EP4385853A1 - Verfahren zur ermittlung einer aktuellen position eines schienenfahrzeugs auf einem schienennetz - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer aktuellen position eines schienenfahrzeugs auf einem schienennetz Download PDF

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EP4385853A1
EP4385853A1 EP22213300.1A EP22213300A EP4385853A1 EP 4385853 A1 EP4385853 A1 EP 4385853A1 EP 22213300 A EP22213300 A EP 22213300A EP 4385853 A1 EP4385853 A1 EP 4385853A1
Authority
EP
European Patent Office
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relevance
image data
data set
superstructure
point
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
EP22213300.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Reiterer
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority to EP22213300.1A priority Critical patent/EP4385853A1/de
Publication of EP4385853A1 publication Critical patent/EP4385853A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/125—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using short-range radio transmission

Definitions

  • a prominent problem when applying measurement systems to a rail vehicle is the exact georeferencing, i.e. localization of the respective vehicle. Due to difficult environmental conditions, global navigation satellite systems, e.g. GPS, often do not provide sufficient accuracy in determining positions on rail routes. Overhead lines, tunnels, cuts in the terrain and the like obscure the view of the sky required by navigation satellite system receivers. The very high speed at which some rail vehicles travel today also increases the uncertainty in determining positions and runs counter to the demand for ever greater positioning accuracy.
  • the present invention is based on the object of providing a method for determining a current position of a rail vehicle on a rail network, which on the one hand provides the required accuracy in determining the position, but on the other hand is not subject to the limitations of a satellite-based method.
  • the method according to the invention comprises the steps: A) providing a camera on the rail vehicle and an evaluation unit, wherein the camera has a sensor, wherein the camera is directed in the direction of a superstructure located under the rail vehicle and the sensor is designed and set up to generate at least one image data set from the detected superstructure, wherein the evaluation unit is designed and set up to receive and process the at least one image data set from the sensor, B) first driving over at least one section of the rail network with the rail vehicle, C) during the first driving over, detecting the superstructure with the camera and generating a plurality of reference image data sets from the at least one image data set, wherein each of the plurality of reference image data sets maps exactly one surface section of the track diagram, D) generating a plurality of first local descriptors from the plurality of reference image data sets by the evaluation unit,
  • the superstructure consisting of track (two rails and the sleepers connecting them) and track bed is extremely diverse. This is particularly true for track beds with loose bedding materials such as ballast, gravel or sand.
  • the superstructure, and in particular the track bed forms a clear surface signature when viewed across a cross-section perpendicular to the direction of travel, which can be uniquely assigned to a position in the direction of travel. You could also say that each section of the superstructure in the direction of travel forms a kind of fingerprint that uniquely identifies the position of the respective section.
  • the present invention is therefore based on the idea of detecting the superstructure of a section of track during a first crossing.
  • the entire rail network with all its sections of track is detected during such a crossing.
  • the first crossing of at least one section of the rail network is therefore also referred to as a reference journey in the present application.
  • the recording of the superstructure with the camera during the first drive over generates at least one image data set in the form of a film or a plurality of individual images that overlap one another, abut one another or are spaced apart from one another.
  • a coherent, so-called stitched overall image is generated from a plurality of image data sets.
  • a plurality of reference image data sets are generated from the at least one image data set, wherein each of the reference image data sets depicts exactly one surface section of the track diagram.
  • each of the plurality of reference image data sets comprises a plurality of pixels in at least one line, wherein the line preferably extends perpendicular to the direction of travel.
  • each of the plurality of reference image data sets comprises a plurality of lines, each of which preferably extends in a direction perpendicular to the direction of travel.
  • each of the plurality of driving image data sets comprises a plurality of pixels in at least one line, wherein the line preferably extends perpendicular to the direction of travel.
  • each of the plurality of driving image data sets comprises a plurality of lines, each of which preferably extends in a direction perpendicular to the direction of travel.
  • the number of pixels per line and the number of lines per reference image data set or per driving image data set are selected such that each reference image data set or driving image data set uniquely identifies the respective surface section of the superstructure along the at least one route section.
  • Transferring the plurality of first local descriptors into the reference system that maps the rail network places the local descriptors in a global reference so that the descriptor is assigned a location or position in the rail network.
  • the transfer is carried out by assigning exactly one complete geographical coordinate to each first local descriptor.
  • the rail vehicle used for the test run can be the same or a different rail vehicle than that used for the reference run.
  • a first local descriptor is formed from each reference image data set, which describes the reference image data set.
  • the first local descriptor additionally describes the position of the relevant reference image data set in the direction of travel and thus of the associated area section on the route section.
  • a second local descriptor is also formed from each travel image data set, which describes the travel image data set.
  • descriptors for describing image data sets are known in many different ways from the state of the art.
  • the decisive factor is that the descriptor reduces the amount of data to be considered compared to the amount of data in the respective image data set.
  • a local descriptor is formed from an image data set using a method known as SIFT ( Scale-Invariant Feature Transform ). The method is used to detect and describe local features in an image or an image data set.
  • SIFT Scale-Invariant Feature Transform
  • a local descriptor is formed from an image data set using a feature known as SURF ( Speeded Up Robust Features, free translated: “Accelerated, Robust Features”).
  • SURF Speeded Up Robust Features, free translated: "Accelerated, Robust Features”
  • the method is used for the rapid detection of features in an image or an image data set.
  • the descriptors are referred to as local descriptors because they describe the superstructure only locally or at one position.
  • the second measure according to the invention by which the search set becomes manageable, consists in combining the plurality of first local descriptors of the plurality of reference image data sets into relevance sets, each with a selection from the plurality of first local descriptors.
  • Each relevance set belongs to exactly one relevance point, whereby a relevance point has a uniquely identifiable property that distinguishes the respective relevance point from all other relevance points of the rail network and assigns it to exactly one position of the rail network.
  • Each first local descriptor must be an element of at least one relevance set, but can also be an element of a plurality of relevance sets. In one embodiment of the invention, each first local descriptor belongs to exactly two relevance sets
  • each relevance point has a property that assigns the relevance point to exactly one position of the rail network.
  • the relevance quantities can be determined before the second crossing and preferably after completion of the first crossing.
  • a relevance point belongs to a node of the rail network with several route sections departing from there, then in one embodiment of the invention all local distributors of all route sections departing from this node are assigned to this relevance point and form exactly one relevance set.
  • the relevance points must also be detected in order to determine the relevance set to be selected for the comparison between a second local descriptor and the plurality of first local descriptors.
  • a correlation is formed between the second local descriptor and each of the plurality of first local descriptors from the selected relevance set.
  • forming a correlation is considered to be equivalent to determining a similarity between the second local descriptor and each of the plurality of first local descriptors from the selected relevance set.
  • This correlation must exceed a predetermined correlation threshold so that the position of the first descriptor identified in this way can be assumed to be the current position of the rail vehicle.
  • the correlation threshold must be determined in advance so that the correlation produces a clear result and thus a clear position of the rail vehicle on the rail network.
  • each of the plurality of relevance points is formed by a balise (also referred to as a barge or information point) arranged on the rail network and readable without contact.
  • the detection of one of the plurality of relevance points during the second crossing then includes reading the balise.
  • balises are known in railway operations, for example in the form of so-called Eurobalises.
  • Balises function as transponders and generally make it possible to detect both the position of the rail vehicle that reads the balise and its direction of travel.
  • Balises are generally mounted on the sleepers in the middle of the track.
  • each of the plurality of relevance points is defined by a geographic coordinate
  • the detection of one of the plurality of relevance points during the second pass comprises detecting a geographic coordinate with a global navigation satellite system (GMSS).
  • GMSS global navigation satellite system
  • the respective relevance sets can be determined during the measurement drive.
  • the relevance sets formed in this way are therefore also referred to as dynamic relevance sets.
  • the relevance set for a geographic coordinate as a relevance point can be defined as the set of all first descriptors within a defined area with a radius around the relevance point. In one embodiment, the radius is 10 km or less, preferably 5 km or less, and particularly preferably 1 km or less.
  • each of the plurality of relevance points is defined by a respective orientation point, wherein each of the orientation points has a unique property, in particular a unique shape or label, and wherein the detection of one of the plurality of relevance points during the second crossing comprises capturing an image of the orientation point.
  • an orientation point are a bridge, a switch, a station, a station sign, a signal, a tunnel, a dam or a combination thereof.
  • such an orientation point is arranged in the vicinity of the rail network.
  • contactless detection of an orientation point is possible by means of a corresponding reading device arranged on the rail vehicle, for example a camera.
  • each of the plurality of relevance points is defined by exactly one distinguished first local descriptor, wherein the detection of one of the plurality of relevance points during the second crossing takes place by detecting the superstructure with the camera.
  • a distinguished first local descriptor is, for example, a balise that bears a unique, optically detectable feature.
  • step F) for a section of the route between a first location and a second location of the rail network, in step F), a relevance point for the first location and a relevance point for the second location are determined, and in step G), the relevance set of the relevance point of the first location and the relevance set of the relevance point of the second location are formed such that each of the plurality of first local descriptors, which in step D) are selected from the plurality of reference image data sets generated for the route section between the first location and the second location, is an element of the relevance set of the first relevance point of the first location and an element of the relevance set of the relevance point of the second location.
  • each first local descriptor of the relevant route section is an element of exactly two relevance sets, the first relevance set being determined by the relevance point of the first location and the second relevance set being determined by the relevance point of the second location.
  • the search set of the first local descriptors is restricted to one or the other relevance set.
  • each first local descriptor of the route section is sufficient.
  • each first local descriptor is assigned reliability information, the reliability information forming a measure of the reliability of the underlying reference image data set in determining the current position of the rail vehicle.
  • the reliability information forming a measure of the reliability of the underlying reference image data set in determining the current position of the rail vehicle.
  • the section of track in question may be wet, which reduces the uniqueness of the signatures obtained from the reference image data sets.
  • Other examples of a deviation of the reference image data set underlying the first local descriptor from an expected structure are, for example, leaves or snow on the superstructure, which leads to a reduction in the reliability of the first local descriptor.
  • reliability information is assigned to every second local descriptor, the reliability information forming a measure of the reliability of the underlying journey image data set in determining the current position of the rail vehicle.
  • the relevant section of track may be wet, which reduces the uniqueness of the signatures obtained from the journey image data sets.
  • a first local descriptor or a second local descriptor is not used to determine the current position of the rail vehicle if the reliability information falls below a predetermined reliability threshold.
  • the results of the various methods are each evaluated with a reliability and the determined position with the highest reliability is output as the position of the rail vehicle.
  • the reliability information can instead be visualized by, for example, outputting a measure of the spread of the detected position (delusion of precision; DOP). Users of global navigation satellite systems are used to such a visualization of the reliability of the measured value.
  • the reliability information comprises information selected from a group consisting of time information that makes it possible to determine a time interval between the acquisition of the reference image data set underlying the first local descriptor in step C) and the acquisition of the driving image data set in step I), a visibility range, a deviation of the reference image data set underlying the first local descriptor or the driving image data set underlying the second local descriptor from an expected structure, an environmental condition of the superstructure and a moisture content of the superstructure or a combination thereof.
  • step C the plurality of reference image data sets are generated one after the other. If the reference image data sets are recorded one after the other as individual image data sets, individual image data sets can be discarded to form the reference image data sets.
  • a reference image data set is generated from at least one of a hundred consecutive image data sets in the direction of travel. In a further embodiment, a reference image data set is generated from at least one of ten consecutive image data sets in the direction of travel. In yet another In a further embodiment, a reference image data set is generated from each of the consecutive image data sets in the direction of travel.
  • Figure 1 shows a cross-section through a superstructure 1 of a section 18 of a rail network 19 in a cutting plane perpendicular to the direction of travel 6 of a train.
  • the superstructure 1 consists of a track bed 2, sleepers 17 arranged thereon (in Figure 1 not visible) and rails 3 connected to the sleepers 17.
  • the section plane shown indicates a position in the direction of travel 6 along the track section 18.
  • the surface 4 of the track bed 2 has a unique signature across the cross-section of the superstructure 1 shown, or at least for a surface section with a plurality of cross-sections arranged next to one another.
  • the uniqueness of the surface across the cross-section is due to the fact that the track bed 2 is made of poured railway ballast.
  • the individual ballast stones 5 are random and the arrangement of the majority of ballast stones 5 after pouring or tamping is even more so.
  • a single captured image or its image data set can later be assigned to exactly one location or geographical position of the route network 19.
  • a rail vehicle 7 (in Figure 1 not shown), a camera 8 with a CCD chip 9 as a sensor and a wide-angle lens 10 is provided.
  • the camera 8 looks in the direction of the track bed 2 and records its surface 4.
  • Figure 2 shows a broken away top view of the superstructure 1 of section 18 from Figure 1 What can be seen is a locomotive 7 as a rail vehicle with the camera 8 capturing the track bed.
  • the camera in the embodiment described here as an example records a film of the track bed of the entire track section 18 and, in addition, of the entire track network 19.
  • This film shows a complete reproduction of the entire surface 4 of the track bed 3 across the entire track network 19.
  • each reference image data set describes an area section 11, whereby the area sections 11 in the embodiment shown all abut one another.
  • the camera 8 also records surface sections 12 of the surface 4 of the track bed.
  • a driving image data set describing such a surface section 12 must then be compared with the reference image data sets in order to determine the location at which the respective driving image data set was recorded.
  • the amount of data in the reference image data sets describing the entire route network is so large that it cannot be compared in real time with a journey image data set.
  • a first local descriptor is generated for each reference image data set, wherein the majority of all first local descriptors together describe the reference image data sets of the entire route network 19. Also from the journey image data set such a local descriptor is created. This is called the second local descriptor.
  • the set of all first local descriptors of the rail network 19 is divided into subsets. These subsets are referred to as relevance sets.
  • the concept of relevance sets will now be explained using the exemplary representations of the Figure 3 described.
  • Figure 3 shows a rail network with a series of nodes and endpoints.
  • node F is considered.
  • the search set of all reference image data sets must be restricted to a subset that only contains reference image data sets that can be reached on track sections starting from F.
  • the relevance sets of all reference image data sets for each journey that begins in F are circled with a dashed line and designated with the reference symbol 13.
  • F is marked with a beacon 14 that can be read by locomotive 7 without contact. This beacon 14 forms a relevance point and identifies exactly one relevance set 13.
  • the train traveling from F to K records journey image data sets at regular intervals during its journey. A second local descriptor is formed from each of these journey image data sets. Reading the beacon 14 limits the search set to the subset of the descriptors of all relevance image data sets contained in the relevance set 13.
  • the position of this reference image data set is the current position of the locomotive 7.
  • the correlation threshold is selected such that there is a clear result of the correlation.
  • the descriptors of the relevance image data sets located on the track section 18 between F and K also belong to a second relevance set 16.
  • This relevance set 16 is marked with a balise 15 that can be read out in K as a relevance mark. If a train travels from K to F, the second descriptors of the driving image data sets are correlated with the first descriptors of all reference image data sets that are elements of the relevance set 16.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Position eines Schienenfahrzeugs auf einem Schienennetz, mit den Schritten: A) Bereitstellen einer Kamera an dem Schienenfahrzeug und einer Auswerteeinheit, wobei die Kamera einen Sensor aufweist, wobei die Kamera in Richtung eines unter dem Schienenfahrzeug befindlichen Oberbaus gerichtet ist und der Sensor ausgebildet und eingerichtet ist, aus dem erfassten Oberbau mindestens einen Bilddatensatz zu generieren, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Bilddatensatz von dem Sensor zu empfangen und zu verarbeiten; B) erstes Überfahren mindestens eines Streckenabschnitts des Schienennetzes mit dem Schienenfahrzeug; C) während des ersten Überfahrens Erfassen des Oberbaus mit der Kamera und Generieren einer Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen aus dem mindestens einen Bilddatensatz, wobei jeder aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen genau einen Flächenabschnitt des Oberbaus abbildet; D) Generieren einer Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen durch die Auswerteeinheit, wobei jeder erste lokale Deskriptor genau einen Referenzbilddatensatz an genau einer Position in Fahrtrichtung auf dem Streckenabschnitt beschreibt; E) Transferieren der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren in ein das Schienennetz abbildendes Referenzsystem; F) Bestimmen einer Mehrzahl von Relevanzpunkten in dem Referenzsystem; G) für jeden Relevanzpunkt Bilden genau einer Relevanzmenge, die eine Auswahl aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren umfasst, so dass jeder aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren Element mindestens einer Relevanzmenge ist; H) zweites Überfahren des mindestens einen Streckenabschnitts mit einem Schienenfahrzeug; I) während des zweiten Überfahrens Erfassen des Oberbaus mit der Kamera und Generieren mindestens eines Fahrtbilddatensatzes daraus, wobei der mindestens eine Fahrtbilddatensatz einen Flächenabschnitt des Oberbaus abbildet; J) Generieren eines zweiten lokalen Deskriptors aus jedem Fahrtbilddatensatz durch die Auswerteeinheit; K) während des zweiten Überfahrens Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten; L) für den zuletzt erfassten Relevanzpunkt Auswählen der in Schritt G) für diesen Relevanzpunkt gebildeten Relevanzmenge; M) Bilden jeweils einer Korrelation des zweiten lokalen Deskriptors mit jedem aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der ausgewählten Relevanzmenge; und N) wenn die Korrelation einen Korrelationsschwellenwert übersteigt, Ausgeben der Position des ersten Deskriptors als Position des Schienenfahrzeugs.

Description

  • Für moderne schienengebundene Verkehrssysteme ist die Kenntnis der exakten Position einzelner Schienenfahrzeuge auf dem Schienennetz essenziell. Dies sowohl im Hinblick auf die Betriebsführung und Betriebssicherheit als auch im Hinblick auf die Fahrgastinformation.
  • Ein herausstechendes Problem bei der Anwendung von Messsystemen auf ein Schienenfahrzeug ist die exakte Georeferenzierung, d.h. Lokalisierung des jeweiligen Fahrzeugs. Aufgrund schwieriger Umgebungsbedingungen liefern globale Navigationssatellitensysteme, z.B. GPS, auf Schienentrassen in vielen Fällen keine ausreichende Genauigkeit bei der Positionsbestimmung. Oberleitungen, Tunnel, Geländeeinschnitte und ähnliches bewirken eine Abschattung der für Navigationssatellitensystemempfänger erforderlichen Sicht zum Himmel. Auch die sehr hohe Geschwindigkeit, mit der Schienenfahrzeuge zum Teil heute verkehren, erhöht die Unsicherheit bei der Positionsbestimmung und steht im Gegensatz zur Forderung nach einer immer höheren Positionsgenauigkeit.
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Position eines Schienenfahrzeugs auf einem Schienennetz bereitzustellen, welches zum einen die erforderliche Genauigkeit bei der Bestimmung der Position bereitstellt, zum anderen aber nicht den Einschränkungen eines satellitengestützten Verfahrens unterliegt. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das zumindest potentiell ohne zusätzlichen Installationsaufwand an der Strecke auskommt.
  • Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Position eines Schienenfahrzeugs auf einem Schienennetz gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst. Dazu weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte auf: A) Bereitstellen einer Kamera an dem Schienenfahrzeug und einer Auswerteeinheit, wobei die Kamera einen Sensor aufweist, wobei die Kamera in Richtung eines unter dem Schienenfahrzeug befindlichen Oberbaus gerichtet ist und der Sensor ausgebildet und eingerichtet ist, aus dem erfassten Oberbau mindestens einen Bilddatensatz zu generieren, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Bilddatensatz von dem Sensor zu empfangen und zu verarbeiten, B) erstes Überfahren mindestens eines Streckenabschnitts des Schienennetzes mit dem Schienenfahrzeug, C) während des ersten Überfahrens Erfassen des Oberbaus mit der Kamera und Generieren einer Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen aus dem mindestens einen Bilddatensatz, wobei jeder aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen genau einen Flächenabschnitt des Gleisbilds abbildet, D) Generieren einer Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen durch die Auswerteeinheit, wobei jeder erste lokale Deskriptor genau einen Referenzbilddatensatz an genau einer Position in Fahrtrichtung auf dem Streckenabschnitt beschreibt, E) Transferieren der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren in ein das Schienennetz abbildendes Referenzsystem, F) Bestimmen einer Mehrzahl von Relevanzpunkten in dem Referenzsystem, G) für jeden Relevanzpunkt Bilden genau einer Relevanzmenge, die eine Auswahl aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren umfasst, so dass jeder aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren Element mindestens einer Relevanzmenge ist, H) zweites Überfahren des mindestens einen Streckenabschnitts mit einem Schienenfahrzeug, I) während des zweiten Überfahrens Erfassen des Oberbaus mit der Kamera und Generieren mindestens eines Fahrtbilddatensatzes daraus, wobei der mindestens eine Fahrtbilddatensatz einen Flächenabschnitt des Oberbaus abbildet, J) Generieren eines zweiten lokalen Deskriptors aus jedem Fahrtbilddatensatz durch die Auswerteeinheit, K) während des zweiten Überfahrens Erfassen der Mehrzahl von Relevanzpunkten, L) für den zuletzt erfassten Relevanzpunkt Auswählen der in Schritt G) für diesen Relevanzpunkt gebildeten Relevanzmenge, M) Bilden jeweils einer Korrelation des zweiten lokalen Deskriptors mit jedem aus der Mehrzahl von lokalen Deskriptoren aus der ausgewählten Relevanzmenge, N) wenn die Korrelation einen Korrelationsschwellenwert übersteigt, Ausgeben der Position des ersten Deskriptors als Position des Schienenfahrzeugs.
  • Es hat sich herausgestellt, dass der Oberbau aus Gleis (zwei Schienen sowie diese verbindende Schwellen) und Gleisbett eine extreme Vielfalt ausbildet. Dies gilt insbesondere für Gleisbetten mit schüttfähigen Bettungsmaterialien, wie z.B. Schotter, Kies oder Sand. Der Oberbau, insbesondere aber das Gleisbett, bildet über einen Querschnitt senkrecht zur Fahrtrichtung betrachtet eine eindeutige Oberflächensignatur aus, die sich eineindeutig einer Position in Fahrtrichtung zuordnen lässt. Man könnte auch sagen, jeder Abschnitt des Oberbaus in Fahrtrichtung bildet eine Art Fingerabdruck, welcher die Position des jeweiligen Abschnitts eineindeutig identifiziert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, den Oberbau eines Streckenabschnitts während einer ersten Überfahrt zu erfassen. Vorzugsweise wird das gesamte Schienennetz mit all seinen Streckenabschnitten bei einer solchen Überfahrt erfasst. Die erste Überfahrt mindestens eines Streckenabschnitts des Schienennetzes wird daher in der vorliegenden Anmeldung auch als Referenzfahrt bezeichnet.
  • Dabei generiert das Erfassen des Oberbaus mit der Kamera während des ersten Überfahrens mindestens einen Bilddatensatz in Form eines Films oder einer Mehrzahl von Einzelbildern, die einander überdecken, aneinanderstoßen oder auch voneinander beabstandet sind. In einer Ausführungsform wird aus einer Mehrzahl von Bilddatensatz ein zusammenhängendes, sogenanntes gestitchtes Gesamtbild erzeugt.
  • Entscheidend ist für die vorliegende Erfindung, dass aus dem mindestens einen Bilddatensatz eine Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen generiert wird, wobei jeder der Referenzbilddatensätze genau einen Flächenabschnitt des Gleisbilds abbildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen eine Mehrzahl von Bildpunkten in mindestens einer Zeile, wobei sich die Zeile vorzugsweise senkrecht zur Fahrtrichtung erstreckt. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen eine Mehrzahl von Zeilen, die sich jede vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung erstrecken.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder aus der Mehrzahl von Fahrtbilddatensätzen eine Mehrzahl von Bildpunkten in mindestens einer Zeile, wobei sich die Zeile vorzugsweise senkrecht zur Fahrtrichtung erstreckt. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder aus der Mehrzahl von Fahrtbilddatensätzen eine Mehrzahl von Zeilen, die sich jede vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung erstrecken.
  • Die Anzahl von Bildpunkten pro Zeile und die Anzahl von Zeilen pro Referenzbilddatensatz oder pro Fahrtbilddatensatz sind in einer Ausführungsform so gewählt, dass jeder Referenzbilddatensatz oder Fahrtbilddatensatz den jeweiligen Flächenabschnitt des Oberbaus entlang des mindestens einen Streckenabschnitts eindeutig identifiziert.
  • Das Transferieren der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren in das Referenzsystem, welches das Schienennetz abbildet, setzt die lokalen Deskriptoren in einen globalen Bezug, so dass dem Deskriptor ein Ort bzw. eine Position in dem Schienennetz zugeordnet ist. In einer Ausführungsform erfolgt das Transferieren durch Zuordnen genau einer vollständigen geographischen Koordinate zu jedem ersten lokalen Deskriptor. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Transferieren durch Zuordnen genau einer Kilometrierung zu jedem ersten lokalen Deskriptor.
  • Für eine effiziente Positionsbestimmung eines Schienenfahrzeugs bei einem zweiten Überfahren des mindestens einen Streckenabschnitts gilt es nun, einen schnellen Abgleich eines an einer Position des Oberbaus aufgenommenen Fahrtbilddatensatzes mit der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen durchzuführen. Dieses zweite Überfahren wird in der vorliegenden Anmeldung auch als Messfahrt bezeichnet.
  • Dabei kann das Schienenfahrzeug der Messfahrt das gleiche oder ein anderes Schienenfahrzeug sein, wie das der Referenzfahrt.
  • Um eine schnelle Zuordnung eines Fahrtbilddatensatzes aus einer Messfahrt zu einem Referenzbilddatensatz und damit zu einer Position in Fahrtrichtung auf dem Streckenabschnitt zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß zwei Maßnahmen vorgesehen:
    Zunächst wird aus jedem Referenzbilddatensatz ein erster lokaler Deskriptor gebildet, der den Referenzbilddatensatz beschreibt. In einer Ausführungsform der Erfindung beschreibt der erste lokale Deskriptor zusätzlich die Position des betreffenden Referenzbilddatensatzes in der Fahrtrichtung und damit des zugehörigen Flächenabschnitts auf dem Streckenabschnitt. Aus jedem Fahrtbilddatensatz wird zudem ein zweiter lokaler Deskriptor gebildet, der den Fahrtbilddatensatz beschreibt.
  • Derartige Deskriptoren zum Beschreiben von Bilddatensätzen sind aus dem Stand der Technik in mannigfaltiger Weise bekannt. Entscheidend ist, dass der Deskriptor die Datenmenge, die es zu betrachten gilt, reduziert, verglichen mit der Datenmenge des jeweiligen Bilddatensatzes.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Bilden eines lokalen Deskriptors aus einem Bilddatensatz mit einem als SIFT (englisch, Scale-Invariant Feature Transform, frei übersetzt: "skaleninvariante Merkmalstransformation") bezeichneten Verfahren. Das Verfahren dient der Detektion und Beschreibung lokaler Merkmale in einem Bild bzw. einem Bilddatensatz.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Bilden eines lokalen Deskriptors aus einem Bilddatensatz unter Verwendung eines als SURF (englisch, Speeded Up Robust Features, frei übersetzt: "Beschleunigte, robuste Merkmale") bezeichneten Verfahrens. Das Verfahren dient der schnellen Detektion von Merkmalen in einem Bild bzw. einem Bilddatensatz.
  • Die Bildung von Deskriptoren unter Verwendung von SIFT, SURF und weiteren Algorithmen sowie die Korrelation solcher Deskriptoren ist beschrieben in E. Karami, S. Prasad, M. Shehata "Image Matching Using SIFT, SURF, BRIEF and ORB: Performance Comparison for Distorted Images", arXiv preprint arXiv:1710.02726, 2017 - arxiv.org.
  • In der vorliegenden Anmeldung werden die Deskriptoren als lokale Deskriptoren bezeichnet, da sie den Oberbau nur lokal bzw. an einer Position beschreiben.
  • Trotz der Generierung von lokalen Deskriptoren aus den eigentlichen Bilddatensätzen ist die zu durchsuchende Datenmenge, insbesondere bei einem großen Schienennetz, noch immer so groß, dass sie nicht auf praktikablen Zeitskalen, vorzugsweise in Echtzeit, handhabbar ist.
  • Die zweite erfindungsgemäße Maßnahme, durch welche die Suchmenge handhabbar wird, besteht darin, die Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen in Relevanzmengen mit jeweils einer Auswahl aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren zusammenzufassen.
  • Jede Relevanzmenge gehört zu genau einem Relevanzpunkt, wobei ein Relevanzpunkt eine eindeutig identifizierbare Eigenschaft aufweist, die den jeweiligen Relevanzpunkt von allen anderen Relevanzpunkten des Schienennetzes unterscheidet und genau einer Position des Schienennetzes zuordnet.
  • Jeder erste lokale Deskriptor muss Element wenigstens einer Relevanzmenge sein, kann aber auch Element einer Mehrzahl von Relevanzmengen sin. In einer Ausführungsform der Erfindung gehört jeder erste lokale Deskriptor zu genau zwei Relevanzmengen
  • Die Zuordnung der ersten lokalen Deskriptoren zu Relevanzmengen mit jeweils einem Relevanzpunkt reduziert die Suchmenge, auf welche sich der jeweilige Abgleich eines zweiten lokalen Deskriptors mit einer Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren erstreckt, erheblich.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder Relevanzpunkt eine Eigenschaft auf, die den Relevanzpunkt genau einer Position des Schienennetzes zuordnet. In einer solchen Ausführungsform können die Relevanzmengen vor der zweiten Überfahrt und vorzugsweise nach Abschluss der ersten Überfahrt festgelegt werden.
  • Gehört ein Relevanzpunkt zu einem Knoten des Schienennetzes mit mehreren von dort abgehenden Streckenabschnitten, so sind in einer Ausführungsform der Erfindung diesem Relevanzpunkt alle lokalen Distributoren aller von diesem Knoten abgehenden Streckenabschnitte zugeordnet und bilden genau eine Relevanzmenge.
  • Es versteht sich, dass während des zweiten Überfahrens auch die Relevanzpunkte erfasst werden müssen, um die jeweils für den Abgleich zwischen einem zweiten lokalen Deskriptor und der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren auszuwählende Relevanzmenge zu bestimmen.
  • Zum Abgleichen des zweiten lokalen Deskriptors mit jedem aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren der ausgewählten Relevanzmenge wird eine Korrelation zwischen dem zweiten lokalen Deskriptor und jedem aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der ausgewählten Relevanzmenge gebildet. Dabei wird in der vorliegenden Anmeldung das Bilden einer Korrelation als gleichbedeutend mit dem Bestimmen einer Ähnlichkeit zwischen dem zweiten lokalen Deskriptor und jedem aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der ausgewählten Relevanzmenge betrachtet.
  • Diese Korrelation muss einen vorgegebenen Korrelationsschwellenwert übersteigen, damit man die Position des so identifizierten ersten Deskriptors als aktuelle Position des Schienenfahrzeugs annehmen kann. Der Korrelationsschwellenwert ist so vorab zu bestimmen, dass die Korrelation ein eindeutiges Ergebnis und damit eine eindeutige Position des Schienenfahrzeugs auf dem Schienennetz ergibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch eine am Schienennetz angeordnete und berührungslos auslesbare Balise (auch als Barke oder Informationspunkt bezeichnet) gebildet. Das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens umfasst dann ein Auslesen der Balise. Derartige Balisen sind im Eisenbahnbetrieb, beispielsweise in Form von sogenannten Eurobalisen bekannt. Balisen funktionieren als Transponder und ermöglichen in der Regel sowohl die Position des Schienenfahrzeugs, welches die Balise ausliest, zu erfassen als auch dessen Fahrtrichtung. In der Regel sind Balisen in der Mitte des Gleises auf den Schwellen montiert.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch eine geographische Koordinate definiert, wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens ein Erfassen einer geographischen Koordinate mit einem globalen Navigationssatellitensystem (GMSS) umfasst. In einer solchen Ausführungsform können die jeweiligen Relevanzmengen während der Messfahrt festgelegt werden. Man bezeichnet die so gebildeten Relevanzmengen daher auch als dynamische Relevanzmengen. Beispielsweise kann die Relevanzmenge für eine geographische Koordinate als Relevanzpunkt als die Menge aller ersten Deskriptoren innerhalb eines definierten Umkreises mit einem Radius um den Relevanzpunkt festgelegt werden. Dabei beträgt in einer Ausführungsform der Radius 10 km oder weniger, vorzugsweise 5 km oder weniger und besonders bevorzugt 1 km oder weniger.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch einen Orientierungspunkt definiert, wobei jeder der Orientierungspunkte eine eineindeutige Eigenschaft, insbesondere eine eineindeutige Form oder Beschriftung, aufweist und wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens ein Erfassen eines Bildes des Orientierungspunktes umfasst. Beispiele für einen solchen Orientierungspunkt sind eine Brücke, eine Weiche, ein Bahnhof, ein Bahnhofsschild, ein Signal, ein Tunnel, ein Damm oder eine Kombination davon. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein solcher Orientierungspunkt in der Umgebung des Schienennetzes angeordnet. Ein berührungsloses Erfassen eine Orientierungspunktes ist in einer Ausführungsform mittels einer entsprechenden auf dem Schienenfahrzeug angeordneten Leseeinrichtung, beispielsweise einer Kamera, möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch genau einen ausgezeichneten ersten lokalen Deskriptor definiert, wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens durch das Erfassen des Oberbaus mit der Kamera erfolgt. Ein solcher ausgezeichneter erster lokaler Deskriptor ist beispielsweise eine Balise, die ein eindeutiges, optisch erfassbares Merkmal trägt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für einen Streckenabschnitt zwischen einem ersten Ort und einem zweiten Ort des Schienennetzes in Schritt F) jeweils ein Relevanzpunkt für den ersten Ort und ein Relevanzpunkt für den zweiten Ort bestimmt und in Schritt G) wird die Relevanzmenge des Relevanzpunkts des ersten Orts und die Relevanzmenge des Relevanzpunkts des zweiten Orts derart gebildet, dass jeder aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren, die in Schritt D) aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen für den Streckenabschnitt zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort generiert wurden, Element der Relevanzmenge des ersten Relevanzpunkts des ersten Orts und Element der Relevanzmenge des Relevanzpunkts des zweiten Orts ist.
  • In einer solchen Ausführungsform ist jeder erste lokale Deskriptor des betreffenden Streckenabschnitts Element genau zweier Relevanzmengen, wobei die erste Relevanzmenge durch den Relevanzpunkt des ersten Orts und die zweite Relevanzmenge durch den Relevanzpunkt des zweiten Orts festgelegt ist. Je nach Fahrtrichtung wird die Suchmenge der ersten lokalen Deskriptoren auf die eine oder die andere Relevanzmenge beschränkt.
  • Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn jeder der zwei Orte, welche einen Streckenabschnitt begrenzen, ein Knoten des Streckennetzes ist.
  • Für Streckenabschnitte, die von einem Knoten zu einem Endpunkt des Streckennetzes führen, ist hingegen in einer Ausführungsform die Zuordnung jedes ersten lokalen Deskriptors des Streckenabschnittes zu genau einer Relevanzmenge ausreichend.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedem ersten lokalen Deskriptor eine Zuverlässigkeitsinformation zugeordnet, wobei die Zuverlässigkeitsinformation ein Maß für eine Zuverlässigkeit des zugrunde liegenden Referenzbilddatensatzes bei der Ermittlung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs bildet. Auch für eine Referenzfahrt kann nicht in allen Fällen gewährleistet werden, dass die Bedingungen bei der Überfahrt ideal sind. Beispielsweise kann der betreffende Streckenabschnitt nass sein, was die Eindeutigkeit der aus den Referenzbilddatensätzen gewonnenen Signaturen herabsetzt. Andere Beispiele für eine Abweichung des dem ersten lokalen Deskriptor zugrunde liegenden Referenzbilddatensatzes von einer zu erwartenden Struktur sind beispielsweise Laub oder Schnee auf dem Oberbau, was zur Herabsetzung der Zuverlässigkeit des ersten lokalen Deskriptors führt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedem zweiten lokalen Deskriptor eine Zuverlässigkeitsinformation zugeordnet, wobei die Zuverlässigkeitsinformation ein Maß für eine Zuverlässigkeit des zugrunde liegenden Fahrtbilddatensatzes bei der Ermittlung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs bildet. Bei einer Messfahrt treten wechselnde Umgebungsbedingungen bei der Überfahrt auf. Beispielsweise kann der betreffende Streckenabschnitt nass sein, was die Eindeutigkeit der aus den Fahrtbilddatensätzen gewonnenen Signaturen herabsetzt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein erster lokaler Deskriptor oder ein zweiter lokaler Deskriptor, wenn die Zuverlässigkeitsinformation eine vorgegebene Zuverlässigkeitsschwelle unterschreitet, nicht zur Ermittlung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs verwendet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung, die neben dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position des Schienenfahrzeugs noch weitere Verfahren einsetzt, die zueinander redundant sind, werden die Ergebnisse der verschiedenen Verfahren jeweils mit einer Zuverlässigkeit bewertet und als Position des Schienenfahrzeugs wird die ermittelte Position mit der höchsten Zuverlässigkeit ausgegeben.
  • Während in einer Ausführungsform ein Unterschreiten der vorgegebenen Zuverlässigkeitsschwelle zu einem Verwerfen der so bestimmten Position des Schienenfahrzeugs führt, kann in einer Ausführungsform der Erfindung stattdessen die Zuverlässigkeitsinformation visualisiert werden, indem beispielsweise ein Maß für die Streubreite der erfassten Position (Delusion of Precision; DOP) ausgegeben wird. Eine solche Visualisierung der Zuverlässigkeit des Messwerts sind Nutzer von globalen Navigationssatellitensystemen gewohnt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Zuverlässigkeitsinformation eine Information, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Zeitinformation, die es ermöglicht, ein Zeitintervall zwischen dem Erfassen des dem ersten lokalen Deskriptor zugrunde liegenden Referenzbilddatensatzes in Schritt C) und dem Erfassen des Fahrtbilddatensatzes in Schritt I) zu bestimmen, einer Sichtweite, einer Abweichung des dem ersten lokalen Deskriptor zugrunde liegenden Referenzbilddatensatzes oder des dem zweiten lokalen Deskriptor zugrundeliegenden Fahrtbilddatensatzes von einer zu erwartenden Struktur, einer Umgebungsbedingung des Oberbaus und einer Feuchte des Oberbaus oder einer Kombination davon.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Schritt C) die Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen zeitlich nacheinander generiert. Werden die Referenzbilddatensätze zeitlich nacheinander als Einzelbilddatensätze aufgenommen, so können zum Bilden der Referenzbilddatensätze einzelne Bilddatensätze verworfen werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aus mindestens einem von hundert in Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden Bilddatensätzen ein Referenzbilddatensatz generiert. In einer weiteren Ausführungsform wird aus mindestens einem von zehn in Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden Bilddatensätzen ein Referenzbilddatensatz generiert. In noch einer weiteren Ausführungsform wird aus jedem von in Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden Bilddatensätzen ein Referenzbilddatensatz generiert.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der zugehörigen Figuren deutlich. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
    • Figur 1
    ist eine schematische Querschnittsansicht mit einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Kamera und einem von der Kamera erfassten Oberbau eines Schienenstrangs.
    Figur 2
    ist eine weggebrochene schematische Draufsicht von oben auf einen Oberbau eines Streckenabschnitts.
    Figur 3
    ist eine schematische Darstellung eines Streckennetzes.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Oberbau 1 eines Streckenabschnitts 18 eines Schienenverkehrsnetzes 19 in einer Schnittebene senkrecht zur Fahrtrichtung 6 eines Zuges. Der Oberbau 1 besteht aus einem Gleisbett 2, darauf angeordneten Schwellen 17 (in Figur 1 nicht zu sehen) sowie mit den Schwellen 17 verbundenen Schienen 3. Die gezeigte Schnittebene bezeichnet eine Position in Fahrtrichtung 6 entlang des Streckenabschnitts 18.
  • Man kann davon ausgehen, dass für jeden Querschnitt entlang der Fahrtrichtung 6 die Oberfläche 4 des Gleisbetts 2 über den gezeigten Querschnitt des Oberbaus 1 hinweg, zumindest aber für einen Flächenabschnitt mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Querschnitten, eine einzigartige Signatur aufweist. Die Einzigartigkeit der Oberfläche über den Querschnitt hinweg ist der Tatsache geschuldet, dass das Gleisbett 2 aus geschüttetem Bahnschotter gebildet ist. Die einzelnen Schottersteine 5 sind zufällig und die Anordnung der Mehrzahl von Schottersteinen 5 nach der Schüttung bzw. dem Stopfen erst recht.
  • Gelingt es, die Oberfläche 4 des Gleisbetts 2 über das gesamte Netz 19 hinweg zu erfassen, so lässt sich später ein einzelnes erfasstes Bild bzw. dessen Bilddatensatz genau einem Ort bzw. einer geographischen Position des Streckennetzes 19 zuordnen.
  • Zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen während einer Messfahrt und dem nachfolgenden Erstellen eines Referenzsystem daraus, aber auch zum Aufnehmen eines Fahrtbilddatensatzes bei einer Messfahrt ist auf einem Schienenfahrzeug 7 (in Figur 1 nicht gezeigt), eine Kamera 8 mit einem CCD-Chip 9 als Sensor und einem Weitwinkelobjektiv 10 vorgesehen. Dabei blickt die Kamera 8 in Richtung des Gleisbetts 2 und erfasst dessen Oberfläche 4.
  • Figur 2 zeigt eine weggebrochene Draufsicht auf den Oberbau 1 des Streckenabschnitts 18 aus Figur 1. Zu sehen ist eine Lokomotive 7 als Schienenfahrzeug mit der das Gleisbett erfassenden Kamera 8.
  • Während einer ersten Überfahrt, d.h. der Referenzfahrt, nimmt die Kamera in der hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsform einen Film des Gleisbetts des gesamten Streckenabschnitts 18 und darüber hinaus des gesamten Streckennetzes 19 auf. Dieser Film zeigt eine vollständige Wiedergabe der gesamten Oberfläche 4 des Gleisbetts 3 über das gesamte Streckennetz 19 hinweg.
  • Um es zu ermöglichen, bei einer Messfahrt, beispielsweise einer fahrplanmäßigen Fahrt eines Personenzuges von einer Stadt F nach einer Stadt K die aktuelle Position des Zuges bzw. seiner Lokomotive 7 zu bestimmen, wird der Film in eine Vielzahl von Referenzbilddatensätzen aufgeteilt. In Figur 2 ist die flächenhafte Abdeckung einer Mehrzahl solcher Referenzbilddatensätze schematisch dargestellt. Jeder Referenzbilddatensatz beschreibt einen Flächenabschnitt 11, wobei die Flächenabschnitte 11 in der gezeigten Ausführungsform alle aneinanderstoßen. Die Gesamtmenge der Referenzbilddatensätze, welche alle Flächenabschnitte 11 eines Streckenabschnitts 18 beschreiben, decken das gesamte Streckennetz 19 ab.
  • Bei einer nachfolgenden zweiten Überfahrt, der Messfahrt, erfasst die Kamera 8 ebenfalls Flächenabschnitte 12 der Oberfläche 4 des Gleisbetts. Ein einen solchen Flächenabschnitt 12 beschreibender Fahrtbilddatensatz muss dann mit den Referenzbilddatensätzen verglichen werden, um den Ort zu bestimmen, an dem der jeweilige Fahrtbilddatensatz aufgenommen wurde.
  • Betrachtet man das gesamte Streckennetz, so ist die Datenmenge der das gesamte Streckennetz beschreibenden Referenzbilddatensätze so groß, dass sie nicht in Echtzeit mit einem Fahrtbilddatensatz abgleichbar ist.
  • Daher wird erfindungsgemäß für jeden Referenzbilddatensatz ein erster lokaler Deskriptor erzeugt, wobei die Mehrzahl aller ersten lokalen Deskriptoren gemeinsam die Referenzbilddatensätze des gesamten Streckennetzes 19 beschreiben. Auch aus dem Fahrtbilddatensatz wird ein solcher lokaler Deskriptor gebildet. Dieser wird als zweiter lokaler Deskriptor bezeichnet.
  • Zwar reduziert die Verwendung von lokalen Deskriptoren zur Beschreibung der Flächenabschnitte 11 die zu verarbeitende Datenmenge, dennoch ist die Menge der zu korrelierenden Daten für eine Echtzeitkorrelation über das gesamte Schienennetz 19 zu groß.
  • Daher wird erfindungsgemäß die Menge aller ersten lokalen Deskriptoren des Schienennetzes 19 in Teilmengen zerlegt. Diese Teilmengen werden als Relevanzmengen bezeichnet. Das Konzept der Relevanzmengen wird nun anhand der beispielhaften Darstellungen der Figur 3 beschrieben.
  • Figur 3 zeigt ein Schienenverkehrsnetz mit einer Reihe von Knoten und Endpunkten. Im Folgenden wird der Knoten F betrachtet. Von diesem gehen vier Streckenabschnitte zu den Knoten H und K sowie zu den Endpunkten Be und Ba ab. Angenommen ein Zug mit der Lokomotive 7 fährt von F nach K, so gilt es die Suchmenge aller Referenzbilddatensätze auf eine Teilmenge zu beschränken, die nur Referenzbilddatensätze enthält, die auf von F ausgehenden Streckenabschnitten erreicht werden können. Die Relevanzmengen aller Referenzbilddatensätze für jede Fahrt, die in F beginnt, ist mit einer gestrichelten Linie eingekreist und mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. F ist mit einer von der Lokomotive 7 berührungslos auslesbaren Balise 14 markiert. Diese Balise 14 bildet einen Relevanzpunkt und identifiziert genau eine Relevanzmenge 13.
  • Der in F nach K fahrende Zug erfasst auf seiner Fahrt in regelmäßigen zeitlichen Abständen Fahrtbilddatensätze. Aus diesen Fahrtbilddatensätzen wird jeweils ein zweiter lokaler Deskriptor gebildet. Das Auslesen der Balise 14 beschränkt die Suchmenge auf die in der Relevanzmenge 13 enthaltene Teilmenge der Deskriptoren aller Relevanzbilddatensätze.
  • Übersteigt die Korrelation zwischen einem zu einem Fahrtbilddatensatz gehörenden zweiten Deskriptor und einem zu einem Relevanzbilddatensatz gehörenden Deskriptor einen vorbestimmten Korrelationsschwellenwert, so ist die Position dieses Referenzbilddatensatzes die aktuelle Position der Lokomotive 7. Dabei ist der Korrelationsschwellenwert so gewählt, dass es ein eindeutiges Ergebnis der Korrelation gibt.
  • Die Deskriptoren der auf dem Streckenabschnitt 18 zwischen F und K liegenden Relevanzbilddatensätze gehören auch zu einer zweiten Relevanzmenge 16. Diese Relevanzmenge 16 ist mit einer in K auslesbaren Balise 15 als Relevanzmarke markiert. Fährt ein Zug von K nach F, so werden die zweiten Deskriptoren der Fahrtbilddatensätze mit den ersten Deskriptoren aller Referenzbilddatensätze, die Element der Relevanzmenge 16 sind, korreliert.
  • Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
  • Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
  • Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine" oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Oberbau
    2
    Gleisbett
    3
    Schiene
    4
    Oberfläche des Gleisbetts
    5
    Schotterstein
    6
    Fahrtrichtung
    7
    Schienenfahrzeug
    8
    Kamera
    9
    CCD-Chip
    10
    Objektiv
    11
    Flächenabschnitt eines Referenzbilddatensatzes
    12
    Flächenabschnitt eines Fahrtbilddatensatzes
    13, 16
    Relevanzmenge
    14, 15
    Balise
    17
    Schwelle
    18
    Streckenabschnitt
    19
    Schienennetz

Claims (14)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Position eines Schienenfahrzeugs (7) auf einem Schienennetz (19),
    mit den Schritten:
    A) Bereitstellen einer Kamera (8) an dem Schienenfahrzeug (7) und einer Auswerteeinheit,
    wobei die Kamera (8) einen Sensor (9) aufweist,
    wobei die Kamera (8) in Richtung eines unter dem Schienenfahrzeug (7) befindlichen Oberbaus (2) gerichtet ist und der Sensor (9) ausgebildet und eingerichtet ist, aus dem erfassten Oberbau (2) mindestens einen Bilddatensatz zu generieren,
    wobei die Auswerteeinheit ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Bilddatensatz von dem Sensor (9) zu empfangen und zu verarbeiten,
    B) erstes Überfahren mindestens eines Streckenabschnitts (18) des Schienennetzes (19) mit dem Schienenfahrzeug,
    C) während des ersten Überfahrens Erfassen des Oberbaus (2) mit der Kamera (8) und Generieren einer Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen aus dem mindestens einen Bilddatensatz,
    wobei jeder aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen genau einen Flächenabschnitt des Oberbaus (2) abbildet,
    D) Generieren einer Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen durch die Auswerteeinheit,
    wobei jeder erste lokale Deskriptor genau einen Referenzbilddatensatz an genau einer Position in Fahrtrichtung (6) auf dem Streckenabschnitt (18) beschreibt,
    E) Transferieren der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren in ein das Schienennetz (19) abbildendes Referenzsystem,
    F) Bestimmen einer Mehrzahl von Relevanzpunkten (14, 15) in dem Referenzsystem,
    G) für jeden Relevanzpunkt (14,15) Bilden genau einer Relevanzmenge, die eine Auswahl aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren umfasst, so dass jeder aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren Element mindestens einer Relevanzmenge ist,
    H) zweites Überfahren des mindestens einen Streckenabschnitts (18) mit einem Schienenfahrzeug,
    I) während des zweiten Überfahrens Erfassen des Oberbaus (2) mit der Kamera (8) und Generieren mindestens eines Fahrtbilddatensatzes daraus,
    wobei der mindestens eine Fahrtbilddatensatz einen Flächenabschnitt des Oberbaus (2) abbildet,
    J) Generieren eines zweiten lokalen Deskriptors aus jedem Fahrtbilddatensatz durch die Auswerteeinheit,
    K) während des zweiten Überfahrens Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten,
    L) für den zuletzt erfassten Relevanzpunkt Auswählen der in Schritt G) für diesen Relevanzpunkt gebildeten Relevanzmenge,
    M) Bilden jeweils einer Korrelation des zweiten lokalen Deskriptors mit jedem aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren aus der ausgewählten Relevanzmenge und
    N) wenn die Korrelation einen Korrelationsschwellenwert übersteigt, Ausgeben der Position des ersten Deskriptors als Position des Schienenfahrzeugs (7).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Relevanzpunkt eine Eigenschaft aufweist, die den Relevanzpunkt (14, 15) genau einer Position des Schienennetzes (19) zuordnet,
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relevanzmengen vor der zweiten Überfahrt festgelegt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch eine am Schienennetz (19) angeordnete und berührungslos auslesbare Balise (14, 15) definiert ist und wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens ein Auslesen der Balise (14, 15) umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch eine geographische Koordinate definiert ist, wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten (14, 15) während des zweiten Überfahrens ein Erfassen einer geographischen Koordinate mit einem globalen Navigationssatellitensystem umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, wobei das Bilden der Relevanzmenge zu dem Relevanzpunkt gemäß Merkmal G) während der zweiten Überfahrt erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Relevanzmenge für eine geographische Koordinate als Relevanzpunkt die Menge aller ersten Deskriptoren innerhalb eines definierten Umkreises mit einem Radius um den Relevanzpunkt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius 10 km oder weniger, vorzugsweise 5 km oder weniger und besonders bevorzugt 1 km oder weniger beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten jeweils durch einen Orientierungspunkt definiert ist, wobei jeder der Orientierungspunkte eine eineindeutige Eigenschaft, insbesondere eine eineindeutige Form, aufweist und wobei das Erfassen eines aus der Mehrzahl von Relevanzpunkten während des zweiten Überfahrens ein Erfassen eines Bildes des Orientierungspunktes umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Streckenabschnitt (18) zwischen einem ersten Ort und einem zweiten Ort des Schienennetzes (19)
    in Schritt F) jeweils ein Relevanzpunkt für den ersten Ort und ein Relevanzpunkt für den zweiten Ort bestimmt wird und
    in Schritt G) die Relevanzmenge des Relevanzpunkts des ersten Orts und die Relevanzmenge des Relevanzpunkts des zweiten Orts derart gebildet werden, dass jeder aus der Mehrzahl von ersten lokalen Deskriptoren, die in Schritt D) aus der Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen für den Streckenabschnitt (18) zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort generiert wurden, Element der Relevanzmenge des Relevanzpunkts des ersten Orts und Element der Relevanzmenge des Relevanzpunkts des zweiten Orts ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem ersten lokalen Deskriptor eine Zuverlässigkeitsinformation zugeordnet ist, wobei die Zuverlässigkeitsinformation ein Maß für eine Zuverlässigkeit für die Berücksichtigung des zugrundeliegenden Referenzbilddatensatzes bei der Ermittlung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs (7) bildet.
  12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Zuverlässigkeitsinformation eine vorgegebene Zuverlässigkeitsschwelle unterschreitet, der zugehörige lokale Deskriptor nicht zur Ermittlung der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs (7) verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuverlässigkeitsinformation eine Information umfasst, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus
    einer Zeitinformation, die es ermöglicht, ein Zeitintervall zwischen dem Erfassen des dem ersten lokalen Deskriptor zugrundeliegenden Referenzbilddatensatzes in Schritt C) und dem Erfassen des Fahrtbilddatensatzes in Schritt I) zu bestimmen,
    einer Sichtweite,
    einer Abweichung des dem ersten lokalen Deskriptor zugrundeliegenden Referenzbilddatensatzes von einer zu erwartenden Struktur,
    einer Umgebungsbedingung des Oberbaus (2) und
    einer Feuchte des Oberbaus
    oder einer Kombination davon.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt C) die Mehrzahl von Referenzbilddatensätzen zeitlich nacheinander generiert werden.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012107918A1 (de) * 2012-08-22 2014-05-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schienenfahrzeug-Ortungssystem und Schienenfahrzeug mit einem solchen Ortungssystem
US10086857B2 (en) * 2013-11-27 2018-10-02 Shanmukha Sravan Puttagunta Real time machine vision system for train control and protection
EP3939858A2 (de) * 2020-07-14 2022-01-19 Siemens Mobility Limited Verfahren zur bestimmung der position eines zuges entlang einer strecke

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012107918A1 (de) * 2012-08-22 2014-05-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schienenfahrzeug-Ortungssystem und Schienenfahrzeug mit einem solchen Ortungssystem
US10086857B2 (en) * 2013-11-27 2018-10-02 Shanmukha Sravan Puttagunta Real time machine vision system for train control and protection
EP3939858A2 (de) * 2020-07-14 2022-01-19 Siemens Mobility Limited Verfahren zur bestimmung der position eines zuges entlang einer strecke

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. KARAMIS. PRASADM. SHEHATA: "Image Matching Using SIFT, SURF, BRIEF and ORB: Performance Comparison for Distorted Images", ARXIV PREPRINT ARXIV:1710.02726, 2017

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