EP4339068A2 - Konzept zum detektieren einer sich in einer umgebung eines schienenfahrzeugs befindenden anomalie - Google Patents

Konzept zum detektieren einer sich in einer umgebung eines schienenfahrzeugs befindenden anomalie Download PDF

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EP4339068A2
EP4339068A2 EP23184460.6A EP23184460A EP4339068A2 EP 4339068 A2 EP4339068 A2 EP 4339068A2 EP 23184460 A EP23184460 A EP 23184460A EP 4339068 A2 EP4339068 A2 EP 4339068A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
infrared
rail
environment
map
rail vehicle
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
EP23184460.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP4339068A3 (de
Inventor
Florian Ramsperger
Kristian Weiß
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4339068A2 publication Critical patent/EP4339068A2/de
Publication of EP4339068A3 publication Critical patent/EP4339068A3/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
    • 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
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0072—On-board train data handling

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting an anomaly located in an environment of a rail vehicle, a device, a system for detecting an anomaly located in an area of a rail vehicle, a method for creating an infrared map of an environment of a rail for rail vehicles, a system for Creating an infrared map of a rail vehicle environment, a rail vehicle, a computer program and a machine-readable storage medium.
  • Automatic object detection and classification is advantageous for highly automatic and/or fully automatic train operation in non-enclosed environments. If a possible obstacle is detected, automatic braking of the rail vehicle can be triggered if necessary.
  • Object recognition and classification is achieved using algorithms for image and lidar processing.
  • neural networks that are trained for the respective operating environment can be used. These neural networks use the captured image data and recognize objects from the pixels. In order to achieve high detection quality, large amounts of data must be processed in relatively complex neural networks.
  • the object underlying the invention is to provide a concept for efficiently detecting an anomaly located in the surroundings of a rail vehicle.
  • the object on which the invention is based can also be seen in providing a concept for efficiently creating an infrared map of a rail environment for rail vehicles.
  • a device which is set up to carry out all steps of the method according to the first aspect.
  • a rail vehicle which comprises the device according to the second aspect or the system according to the third aspect and/or the system according to the fifth aspect.
  • a computer program which comprises instructions that are executed when the computer program is executed by a computer, for example by the device according to the second aspect and/or by the system according to the third aspect and/or by the system according to the fifth aspect , cause this to carry out a method according to the first aspect and / or according to the fourth aspect.
  • a machine-readable storage medium is provided on which the computer program according to the seventh aspect is stored.
  • the invention is based on and includes the knowledge that an infrared map of a rail environment is created for rail vehicles and used for detecting an anomaly in a rail environment, this infrared map providing an infrared reference for the rail environment.
  • This infrared map is used during ongoing operation of the rail vehicle, i.e. when it is traveling along a rail, in order to detect, i.e. recognize, one or more anomalies in a current thermal image of the area surrounding the rail.
  • the infrared map thus in particular indicates an expectation or sets an expectation of what can be expected in the area around the rail in an infrared-specific manner. This expectation can, for example, be compared with the real measurement, i.e. with the current infrared image, in order to detect an anomaly.
  • a high detection quality can thus advantageously be achieved with particularly low false alarms, so-called false alarms positive, can be achieved with regard to detection of an anomaly in an environment of the rail vehicle.
  • the infrared map is created based on infrared images taken of the area around the rail while the rail vehicle is moving, the infrared map can be created efficiently. For example, more infrared images can be recorded in a predetermined time compared to the case in which the rail is walked on foot and infrared images are recorded while walking.
  • the field of vision of the rail vehicle can be efficiently recorded using the infrared camera.
  • This field of vision of the rail vehicle will approximately or essentially correspond to the field of vision of the rail vehicle, which will travel the rail again at a later point in time, with the previously created infrared map being used during this journey to detect an anomaly in the area around the rail vehicle.
  • the corresponding viewing areas can somewhat coincide, making efficient anomaly detection easier.
  • An anomaly refers in particular to an event that deviates from what was expected.
  • the expected is determined based on the infrared map.
  • the infrared map gives what is expected.
  • What is expected includes, for example, an infrared reference behavior of the environment.
  • the expected includes, for example, an expected infrared emission from the environment.
  • an anomaly is, for example, a deviation from an expected infrared emission from the environment.
  • the cause of an anomaly can be, for example, an object in the vicinity of the rail that is not recorded on the infrared map, for example.
  • an object that is not recorded in the infrared map is, for example, one of the following objects: person, animal, person in or on the track, animal in or on the track, another rail vehicle, a motor vehicle, for example a passenger car, a motor vehicle, for example, a passenger car, at a level crossing, a tree, a tree lying on the track, for example fallen, a mast, a mast lying on the track, for example fallen.
  • the cause of an anomaly can be, for example, an area in the area surrounding the rail vehicle, which may be critical for the rail vehicle.
  • Such an area is, for example, or includes, for example, an area with fire and/or an area with flooding and/or an area with rubble, in particular rubble from a slope slide.
  • a rail vehicle refers in particular to a vehicle that can travel on one or more rails. If there are several rails, these form, for example, a track on which the rail vehicle can travel. This means, for example, that the wording “rail” should always include several rails and/or one track and vice versa.
  • a rail vehicle is, for example, one of the following rail vehicles: locomotive, multiple unit, freight car, passenger car, special vehicle, for example a railway service vehicle.
  • a rail vehicle is, for example, a rail vehicle that is set up to be operated automatically, in particular according to one of the degrees of automation GQA1 to GOA4.
  • GQA1 to GOA4 degrees of automation
  • GOA stands for "Grade of Automation”.
  • the concept described here can therefore be used, for example, during a Assisted or driverless train operation of the rail vehicle can be applied or carried out.
  • the infrared image and the expected infrared emission of the environment are compared with one another in order to detect a difference, the anomaly being detected based on a detected difference.
  • an anomaly is detected when, for example, the determined at least one geometric parameter is greater than or greater than or equal to or less than or less than a predetermined parameter threshold value. This means, for example, that animals can be efficiently distinguished from humans when a suitable parameter threshold is chosen.
  • the determined at least one geometric parameter is checked for plausibility as to whether it belongs to a living being and/or to a herd of Living beings and / or can fit into an area of the environment that is critical for the rail vehicle, in particular an area with fire, flooding or rubble, in particular rubble from a slope slide, the anomaly being detected depending on a result of the plausibility check.
  • the determined at least one geometric parameter is an element selected from the following group of geometric parameters: length, height, width, shape and pattern.
  • At least one current environmental condition is determined, with the expected heat emission being determined based on the at least one current environmental condition.
  • the at least one current environmental condition is determined based on the infrared image.
  • the at least one current environmental condition is based on a measurement by a Ambient sensor is determined.
  • a Ambient sensor is, for example, one of the following sensors: temperature sensor, humidity sensor, pressure sensor.
  • an infrared map is selected from a plurality of infrared maps, each of which specifies an infrared reference for an environment of the rail under at least one different environmental condition, for which Determine the expected infrared emission using the selected infrared card.
  • a functional relationship between the measured infrared emissions of an object or area depending on the environmental conditions in the Infrared map can be determined so that these measured infrared emissions, for example, an expected infrared emission from one or more infrared maps can be interpolated and / or extrapolated.
  • the expected difference according to the embodiment in which the infrared image and the expected infrared emission of the environment are compared with each other to detect a difference, the anomaly being detected based on a detected difference, for which current environmental conditions can be determined.
  • the interpolation and/or extrapolation can be performed by a linear function.
  • this function (functional connection) is used and/or, for example, an approximation of this function (e.g. polynomial approximation) is used.
  • This functional connection can be determined, for example, in reference scenarios using additional external reference measurement technology (keyword in English: "ground truth”, in German “ground reality” or "field comparison”).
  • the at least one current environmental condition is an element selected from the following group of environmental conditions: temperature, weather, position of the sun, time, date, season, brightness.
  • the environmental condition can be determined based on the infrared image.
  • one or more statistical features are determined from the infrared image.
  • a statistical feature is, for example, one of the following features: mean value of heat-induced noise, a spread as a measure of heat-induced noise.
  • an infrared map is selected from a plurality of infrared maps, each of which specifies a different infrared reference for an environment of the rail, the selected infrared map being used to determine the expected infrared emission.
  • the infrared map is selected which has the most similar statistical characteristics to the determined feature or features.
  • the infrared card comprises at least one piece of infrared emission-relevant information about at least one object present, in particular installed, in the area around the rail, the expected infrared emission being determined based on the at least one piece of infrared emission-relevant information becomes.
  • the at least one piece of information relevant to infrared emissions is an element selected from the following group of information relevant to infrared emissions: material of the object, heat coefficient of the object, dimension, in particular height, Length, width of the object, mass of the object, size of the surface of the object, volume of the object, position, location, in the case of an object that can actively emit infrared radiation, temporal information about the time and / or duration of the infrared radiation actively emitted by the object an object that is a technical system provides temporal information about an activity of the technical system.
  • At least one current environmental condition is determined during the measurement, with the infrared map being created based on the at least one current environmental condition.
  • the infrared map can be created efficiently.
  • the at least one current environmental condition that was determined at that time can be used to determine the expected infrared emission.
  • the infrared map is created in such a way that it includes at least one current environmental condition. It is therefore known in particular under which or under what environmental conditions the infrared map was created or the environment was recorded using the infrared camera.
  • At least one infrared emission-relevant piece of information is determined about at least one object present, in particular installed, in the area surrounding the rail is, wherein the infrared map is created based on the at least one piece of information relevant to infrared emissions.
  • the infrared map can be created efficiently.
  • This therefore indicates, for example, the at least one piece of information relevant to infrared emissions.
  • this information can be used efficiently at a later point in time to efficiently determine the expected infrared emission in the method according to the first aspect.
  • creating the infrared map includes re-creating an infrared map and/or updating and/or supplementing an already existing map of the area around the rail.
  • the infrared map can thus, for example, be an existing map comprising construction and/or measurement data, in particular construction and/or measurement data of a track, a gravel area, an area with vegetation, a position of an active heat radiator, for example a chimney, a position of a transformer and /or a position of a radar for track vacancy detection.
  • the infrared image can, for example, be assigned to the existing map.
  • the method is a computer-implemented method.
  • the method is a computer-implemented method.
  • the infrared map created by the method according to the fourth aspect is used to determine the expected infrared emission of the environment.
  • the device according to the second aspect is set up in terms of programming to execute the computer program according to the seventh aspect.
  • system according to the third aspect is computer-technically set up to execute the computer program according to the seventh aspect.
  • system according to the fifth aspect is set up in terms of programming to execute the computer program according to the seventh aspect.
  • the detected anomaly is classified.
  • an emergency braking of the rail vehicle is carried out when an anomaly is detected.
  • an emergency braking of the rail vehicle is carried out based on the classification of the detected anomaly.
  • one or more of the following options for action or actions are carried out and/or controlled: Continue driving, reduce the speed of the rail vehicle, acoustic external warning, warning the rail vehicle driver, for example Driver, in particular visually and/or acoustically and/or haptically, braking the rail vehicle.
  • an infrared camera images objects (e.g. people) and/or areas (e.g. the track bed) in the area around the rail based on their temperature profile.
  • the infrared radiation can, for example, be actively generated by the objects themselves (people, technical systems, heat convection from industrial exhaust gases) or, for example, by passive emission of the heat from other heat radiators (especially the sun).
  • a priori known information about the typical heat emission of dedicated objects and areas is stored in a heat map.
  • This information includes, for example: the geographical position and/or the spatial extent and/or the spatial distribution of heat hotspots in the objects and/or the range and dynamics of the temperature and/or heat emission and/or temporal Information about the activity of technical systems.
  • expectations of the measurement of an infrared sensor of the infrared camera are modeled and compared, for example, with the real measurement.
  • an accurate distinction between living beings and objects can be supported.
  • the information about the scene in front of the rail vehicle is supplemented by an infrared map.
  • Inanimate objects with a temperature close to the body temperature of living beings are entered into this or this infrared map.
  • a digital map of the surrounding area is created.
  • data is recorded with a thermal imaging camera, i.e. an infrared camera.
  • information about the installed or existing objects can be entered into the infrared map from construction data (e.g. location of the tracks, the track bed, position of technical systems such as balises, radar for track clearance detection, etc., installed materials, vegetation areas). From this design data, for example, an expected heat emission can be determined during runtime and compared with the measured heat emission.
  • the data is analyzed and annotated, for example, by a human editor and/or an algorithm.
  • a heat map i.e. an infrared map of the environment
  • the annotation can be supported, for example, by additionally recorded sensor data (e.g. lidar sensors, camera images).
  • the map area that represents the field of view is made available to the system, in particular always precisely.
  • Objects and/or areas detected by the thermal imaging camera are compared, for example, with the infrared map of the surrounding area.
  • the current ambient temperature can also be taken into account, for example. This can, for example, be determined directly from the infrared image of the thermal camera and/or using additional temperature sensors.
  • the comparison of the expected and measured heat emissions can be done, for example, on the basis of the difference image.
  • environmental surveying is performed at different times of the day and year to produce different heat maps (e.g. metal structures warmed by sunlight after dark).
  • the environmental conditions e.g. temperature, weather conditions, for example, are also recorded.
  • the different infrared behavior under different environmental conditions can also be impressed on the objects and/or the areas of the heat map as part of a simulation, for example.
  • the position of the sun i.e. the position of the sun, is also taken into account.
  • it is intended to determine a heat density in the area in front of the rail vehicle and to derive one or more actions based on the expected heat density and the measured heat density.
  • herds of animals can be easily recorded and conclusions can be drawn about the expected severity of an accident.
  • infrared images from a thermal imaging camera based on the knowledge from previously created heat maps.
  • This 'a priori' knowledge is used, for example, to reduce so-called false positives, i.e. incorrectly identified obstacles. Since the objects that are captured by thermal imaging cameras are often living beings, high-precision detection is particularly relevant.
  • infrared cameras are provided. Statements made in connection with one infrared camera apply analogously to several infrared cameras and vice versa.
  • FIG 2 shows a device 201 that is set up to carry out all steps of the method for detecting an anomaly located in the surroundings of a rail vehicle.
  • the device 201 includes an input 203, which is set up to receive the infrared image.
  • the device 201 further comprises a processor device 205, which is set up to detect the expected infrared emission Determine the surroundings based on the infrared map.
  • the processor device 205 includes one or more processors.
  • the processor device 205 is comprised of a computer.
  • the processor device 205 is set up to detect an anomaly in the vicinity of the rail vehicle based on the infrared image and expected infrared emission.
  • the device 201 includes an output 207, which is set up to output a detection result.
  • the detection result indicates, for example, that an anomaly or no anomaly was detected in the environment of the rail vehicle.
  • the rail vehicle is operated, in particular controlled.
  • FIG 3 shows a system 301 for detecting an anomaly located in an environment of a rail vehicle.
  • the system 301 includes the device 201 of FIG 2 , whereby for the sake of clarity only the square with the reference number 201 is drawn as a placeholder for the other elements.
  • the system 301 includes an infrared camera 303, which is set up to record an infrared image of an environment of the rail vehicle and to send it to the device 201. The recorded infrared image is received via input 203.
  • the input 203 is, for example, a communication interface, for example a wireless or a wired communication interface.
  • a communication interface is, for example, a WLAN communication interface or an Ethernet communication interface.
  • the infrared map created by the method according to the fourth aspect is used to determine the expected infrared emission of the environment.
  • FIG 6 shows a rail vehicle 601.
  • the rail vehicle 601 includes, for example, the device 201 or the system 301 of FIG 3 and/or the system 501 of FIG 5 .
  • the graphical elements are shown in dashed lines. Furthermore, the corresponding squares of the device 201, the system 301 and the system 501 were used as placeholders for the other elements or components of the device 201, the system 301 and the system 501.
  • the rail vehicle 601 can only include the device 201 or only the system 301 or only the system 501.
  • rail vehicle 601 may include both system 301 and system 501.
  • FIG 7 shows a machine-readable storage medium 701 on which computer program 703 is stored.
  • the computer program 703 includes instructions that, when the computer program 703 is executed by a computer, cause the computer to carry out a method according to the first aspect and/or according to the fourth aspect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie, umfassend die folgenden Schritte:
Empfangen eines Infrarotbilds einer Umgebung eines auf einer Schiene geführten Schienenfahrzeugs,
Ermitteln einer erwarteten Infrarotemission der Umgebung basierend auf einer Infrarotkarte, welche eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene vorgibt,
Detektieren einer sich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie basierend auf dem Infrarotbild und der erwarteten Infrarotemission.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie, ein Verfahren und ein System zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge, ein Schienenfahrzeug, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie, eine Vorrichtung, ein System zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie, ein Verfahren zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge, ein System zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge, ein Schienenfahrzeug, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
  • Für einen hochautomatischen und/oder vollautomatischen Zugbetrieb in nicht abgeschlossenen Umgebungen ist eine automatische Objekterkennung und Klassifizierung von Vorteil. Bei Erkennen eines möglichen Hindernisses kann so z.B. gegebenenfalls ein automatisches Bremsen des Schienenfahrzeugs ausgelöst werden.
  • Basis hierfür ist insbesondere, dass die Objekterkennung sowohl in Echtzeit als auch mit ausgesprochen hoher Detektionsgüte durchgeführt wird. Hierbei ist es vorteilhaft, zum Beispiel sogenannte Fehlalarme, also falsch positive, weitgehend auszuschließen, um unnötige Störungen des Betriebs des Schienenfahrzeugs zu vermeiden.
  • Eine Objekterkennung und Klassifizierung wird zum Beispiel mit Algorithmen zur Bild- und Lidarverarbeitung gelöst. Verwendet werden können zum Beispiel neuronale Netze, die für die jeweilige Einsatzumgebung trainiert werden. Diese neuronalen Netze verwenden die aufgenommenen Bilddaten und erkennen aus den Pixeln Objekte. Um eine hohe Detektionsgüte zu erreichen, müssen hierbei große Datenmengen in relativ aufwändigen neuronalen Netzen verarbeitet werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie bereitzustellen.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist auch darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden jeweils durch die entsprechenden Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
    • Empfangen eines Infrarotbilds einer Umgebung eines auf einer Schiene geführten Schienenfahrzeugs,
    • Ermitteln einer erwarteten Infrarotemission der Umgebung basierend auf einer Infrarotkarte, welche eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene vorgibt,
    • Detektieren einer sich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie basierend auf dem Infrarotbild und der erwarteten Infrarotemission.
  • Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
  • Nach einem dritten Aspekt wird ein System zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie bereitgestellt, umfassend:
    • die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt, und
    • eine Infrarotkamera, insbesondere mehrere Infrarotkameras, welche eingerichtet ist, ein Infrarotbild einer Umgebung des Schienenfahrzeugs aufzunehmen und an die Vorrichtung zu senden.
  • Nach einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
    • Vermessen einer Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs, wobei das Vermessen ein Aufnehmen von mehreren Infrarotbildern der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs umfasst,
    • Erstellen einer Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  • Nach einem fünften Aspekt wird ein System zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge bereitgestellt, umfassend:
    • eine Vermessungseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs zu vermessen,
    • wobei die Vermessungseinrichtung eine Infrarotkamera umfasst, welche eingerichtet ist, zum Vermessen der Umgebung mehrere Infrarotbilder der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs aufzunehmen, und
    • eine Erstellungseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessenen zu erstellen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  • Nach einem sechsten Aspekt wird ein Schienenfahrzeug bereitgestellt, welches die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt oder das System nach dem dritten Aspekt und/oder das System nach dem fünften Aspekt umfasst.
  • Nach einem siebten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführen des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder durch das System nach dem dritten Aspekt und/oder durch das System nach dem fünften Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder gemäß dem vierten Aspekt auszuführen.
  • Nach einem achten Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem siebten Aspekt gespeichert ist.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass eine Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge erstellt und für das Detektierten einer Anomalie in einer Umgebung einer Schiene verwendet wird, wobei diese Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt. Diese Infrarotkarte wird im laufenden Betrieb des Schienenfahrzeugs, also wenn dieses die eine Schiene abfährt, verwendet, um in einem aktuellen Wärmebild der Umgebung der Schiene eine oder mehrere Anomalien zu detektieren, also zu erkennen.
  • Dies bedeutet, dass die Infrarotkarte der Umgebung der Schiene ein infrarotspezifisches Wissen über die Umgebung angibt oder vorgibt, wobei dieses Wissen für eine Auswertung des Infrarotbilds verwendet wird.
  • Die Infrarotkarte gibt somit insbesondere eine Erwartung an oder gibt eine Erwartungshaltung vor, was infrarotspezifisch in der Umgebung der Schiene zu erwarten ist. Diese Erwartungshaltung kann zum Beispiel mit der realen Messung, also mit dem aktuellen Infrarotbild, verglichen werden, um eine Anomalie zu detektieren.
  • Somit kann in vorteilhafter Weise eine hohe Detektionsgüte bei insbesondere niedrigen Fehlalarmen, sogenannten falsch positiven, erreicht werden hinsichtlich einer Detektion einer Anomalie in einer Umgebung des Schienenfahrzeugs.
  • Dadurch, dass die Infrarotkarte basierend auf Infrarotbildern erstellt wird, welche von der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs aufgenommen werden, kann die Infrarotkarte effizient erstellt werden. Denn so können zum Beispiel mehr Infrarotbilder in einer vorbestimmten Zeit aufgenommen werden verglichen mit dem Fall, in welchem die Schiene zu Fuß abgelaufen wird und während des Ablaufens Infrarotbilder aufgenommen werden.
  • Weiter kann dadurch, dass die Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs vermessen wird, effizient der Sichtbereich des Schienenfahrzeugs mittels der Infrarotkamera aufgenommen werden. Dieser Sichtbereich des Schienenfahrzeugs wird in etwa oder im Wesentlichen auch dem Sichtbereich des Schienenfahrzeugs entsprechen, welches zu einem späteren Zeitpunkt die Schiene nochmals abfahren wird, wobei bei dieser Fahrt die zuvor erstellte Infrarotkarte verwendet wird, um in der Umgebung des Schienenfahrzeugs eine Anomalie zu detektieren. Somit können die entsprechenden Sichtbereiche in etwas übereinstimmen, was eine effiziente Anomaliedetektion einfacher gestaltet.
  • Eine Anomalie bezeichnet insbesondere ein Ereignis, welches von einem Erwarteten abweicht. Das Erwartete wird zum Beispiel basierend auf der Infrarotkarte ermittelt. Zum Beispiel gibt die Infrarotkarte das Erwartete an. Das Erwartete umfasst zum Beispiel ein Infrarotreferenzverhalten der Umgebung. Das Erwartete umfasst zum Beispiel eine erwartete Infrarotemission der Umgebung.
  • Dies bedeutet insbesondere, dass eine Anomalie zum Beispiel eine Abweichung von einer erwarteten Infrarotemission der Umgebung ist.
  • Der Grund einer Anomalie kann zum Beispiel ein Objekt in der Umgebung der Schiene sein, welches zum Beispiel nicht in der Infrarotkarte verzeichnet ist. Ein solches Objekt, welches nicht in der Infrarotkarte verzeichnet ist, ist zum Beispiel eines der folgenden Objekte: Person, Tier, Person im oder am Gleis, Tier im oder am Gleis, ein anderes Schienenfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, an einem Bahnübergang, ein Baum, ein auf dem Gleis liegender, beispielsweise umgefallener, Baum, ein Mast, ein auf dem Gleis liegender, beispielsweise umgefallener, Mast.
  • Der Grund einer Anomalie kann zum Beispiel ein Bereich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs sein, welcher kritisch für das Schienenfahrzeug sein kann. Ein solcher Bereich ist zum Beispiel oder umfasst zum Beispiel einen Bereich mit Feuer und/oder einen Bereich mit Überschwemmung und/oder einen Bereich mit Geröll, insbesondere Geröll von einer Hangabrutschung.
  • Ein Schienenfahrzeug bezeichnet insbesondere ein Fahrzeug, welches auf einer oder mehreren Schienen fahren kann. Bei mehreren Schienen bilden diese zum Beispiel ein Gleis, auf welchem das Schienenfahrzeug fahren kann. Dies bedeutet zum Beispiel, dass bei der Formulierung "Schiene" stets mehrere Schienen und/oder ein Gleis und umgekehrt mitgelesen werden soll.
  • Ein Schienenfahrzeug ist zum Beispiel eines der folgenden Schienenfahrzeuge: Lokomotive, Triebzug, Güterwagen, Reisezugwagen, Sonderfahrzeug, beispielsweise Bahndienstfahrzeug.
  • Ein Schienenfahrzeug ist zum Beispiel ein Schienenfahrzeug, welches eingerichtet ist, automatisiert betrieben zu werden, insbesondere gemäß einem der Automatisierungsgrade GQA1 bis GOA4. "GOA" steht für "Grade of Automation". Das hier beschriebene Konzept kann somit zum Beispiel während eines assistierten oder eines fahrerlosen Zugbetriebs des Schienenfahrzeugs angewandt oder durchgeführt werden.
  • Die Begriffe "Infrarot" und "Wärme" können synonym verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass das Infrarotbild und die erwartete Infrarotemission der Umgebung miteinander verglichen werden, um einen Unterschied zu erkennen, wobei die Anomalie basierend auf einem erkannten Unterschied detektiert wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Anomalie effizient detektiert werden kann.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass bei einem erkannten Unterschied zumindest ein eine Geometrie des erkannten Unterschieds beschreibender, geometrischer Parameter des erkannten Unterschieds ermittelt wird, wobei die Anomalie abhängig von dem zumindest einen geometrischen Parameter detektiert wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Anomalie effizient detektiert werden kann.
  • Zum Beispiel ist vorgesehen, dass eine Anomalie dann detektiert wird, wenn zum Beispiel der ermittelte zumindest eine geometrische Parameter größer oder größer gleich oder kleiner oder kleiner gleich einem vorbestimmten Parameterschwellwert ist. Dies bedeutet zum Beispiel, dass bei Wahl eines geeigneten Parameterschwellwerts Tiere effizient von Menschen unterschieden werden können.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass der ermittelte zumindest eine geometrische Parameter dahingehend plausibilisiert wird, ob dieser zu einem Lebewesen und/oder zu einer Herde von Lebewesen und/oder zu einem für das Schienenfahrzeug kritischen Bereich der Umgebung, insbesondere Bereich mit Feuer, Überschwemmung oder Geröll, insbesondere Geröll von einer Hangabrutschung, passen kann, wobei die Anomalie abhängig von einem Ergebnis des Plausibilisierens detektiert wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Anomalie effizient detektiert werden kann. Somit können zum Beispiel in effizienter Weise eine unnötig hohe Anzahl von Fehlalarmen vermieden werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass der ermittelte zumindest eine geometrischer Parameter jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von geometrischen Parametern ist: Länge, Höhe, Breite, Form und Muster.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete geometrische Parameter verwendet werden können.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeemission basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung ermittelt wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die erwartete Wärmeemission effizient ermittelt werden kann.
  • Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung basierend auf dem Infrarotbild ermittelt wird.
  • Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung basierend auf einer Messung durch einen Umgebungssensor ermittelt wird. Ein solcher Umgebungssensor ist beispielsweise einer folgenden Sensoren: Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor, Drucksensor.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung eine Infrarotkarte aus einer Vielzahl von Infrarotkarten ausgewählt wird, welche jeweils eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene bei jeweils zumindest einer unterschiedlichen Umgebungsbedingung vorgeben, wobei für das Ermitteln der erwarteten Infrarotemission die ausgewählte Infrarotkarte verwendet wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die erwartete Infrarotemission effizient ermittelt werden kann. So weisen Objekte in einer Umgebung einer Schiene bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen unterschiedliche Wärmeemissionsverhalten auf. Dies bedeutet, dass zum Beispiel ein Objekt in der Umgebung der Schiene bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ein unterschiedliches Infrarotemissionsverhalten aufweisen kann. Bei hohen Temperaturen und/oder starker Sonnenstrahlung weist zum Beispiel ein Objekt eine höhere Infrarotemission auf verglichen mit dem Fall, gemäß welchem kleinere Temperaturen und/oder eine geringere Sonnenstrahlung vorliegen. Dieser Umstand kann insbesondere dadurch berücksichtigt werden, dass bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen die Umgebung der Schiene jeweils vermessen wird, sodass entsprechend mehrere Infrarotkarten erstellt werden. Somit kann im laufenden Betrieb des Schienenfahrzeugs die am besten für die aktuelle Umgebungsbedingung passende Infrarotkarte ausgewählt und für das Ermitteln der erwarteten Infrarotemission verwendet werden.
  • Weiterhin kann zum Beispiel ein funktionaler Zusammenhang zwischen den gemessenen Infrarotemmissionen eines Objekts oder Bereichs in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen in der Infrarotkarte ermittelt werden, so dass diesen gemessenen Infrarotemmissionen zum Beispiel eine erwartete Infrarotemission aus einer oder mehreren Infrarotkarten interpoliert und/oder extrapoliert werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich und insbesondere gleichwertig dazu kann zum Beispiel der erwartete Unterschied gemäß der Ausführungsform, gemäß welcher das Infrarotbild und die erwartete Infrarotemission der Umgebung miteinander verglichen werden, um einen Unterschied zu erkennen, wobei die Anomalie basierend auf einem erkannten Unterschied detektiert wird, für die aktuelle Umgebungsbedingungen ermittelt werden.
  • Zum Beispiel kann die Interpolation und/oder Extrapolation durch eine lineare Funktion durchgeführt werden.
  • Sollte jedoch ein funktionaler Zusammenhang bekannt sein, wird zum Beispiel diese Funktion (funktionaler Zusammenhang) genutzt und/oder wird zum Beispiel eine Approximation dieser Funktion (z.B. Polynomapproximation) verwendet. Dieser funktionale Zusammenhang kann zum Beispiel in Referenzszenarien mithilfe von zusätzlicher externer Referenzmesstechnik (englisches Stichwort: "Ground truth", auf Deutsch "Bodenwirklichkeit" oder "Feldvergleich") ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Umgebungsbedingungen ist: Temperatur, Wetter, Sonnenstand, Uhrzeit, Datum, Jahreszeit, Helligkeit.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Umgebungsbedingungen verwendet werden können.
  • Die Umgebungsbedingung kann zum Beispiel basierend auf dem Infrarotbild ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass ein oder mehrere statistische Merkmale aus dem Infrarotbild ermittelt werden. Ein statistisches Merkmal ist zum Beispiel eines der folgenden Merkmale: Mittelwert eines wärmeinduzierten Rauschens, eine Streuung als Maß für wärmeinduziertes Rauschen. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass basierend auf dem ermittelten Merkmal oder den ermittelten Merkmalen eine Infrarotkarte aus einer Vielzahl von Infrarotkarten ausgewählt wird, welche jeweils eine unterschiedliche Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene vorgeben, wobei für das Ermitteln der erwarteten Infrarotemission die ausgewählte Infrarotkarte verwendet wird. Es wird zum Beispiel diejenige Infrarotkarte ausgewählt, welche zum ermittelten Merkmal oder zu den ermittelten Merkmalen die entsprechenden ähnlichsten statistischen Merkmale aufweist.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass die Infrarotkarte zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information über zumindest ein in der Umgebung der Schiene vorhandenes, insbesondere verbautes, Objekt umfasst, wobei die erwartete Infrarotemission basierend der zumindest einen Infrarotemissions-relevanten Information ermittelt wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die erwartete Infrarotemission effizient ermittelt werden kann.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass die zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Infrarotemissions-relevanten Informationen ist: Material des Objekts, Wärmekoeffizient des Objekts, Abmessung, insbesondere Höhe, Länge, Breite, des Objekts, Masse des Objekts, Größe der Oberfläche des Objekts, Volumen des Objekts, Position, Lage, bei einem aktiv Infrarotstrahlung emittieren könnendes Objekt, zeitliche Information über Zeit und/oder Dauer der durch das Objekt aktiv emittierten Infrarotstrahlung, bei einem eine technische Anlage seiendes Objekt zeitliche Information über eine Aktivität der technischen Anlage.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Infrarotemissions-relevante Informationen verwendet werden können.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem vierten Aspekt ist vorgesehen, dass während des Vermessens zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung ermittelt wird, wobei die Infrarotkarte basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung erstellt wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Infrarotkarte effizient erstellt werden kann. Insbesondere kann so zu einem späteren Zeitpunkt bei der Verwendung der Infrarotkarte zwecks Detektieren einer Anomalie die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung, welche damals ermittelt wurde, verwendet werden, um die erwartete Infrarotemission zu ermitteln.
  • Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Infrarotkarte derart erstellt wird, dass diese die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung umfasst. Somit ist also insbesondere bekannt, unter welcher oder unter welchen Umgebungsbedingungen die Infrarotkarte erstellt wurde respektive die Umgebung mittels der Infrarotkamera aufgenommen wurde.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem vierten Aspekt ist vorgesehen, dass zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information über zumindest ein in der Umgebung der Schiene vorhandenes, insbesondere verbautes, Objekt ermittelt wird, wobei die Infrarotkarte basierend auf der zumindest einen Infrarotemissions-relevante Information erstellt wird.
  • Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Infrarotkarte effizient erstellt werden kann. Diese gibt somit zum Beispiel die zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information an. Somit kann zum Beispiel diese Information zu einem späteren Zeitpunkt effizient verwendet werden, um im Verfahren nach dem ersten Aspekt die erwartete Infrarotemission effizient zu ermitteln.
  • Ein Erstellen der Infrarotkarte umfasst gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem vierten Aspekt ein neu-Erstellen einer Infrarotkarte und/oder ein Aktualisieren und/oder ein Ergänzen einer bereits vorhandenen Karte der Umgebung der Schiene. Die Infrarotkarte kann somit zum Beispiel eine bereits vorhandene Karte umfassend Konstruktions- und/oder Vermessungsdaten, insbesondere Konstruktions- und/oder Vermessungsdaten eines Gleis, einer Schotterfläche, eines Bereichs mit Vegetation, einer Position eines aktiven Wärmestrahlers, beispielsweise Schornstein, einer Position eines Transformators und/oder einer Position eines Radars zur Gleisfreimeldung, ergänzen.
  • Das Infrarotbild kann zum Beispiel der vorhandenen Karte zugeordnet werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie ist das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge ist das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass dieses mittels der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt und/oder mittels des Systems nach dem dritten Aspekt aus- oder durchgeführt wird.
  • In einer Ausführungsform des Systems nach dem dritten Aspekt ist vorgesehen, dass dieses eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem vierten Aspekt ist vorgesehen, dass dieses mittels des Systems nach dem fünften Aspekt aus- oder durchgeführt wird.
  • In einer Ausführungsform des Systems nach dem fünften Aspekt ist vorgesehen, dass dieses eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem vierten Aspekt auszuführen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass die mittels des Verfahrens nach dem vierten Aspekt erstellte Infrarotkarte verwendet wird, um die erwartete Infrarotemission der Umgebung zu ermitteln.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.
  • Dies bedeutet insbesondere, dass sich technische Funktionalitäten der Ausführungsformen, welche auf ein Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie gerichtet sind, sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten der Ausführungsformen ergeben, welche auf ein Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge gerichtet sind, und umgekehrt. Insbesondere ergeben sich Verfahrensmerkmale aus entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen und/oder Systemmerkmalen und umgekehrt.
  • Zum Beispiel ist die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt programmtechnisch eingerichtet, das Computerprogramm nach dem siebten Aspekt auszuführen.
  • Zum Beispiel ist das System nach dem dritten Aspekt computertechnisch eingerichtet, das Computerprogramm nach dem siebten Aspekt auszuführen.
  • Zum Beispiel ist das System nach dem fünften Aspekt programmtechnisch eingerichtet, das Computerprogramm nach dem siebten Aspekt auszuführen.
  • Die Formulierung "zumindest ein(e)" bedeutet "ein(e) oder mehrere".
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass bei Detektion einer Anomalie die detektierte Anomalie klassifiziert wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass bei Detektion einer Anomalie eine Notbremsung des Schienenfahrzeugs durchgeführt wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass basierend auf der Klassifizierung der detektierten Anomalie eine Notbremsung des Schienenfahrzeugs durchgeführt wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens werden bei Detektion einer Anomalie eine oder mehrere der folgenden Handlungsoptionen respektive Aktionen durchgeführt und/oder gesteuert: Weiterfahren, Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs verringern, Akustische Außenwarnung, Warnung des Schienenfahrzeugführers, beispielsweise des Triebfahrzeugführers, insbesondere optisch und/oder akustisch und/oder haptisch, Abbremsen des Schienenfahrzeugs.
  • Ein Schnellbremsung wird im Bahnbetrieb zum Beispiel nicht bei kleineren Tieren (Vögel, Hasen) etc. durchgeführt, da beim schnellen Abbremsen stehende Fahrgäste im Zug stürzen und sich verletzen könnten. Ebenso würde ein Straßenbahnfahrer bei einem PKW als Hindernis zum Beispiel nur stark bremsen, wenn dadurch Personenschäden vermieden werden könnten.
  • Die vorstehend genannten Aktionen respektive Handlungsoptionen hängen somit zum Beispiel von der Vermeidung insbesondere von Personenschäden und zum Beispiel von Schäden am eigenen Schienenfahrzeug ab. Bei dieser Abwägung fließt somit insbesondere die Klassifikation eines Hindernisses und/oder insbesondere dessen Größe (als Maß für dessen Masse) ein.
  • Das hier beschriebene Konzept basiert insbesondere auf eine Verwendung einer Infrarotkamera für eine Anomalieerkennung, insbesondere eine Hinderniserkennung. Eine Infrarotkamera bildet insbesondere Objekte (z.B. Personen) und/oder Bereiche (z.B. das Gleisbett) in der Umgebung der Schiene anhand ihres Temperaturprofils ab. Die Infrarotstrahlung kann dabei zum Beispiel durch die Objekte aktiv selbst erzeugt werden (Personen, technischen Anlagen, Wärmekonvektion durch Industrieabgase) oder zum Beispiel durch eine passive Emission der Wärme anderer Wärmestrahler (insbesondere die Sonne).
  • Zum Beispiel werden a-priori bekannten Informationen über die typische Wärmeemission von dedizierten Objekten und Bereichen in einer Wärmekarte abgelegt. Diese Informationen umfassen zum Beispiel: die geografische Position und/oder die räumliche Ausdehnung und/oder die räumliche Verteilung von Wärmehotspots in den Objekten und/oder die Schwankungsbreite und -dynamik der Temperatur und/oder Wärmeemission und/oderzeitliche Informationen über die Aktivität von technischen Anlagen.
  • Mit diesem a-priori Wissen wird zum Beispiel eine Erwartungshaltung an die Messung eines Infrarots-Sensors der Infrarotkamera modelliert und zum Beispiel mit der realen Messung verglichen. So kann zum Beispiel eine genaue Unterscheidung zwischen lebendigen Wesen und Objekten unterstützt werden. Zum Beispiel wird die Information über die Szene vor dem Schienenfahrzeug um eine Infrarotkarte ergänzt. Unbelebte Objekte mit einer Temperatur in der Nähe der Köpertemperatur von lebendigen Wesen werden respektive sind in diese respektive dieser Infrarotkarte eingetragen. Diese ,a-priori' Informationen erlauben es zum Beispiel Fehlalarme bei einer Anomaliedetektion deutlich zu reduzieren.
  • Im Rahmen einer Umgebungsvermessung einer Schiene für Schienenfahrzeug wird zum Beispiel eine digitale Karte der Umgebung erstellt. Hierbei werden zum Beispiel auch Daten mit einer Wärmebildkamera, also Infrarotkamera, aufgenommen.
  • Zusätzlich können in die Infrarotkarte aus Konstruktionsdaten zum Beispiel Informationen über die verbauten respektive vorhandenen Objekte eingetragen werden (z.B. Lage der Gleise, des Gleisbetts, Position technischer Anlagen wie Balisen, Radar für die Gleisfreimeldung etc., verbaute Materialien, Vegetationsbereiche). Aus diesen Konstruktionsdaten kann zum Beispiel zur Laufzeit eine erwartete Wärmeemission bestimmt und mit der gemessenen Wärmeemission verglichen werden.
  • Die Daten werden zum Beispiel über einen menschlichen Bearbeiter und/oder einen Algorithmus analysiert und annotiert. So wird zum Beispiel eine Wärmekarte, also eine Infrarotkarte der Umgebung erzeugt oder erstellt, welche als Referenz dient. Die Annotierung kann zum Beispiel durch zusätzlich aufgezeichnete Sensordaten (z.B. Lidarsensoren, Kamerabilder) unterstützt werden.
  • Im Rahmen eines digitalen Horizonts wird zum Beispiel dem System nach dem dritten Aspekt, insbesondere immer genau, der Kartenbereich, der das Sichtfeld repräsentiert, zur Verfügung gestellt.
  • Von der Wärmebildkamera detektierte Objekte und/oder Bereiche werden zum Beispiel mit der Infrarotkarte der Umgebung verglichen.
  • Bei dem Vergleich der erwarteten Wärmeemission (aus zum Beispiel a-priori-Information der Infrarotkarte) und der gemessenen Wärmeemission kann zudem zum Beispiel die aktuelle Umgebungstemperatur mit einbezogen werden. Diese kann zum Beispiel aus dem Infrarotbild der Wärmekamera direkt und/oder durch zusätzliche Temperatursensoren ermittelt werden.
  • Der Vergleich der erwarteten und gemessenen Wärmeemission kann zum Beispiel auf Basis des Differenzbildes erfolgen.
  • Zum Beispiel wird die Umgebungsvermessung zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten durchgeführt, um unterschiedliche Wärmekarten zu erzeugen (z.B. vom Sonnenlicht aufgewärmte Metallstrukturen nach Einbruch der Dunkelheit). Dabei werden die Umgebungsbedingungen, z.B. Temperatur, Witterungsbedingungen, zum Beispiel mitaufgezeichnet.
  • Das unterschiedliche Infrarotverhalten bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen kann zum Beispiel auch im Rahmen einer Simulation den Objekten und/oder den Bereichen der Wärmekarte aufgeprägt werden.
  • Um Fehldetektionen auszuschließen, wird zudem die Position der Sonne, also der Sonnenstand, mitberücksichtigt.
  • Bei einer Nichtdetektion respektive einem nicht erwarteten Wärmeemissionsmuster bei von einer aktiven Wärmequelle einer technischen Anlage kann zum Beispiel in einem umgekehrten Anwendungsfall auf einen Defekt dieser technischen Anlage geschlossen werden.
  • Zum Beispiel ist vorgesehen, eine Wärmedichte im Bereich vor dem Schienenfahrzeug zu ermitteln und daraus eine oder mehrere Aktionen basierend auf der zu erwartenden Wärmedichte und der gemessenen Wärmedichte abzuleiten. Auf diese Art können zum Beispiel Tierherden gut erfasst werden und so auf eine zu erwartende Unfallschwere geschlossen werden.
  • Zusammenfassend ist insbesondere vorgesehen, die Auswertung von Infrarotbildern einer Wärmebildkamera basierend auf dem Wissen aus vorab erstellten Wärmekarten durchzuführen. Dieses ,a-priori' Wissen wird zum Beispiel eingesetzt um sogenannte falsch-Positive, d.h. zum Beispiel fälschlich erkannte Hindernisse, zu reduzieren. Da es sich bei den Objekten, die im Rahmen der Auswertung von Wärmebildkameras erfasst werden, häufig um lebendige Wesen handelt ist die hochgenaue Detektion von besonderer Relevanz.
  • In einer Ausführungsform sind mehrere Infrarotkameras vorgesehen. Ausführungen, die im Zusammenhang mit einer Infrarotkamera gemacht sind, gelten analog für mehrere Infrarotkameras und umgekehrt.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
    • FIG 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie,
    • FIG 2 eine Vorrichtung,
    • FIG 3 ein System zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie,
    • FIG 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge,
    • FIG 5 ein System zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge,
    • FIG 6 ein Schienenfahrzeug und
    • FIG 7 ein maschinenlesbares Speichermedium
      zeigen.
  • FIG 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie, umfassend die folgenden Schritte:
    • Empfangen 101 eines Infrarotbilds einer Umgebung eines auf einer Schiene geführten Schienenfahrzeugs,
    • Ermitteln 103 einer erwarteten Infrarotemission der Umgebung basierend auf einer Infrarotkarte, welche eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene vorgibt,
    • Detektieren 105 einer sich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie basierend auf dem Infrarotbild und der erwarteten Infrarotemission.
  • FIG 2 zeigt eine Vorrichtung 201, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie auszuführen.
  • Die Vorrichtung 201 umfasst einen Eingang 203, welcher eingerichtet ist, das Infrarotbild zu empfangen. Die Vorrichtung 201 umfasst weiter eine Prozessoreinrichtung 205, welche eingerichtet ist, die erwartete Infrarotemission der Umgebung basierend auf der Infrarotkarte zu ermitteln. Zum Beispiel umfasst die Prozessoreinrichtung 205 eine oder mehrere Prozessoren. Zum Beispiel ist die Prozessoreinrichtung 205 von einem Computer umfasst. Die Prozessoreinrichtung 205 ist eingerichtet, eine sich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs befindende Anomalie basierend auf dem Infrarotbild und erwarteten Infrarotemission zu detektieren. Die Vorrichtung 201 umfasst einen Ausgang 207, welcher eingerichtet ist, ein Detektionsergebnis auszugeben. Das Detektionsergebnis gibt zum Beispiel an, dass eine Anomalie oder keine Anomalie in der Umgebung des Schienenfahrzeugs entdeckt wurde.
  • Basierend auf dem ausgegebenen Detektionsergebnis ist zum Beispiel vorgesehen, dass das Schienenfahrzeug betrieben wird, insbesondere gesteuert wird.
  • FIG 3 zeigt ein System 301 zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs befindenden Anomalie.
  • Das System 301 umfasst die Vorrichtung 201 der FIG 2, wobei der Übersicht halber lediglich das Viereck mit dem Bezugszeichen 201 als Platzhalter für die weiteren Elemente gezeichnet ist. Das System 301 umfasst eine Infrarotkamera 303, welche eingerichtet ist, ein Infrarotbild einer Umgebung des Schienenfahrzeugs aufzunehmen und an die Vorrichtung 201 zu senden. Das aufgenommene Infrarotbild wird mittels des Eingangs 203 empfangen.
  • Der Eingang 203 ist zum Beispiel eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise eine drahtlose oder eine drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle. Eine Kommunikationsschnittstelle ist zum Beispiel eine WLAN-Kommunikationsschnittstelle oder eine Ethernet-Kommunikationsschnittstelle.
  • FIG 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge, umfassend die folgenden Schritte:
    • Vermessen 401 einer Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs, wobei das Vermessen ein Aufnehmen 403 von mehreren Infrarotbildern der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs umfasst,
    • Erstellen 405 einer Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ist vorgesehen, dass die mittels des Verfahrens nach dem vierten Aspekt erstellte Infrarotkarte verwendet wird, um die erwartete Infrarotemission der Umgebung zu ermitteln.
  • FIG 5 zeigt ein System 501 zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge, das System 501 umfassend:
    • eine Vermessungseinrichtung 503, welche eingerichtet ist, eine Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs zu vermessen, wobei die Vermessungseinrichtung eine Infrarotkamera 505 umfasst, welche eingerichtet ist, zum Vermessen der Umgebung mehrere Infrarotbilder der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs aufzunehmen, und
    • eine Erstellungseinrichtung 507, welche eingerichtet ist, eine Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessenen zu erstellen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  • FIG 6 zeigt ein Schienenfahrzeug 601. Das Schienenfahrzeug 601 umfasst zum Beispiel die Vorrichtung 201 oder das System 301 der FIG 3 und/oder das System 501 der FIG 5.
  • Um anzuzeigen, dass die Vorrichtung 201, das System 301 und das System 501 jeweils für sich optional sein können, sind die grafischen Elemente gestrichelt dargestellt. Weiter wurden die entsprechenden Vierecke der Vorrichtung 201, des Systems 301 und des Systems 501 als Platzhalter für die weiteren Elemente oder Komponenten der Vorrichtung 201, des Systems 301 und des Systems 501 verwendet. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Schienenfahrzeug 601 nur die Vorrichtung 201 oder nur das System 301 oder nur das System 501 umfassen kann. Zum Beispiel kann das Schienenfahrzeug 601 sowohl das System 301 als auch das System 501 umfassen.
  • FIG 7 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 701, auf dem Computerprogramm 703 gespeichert ist. Das Computerprogramm 703 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 703 durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder gemäß dem vierten Aspekt auszuführen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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 (19)

  1. Verfahren zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs (601) befindenden Anomalie, umfassend die folgenden Schritte:
    Empfangen (101) eines Infrarotbilds einer Umgebung eines auf einer Schiene geführten Schienenfahrzeugs (601),
    Ermitteln (103) einer erwarteten Infrarotemission der Umgebung basierend auf einer Infrarotkarte, welche eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene vorgibt,
    Detektieren (105) einer sich in der Umgebung des Schienenfahrzeugs (601) befindenden Anomalie basierend auf dem Infrarotbild und der erwarteten Infrarotemission.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Infrarotbild und die erwartete Infrarotemission der Umgebung miteinander verglichen werden, um einen Unterschied zu erkennen, wobei die Anomalie basierend auf einem erkannten Unterschied detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei einem erkannten Unterschied zumindest ein eine Geometrie des erkannten Unterschieds beschreibender, geometrischer Parameter des erkannten Unterschieds ermittelt wird, wobei die Anomalie abhängig von dem zumindest einen geometrischen Parameter detektiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der ermittelte zumindest eine geometrische Parameter dahingehend plausibilisiert wird, ob dieser zu einem Lebewesen und/oder zu einer Herde von Lebewesen und/oder zu einem für das Schienenfahrzeug (601) kritischen Bereich der Umgebung, insbesondere Bereich mit Feuer, Überschwemmung oder Geröll von einer Hangabrutschung, passen kann, wobei die Anomalie abhängig von einem Ergebnis des Plausibilisierens detektiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der ermittelte zumindest eine geometrischer Parameter jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von geometrischen Parametern ist: Länge, Höhe, Breite, Form und Muster.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeemission basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung eine Infrarotkarte aus einer Vielzahl von Infrarotkarten ausgewählt wird, welche jeweils eine Infrarotreferenz für eine Umgebung der Schiene bei jeweils zumindest einer unterschiedlichen Umgebungsbedingung vorgeben, wobei für das Ermitteln der erwarteten Infrarotemission die ausgewählte Infrarotkarte verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Umgebungsbedingungen ist:
    Temperatur, Wetter, Sonnenstand, Uhrzeit, Datum, Jahreszeit, Helligkeit.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Infrarotkarte zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information über zumindest ein in der Umgebung der Schiene vorhandenes, insbesondere verbautes, Objekt umfasst, wobei die erwartete Infrarotemission basierend der zumindest einen Infrarotemissions-relevanten Information ermittelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information jeweils ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Infrarotemissions-relevanten Informationen ist: Material des Objekts, Wärmekoeffizient des Objekts, Abmessung, insbesondere Höhe, Länge, Breite, des Objekts, Masse des Objekts, Größe der Oberfläche des Objekts, Volumen des Objekts, Position, Lage, bei einem aktiv Infrarotstrahlung emittieren könnendes Objekt, zeitliche Information über Zeit und/oder Dauer der durch das Objekt aktiv emittierten Infrarotstrahlung, bei einem eine technische Anlage seiendes Objekt zeitliche Information über eine Aktivität der technischen Anlage.
  11. Vorrichtung (201), die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
  12. System (301) zum Detektieren einer sich in einer Umgebung eines Schienenfahrzeugs (601) befindenden Anomalie, umfassend:
    die Vorrichtung nach Anspruch 11, und
    eine Infrarotkamera (303), welche eingerichtet ist, ein Infrarotbild einer Umgebung des Schienenfahrzeugs (601) aufzunehmen und an die Vorrichtung zu senden.
  13. Verfahren zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge (601), umfassend die folgenden Schritte:
    Vermessen (401) einer Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs (601), wobei das Vermessen ein Aufnehmen (403) von mehreren Infrarotbildern der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (601) umfasst,
    Erstellen (405) einer Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei während des Vermessens zumindest eine aktuelle Umgebungsbedingung ermittelt wird, wobei die Infrarotkarte basierend auf der zumindest einen aktuellen Umgebungsbedingung erstellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zumindest eine Infrarotemissions-relevante Information über zumindest ein in der Umgebung der Schiene vorhandenes, insbesondere verbautes, Objekt ermittelt wird, wobei die Infrarotkarte basierend auf der zumindest einen Infrarotemissions-relevante Information erstellt wird.
  16. System zum Erstellen einer Infrarotkarte einer Umgebung einer Schiene für Schienenfahrzeuge (601), umfassend:
    eine Vermessungseinrichtung (503), welche eingerichtet ist, eine Umgebung einer Schiene während einer Fahrt eines auf der Schiene geführten Schienenfahrzeugs (601) zu vermessen, wobei die Vermessungseinrichtung eine Infrarotkamera (505) umfasst, welche eingerichtet ist, zum Vermessen der Umgebung mehrere Infrarotbilder der Umgebung der Schiene während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (601) aufzunehmen, und
    eine Erstellungseinrichtung (507), welche eingerichtet ist, eine Infrarotkarte der Umgebung der Schiene basierend auf dem Vermessenen zu erstellen derart, dass die erstellte Infrarotkarte eine Infrarotreferenz für die Umgebung der Schiene vorgibt.
  17. Schienenfahrzeug (601), umfassend die Vorrichtung nach Anspruch 11 oder das System nach Anspruch 12 und/oder das System nach Anspruch 16.
  18. Computerprogramm (703), umfassend Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder 13 bis 15 auszuführen.
  19. Maschinenlesbares Speichermedium (701), auf dem das Computerprogramm (703) nach Anspruch 18 gespeichert ist.
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