zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs 301 und/oder das Verfahren 200 zum Steuern eines Schienenfahrzeugs 301 auszuführen.
  • Das Computerprogrammprodukt 400 ist in der gezeigten Ausführungsform auf einem Speichermedium 401 gespeichert. Das Speichermedium 401 kann hierbei ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Speichermedium sein.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Verfahren (100) zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs (301), umfassend:
    Empfangen (101) von Bilddaten eines Kamerasensors (303) des Schienenfahrzeugs (301), wobei die Bilddaten ein Umfeld des Schienenfahrzeugs (301) abbilden, und wobei die Bilddaten eine Mehrzahl von zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten aufgenommenen Frames umfassen;
    Ausführen (103) eines visuellen Odometrie-Verfahrens basierend auf den Bilddaten; und
    Ermitteln (105) einer Position des Schienenfahrzeugs (301) basierend auf Ergebnissen des visuellen Odometrieverfahrens.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Ausführen (103) des visuellen Odometrieverfahrens umfasst:
    Ermitteln (107) eines charakteristischen Elements in einem ersten Frame und einem zweiten Frame der Bilddaten;
    Ermitteln (109) einer Positionsänderung des charakteristischen Elements im ersten Frame und im zweiten Frame;
    Ermitteln (111) einer Positionsänderung des Schienenfahrzeugs (301) zwischen einem ersten Aufnahmezeitpunkt des ersten Frames und einem zweiten Aufnahmezeitpunkt des zweiten Frames basierend auf der Positionsänderung unter Berücksichtigung eines Bewegungsmodels des Schienenfahrzeugs (301); und
    Ermitteln (113) einer Position des Schienenfahrzeugs in Bezug auf eine Ausgangsposition unter Berücksichtigung der ermittelten Positionsänderung des Schienenfahrzeugs.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei das Bewegungsmodell einen Verlauf (311) eines durch das Schienenfahrzeugs (301) befahrenen Schienenwegs (307) und einen Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs umfasst.
  4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei der Verlauf (311) des Schienenwegs (307) durch eine Karteninformation einer Kartendarstellung (309) des durch das Schienenfahrzeug (301) befahrenen Schienenwegs (307) bereitgestellt ist.
  5. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Verlauf (311) des Schienenwegs (307) durch einen geraden Verlauf, einen Kurvenverlauf mit konstantem Kurvenradius oder durch einen Übergangsspiralverauf mit veränderbarem Kurvenradius parametrisiert ist.
  6. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei im Bewegungsmodell der Verlauf (311) des Schienenwegs (307) durch eine mathematische Funktion parametrisiert ist.
  7. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei die Ausgangsposition über eine Positionsangabe eines Globalen-Navigations-Satelliten-Systems bestimmt ist.
  8. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei die Ausgangsposition über eine Positionsangabe eines charakteristischen Objekts im Umfeld des Schienenfahrzeugs (301) oder durch einen ausgezeichneter Abschnitt des Schienenwegs (307) gegeben ist.
  9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei eine Erkennung des charakteristischen Objekts im Umfeld des Schienenfahrzeugs (301) eine Ausführung einer trainierten Objekterkennung (317) auf die Bilddaten bewirkt wird, und wobei die Objekterkennung (317) als eine entsprechend trainierte künstliche Intelligenz ausgebildet ist.
  10. Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Detektion des charakteristischen Abschnitts des Schienenwegs (307) durch ein durch das Schienenfahrzeug (301) empfangenes Drahtlos-Signal (315) bewirkt wird.
  11. Verfahren (100) nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei ein charakteristisches Objekt ein Bahnhof, ein am Schienenweg positionierte Positionsangabe, ein Tunnel, eine Brücke, ein Weichenbereich, ein charakteristisches Gebäude, ein Signalmast umfasst.
  12. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei der ausgezeichnete Abschnitt des Schienenwegs (301) ein Einfahrtsbereich/Ausfahrtsbereich in einen aus einem Bahnhofsbereich, ein Weichenbereich, ein Tunnelbereich, ein Brückenbereich ist, und wobei das Drahtlossignal (315) ein Signal eines am Schienenweg angeordneten Balise-Elements (313) ist.
  13. Verfahren (200) zum Steuern eines Schienenfahrzeugs (301), umfassend:
    Ausführen (201) des Verfahrens (100) zum Lokalisieren des Schienenfahrzeugs (301) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12;
    Ansteuern (203) des Schienenfahrzeugs (301) unter Berücksichtigung von Lokalisierungsangaben des Verfahrens (100) zum Lokalisieren des Schienenfahrzeugs (301).
  14. Recheneinheit (305), wobei die Recheneinheit (201) ausgebildet ist, das Verfahren (100) zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs (301) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 und/oder das Verfahren (300) zum Steuern eines Schienenfahrzeugs (301) nach Anspruch 13 auszuführen.
  15. Computerprogrammprodukt (400) umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren (100) zum Lokalisieren eines Schienenfahrzeugs (301) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 und/oder das Verfahren (200) zum Steuern eines Schienenfahrzeugs (301) nach Anspruch 13 auszuführen.
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