EP4389558A1 - Verfahren und vorrichtung zum erproben einer hinderniserkennung für einem gefahrenraum - Google Patents

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EP4389558A1
EP4389558A1 EP22216388.3A EP22216388A EP4389558A1 EP 4389558 A1 EP4389558 A1 EP 4389558A1 EP 22216388 A EP22216388 A EP 22216388A EP 4389558 A1 EP4389558 A1 EP 4389558A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
test
phase
testing
obstacles
computer
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
EP22216388.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Braband
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Priority to EP22216388.3A priority Critical patent/EP4389558A1/de
Publication of EP4389558A1 publication Critical patent/EP4389558A1/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
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/60—Testing or simulation
    • 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
    • B61L15/0063—Multiple on-board control systems, e.g. "2 out of 3"-systems
    • 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
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • 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

Definitions

  • the invention relates to methods for testing obstacle detection for a danger area.
  • the invention also relates to an arrangement for detecting obstacles with a sensor device for detecting objects in a danger area.
  • the invention relates to a computer program and a device for providing this computer program, the computer program being equipped with program instructions for carrying out this method.
  • obstacles are detected by using suitable sensors (optical sensors, radar, ultrasound) to identify objects in the area in front of the vehicle and classify them using computer support, preferably using artificial intelligence.
  • suitable sensors optical sensors, radar, ultrasound
  • the result of the classification is the detection of those objects that are to be considered obstacles.
  • an obstacle is an object that poses a risk of collision with the vehicle in question.
  • objects can also be detected that are outside the vehicle's path, for example, so there is no risk of a collision. These are also not classified as obstacles. There are a large number of objects that line the route, particularly on railway lines. Examples include signals, switches, track elements such as beacons, overhead lines, tunnels, train stations and the like. These must not be classified as obstacles, as the vehicle must be able to drive past them unhindered.
  • Danger areas can be formed, for example, by level crossings or platforms, tunnel entrances or bridges.
  • the danger area is the track area, which must be free of obstacles when a vehicle, i.e. the train, passes through.
  • Level crossings with (full) barriers are monitored by staff or with relatively expensive radar scanners that require safety approval (safety level SIL-3).
  • Very complex solutions with radar scanners are also used to monitor platforms, for example at VAG Nuremberg.
  • a proof test is an external test for testing an application that confirms the complete functionality of an application.
  • the PTI thus describes the intervals that must be observed between 2 consecutive PTs. This is usually difficult to integrate into operations, so PTIs > 1 year are usually common in order to limit the availability of the application in question as little as possible.
  • AI applications are currently not approved for safety applications (i.e. applications with a high level of safety) in the railway sector, particularly because their exact function is difficult to understand and the distances required for sensors in the railway sector cannot be covered. They can only be treated like a black box that must be monitored using specific methods. This is a particular problem with obstacle detection for automatic driving on rails, which must be carried out with a high level of safety.
  • safety applications i.e. applications with a high level of safety
  • AI it is not possible to predict how far the sensors will be able to detect obstacles in the specific situation and whether they are sufficiently capable of detecting them at all, and it is not clear whether the clearance profile of a route is free of obstacles.
  • supervised learning the system is trained by the connection between the input and the associated output of known data and in this way learns approximate functional relationships.
  • the availability of suitable and sufficient data is important, because if the system is trained with unsuitable (e.g. non-representative) data, it learns incorrect functional relationships.
  • unsupervised learning the system is also trained with example data, but only with input data and without any connection to a known output. It learns how to form and expand data groups, what is typical for the application in question and where deviations or anomalies occur. This makes it possible to describe application cases and discover error states.
  • reinforcement learning the system learns through trial and error by proposing solutions to given problems and receiving a positive or negative evaluation of this suggestion via a feedback function. Depending on the reward mechanism, the AI system learns to perform corresponding functions.
  • testing when testing in a real environment, there are high safety requirements. In particular, testing can only be carried out at low speeds so that accidents with real road users can be prevented by emergency braking if necessary.
  • a method for testing obstacle detection in vehicles in which a sensor device detects obstacles and these obstacles are evaluated using a computer.
  • test objects are moved into the clearance profile of a vehicle on a test track in such a way that they must be recognized as obstacles.
  • the vehicle does not recognize the obstacles, they are removed from the clearance profile before the vehicle reaches them in order to avoid collisions.
  • a test track and appropriately prepared obstacles must therefore be available.
  • the object of the invention is to provide a method for testing the obstacle detection of a vehicle, which can run under conditions that are as realistic as possible (in particular with regard to realized speeds) and thereby achieve high Safety requirements are met. It is also the object of the invention to provide an arrangement which can carry out such a method. Finally, the object of the invention is to provide a computer program product and a provision device for this computer program product with which the aforementioned method can be carried out.
  • the normal operation of the vehicle is the operating state in which a safety standard associated with the operation of the vehicle must be maintained. Part of this safety standard is then also a functioning obstacle detection system in the danger area in front of the vehicle.
  • safety standards may be suspended or reduced. For example, a vehicle parked in a depot does not require any danger zone monitoring. At most, monitoring that the vehicle has moved while parked is required (known as cold movement detection). Safety standards may also be reduced when driving through the depot because the depot is a closed area that is closed to the public. This is a room where only trained personnel are employed who are familiar with the dangers that could arise due to a reduction in safety standards.
  • the obstacles identified during obstacle detection testing must be disregarded for normal operation of the vehicle. During testing, it cannot be guaranteed that the obstacles identified are actually present in reality. This is because suitable test routines are carried out during testing, in which, for example, virtual obstacles are evaluated (more on this below). However, this also means that obstacle detection must take place in parallel in another way.
  • This obstacle detection can, for example, be carried out by an operator, i.e. an employee trained for this purpose. This can be a train driver who is otherwise only supported by the obstacle detection during normal operation. In a driverless vehicle, the operator can also be connected remotely, for example by using a camera system that is not integrated in the second test phase (more on a second sensor device below).
  • the first and second testing phases do not necessarily have to be carried out in the order in which they are numbered. The only important thing is that both the first and second testing phases are successfully completed within the applicable PTI.
  • a common proof test interval is defined for the first test phase and for the second test phase and that this proof test interval is taken into account both for the implementation of the first test phase and for the implementation of the second test phase.
  • a first proof test interval and for the second testing phase a second proof test interval is specified and the first proof test interval is taken into account for the implementation of the first testing phase and the second proof test interval is taken into account for the implementation of the second testing phase.
  • taking the proof test interval into account means that within the proof test interval relevant for the test phase under consideration (i.e. either the one common proof test interval for the first and the second test phase or the proof test interval for the first test phase and the proof test interval for the second test phase) there is at least one first test phase or one second test phase of the test.
  • first test phases and the second test phases can also be in the relevant proof test interval, for example if a favorable opportunity arises for carrying them out.
  • This opportunity can arise, for example, for the first test phase if the vehicle stays in the depot for a sufficiently long time.
  • the proof test interval has not yet expired, the period available for the subsequent respective (first or second) test phase is extended after the test phase has been completed, preferably by the entire length of the relevant proof test interval.
  • the sensor device is operated in the second test phase in parallel to an approved clearance detection device for the danger area, wherein the obstacle detection is carried out by the approved clearance detection device.
  • This variant of the invention requires that two redundant obstacle detection systems are available on the vehicle and that at least the system of the clearance detection device, when operated alone, provides the necessary safety of the regular operation of the vehicle. If such a clearance detection system is available, the second test phase can advantageously be carried out at any time without an operator having to be available to monitor the danger area for obstacles.
  • test conditions are generated in the first test phase, wherein the test conditions correspond to real conditions indicating an obstacle, and that in the first test phase it is checked whether an obstacle is detected under the test conditions.
  • the test conditions provide a virtual obstacle in a virtual operating environment, in the sense that the operating environment is not on the real track and the obstacle does not endanger the vehicle.
  • This can be a three-dimensional replica of the operating environment and a three-dimensional replica of a real obstacle, for example a dummy of a tree lying on the track or a farm animal such as a sheep or a cow.
  • a test image can be generated on a screen that represents the obstacle if the sensors to be tested are optical sensors. If the sensor is a radar, for example, the test conditions can also be generated by emitting suitable radar signals that simulate a reflection pattern of the operating environment or an obstacle.
  • the aim is to create test conditions that are as close to reality as possible, so that the sensor confuses the virtual test conditions with real conditions, so to speak.
  • test data that corresponds to sensor data describing an obstacle under real conditions is combined with sensor data from the real operating environment, and that in the second test phase it is checked whether an obstacle is detected under the real conditions.
  • the vehicle with the sensor In order to carry out the second test phase, the vehicle with the sensor must therefore be in the real operating environment, i.e. preferably tested during regular operation. It is therefore also necessary to replace the obstacle detection function, which is being tested, with a parallel obstacle detection system/process, since in this second test phase the report of an obstacle by the obstacle detection being tested is not reliable (it is very likely that this is a virtual test obstacle integrated into the real environment). Therefore, during the second test phase, for example, a remote operator takes over the train and replaces the obstacle detection. He also controls the brakes if necessary. The automatic obstacle detection of the system being tested is therefore active for the duration of the test, but does not intervene in train operation. Instead, communication takes place with the ongoing test routine of the test.
  • test generator can be used for the test.
  • This is at least a computer program and preferably also hardware on which the computer program is installed.
  • this hardware can also be provided by the permanently installed components in the vehicle.
  • the real images are redirected to a test generator and this adds the test obstacles to the stream. Delays are not important here as long as the tests are not unrealistic. The obstacles are superimposed on the real images.
  • the test generator can use the rails to identify where and at what distance obstacles can be added and thus generate the combined data.
  • the combined data i.e. data of the real operating environment measured by the sensor combined with the test data that would describe an obstacle under real conditions
  • This image data can, for example, be generated in such a way that the image pixels that are supposed to represent the obstacle are overwritten with the image data of the obstacle, so that the real image of the real operating environment that was recorded with the sensor cannot be seen in this area.
  • “computer-aided” or “computer-implemented” can be understood to mean an implementation of the method in which at least one computer or processor carries out at least one method step of the method.
  • Computers can be, for example, personal computers, servers, handheld computers, mobile phones and other communication devices that process data in a computer-aided manner, processors and other electronic devices for data processing, which can preferably also be connected to form a network.
  • a "processor” can be understood as, for example, a converter, a sensor for generating measurement signals or an electronic circuit.
  • a processor can in particular be a main processor (Central Processing Unit, CPU), a microprocessor, a microcontroller or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions, etc.
  • a processor can also be understood as a virtualized processor or a soft CPU.
  • a “memory unit” may be understood as, for example, a computer-readable memory in the form of a random-access memory (RAM) or data storage device (hard disk or data carrier).
  • RAM random-access memory
  • data storage device hard disk or data carrier
  • Interfaces can be implemented in hardware terms, for example wired or as a radio connection, and/or in software terms, for example as interaction between individual program modules or program parts of one or more computer programs.
  • cloud refers to an environment for “cloud computing”. This refers to an IT infrastructure that is made available via interfaces of a network such as the Internet. It usually includes storage space, computing power or software as a service, without these having to be installed on the local computer using the cloud.
  • the services offered as part of cloud computing cover the entire spectrum of information technology and include infrastructure, platforms and software.
  • Program modules are to be understood as individual functional units that enable a program sequence of method steps according to the invention. These functional units can be implemented in a single computer program or in several computer programs that communicate with each other. The interfaces implemented here can be implemented in software within a single processor or in hardware if several processors are used.
  • a computer program product with program instructions for carrying out the above-mentioned method according to the invention and/or its embodiments is claimed, wherein the method according to the invention and/or its embodiments can be carried out by means of the computer program product.
  • the computer program product comprises program instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method or at least computer-implemented steps of the method.
  • a provision device for storing and/or providing the computer program product, in particular a computer-readable storage medium on which said computer program product is stored, is claimed.
  • the provision device is, for example, a storage unit that stores and/or provides the computer program product.
  • the provision device is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed, for example cloud-based computer system and/or virtual computer system, which stores and/or provides the computer program product preferably in the form of a data stream.
  • the provision takes place in the form of a program data block as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream, of the computer program product.
  • This provision can also take place, for example, as a partial download consisting of several parts.
  • Such a computer program product is read into a system, for example, using the provision device, so that the method according to the invention is carried out on a computer.
  • the exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention.
  • the components of the embodiments described each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore to be considered as part of the invention individually or in a combination other than that shown.
  • the components described can also be combined with the features of the invention described above.
  • a depot DP in which a vehicle FZ is parked on a track GL. This is in a parking position from which operation of the vehicle can only be resumed after a commissioning procedure and can therefore be used to test obstacle detection using a first sensor SN1 without endangering the vehicle FZ or rail traffic on the track GL.
  • An initial test phase is carried out in the depot DP, which can be carried out outside of normal operation.
  • the hardware, including the first sensor SN1 is checked for functionality.
  • the control center LZ establishes a communication connection via an eleventh interface S11.
  • the first test phase is controlled and monitored in the control center LZ, whereby a computer can be used for this purpose (see also Figure 3 , CP1).
  • a computer can also be operated outside the control center, for example in the depot DP at a service provider who carries out the testing.
  • the testing can be either an initial commissioning of the obstacle detection in the vehicle FZ or a proof test PT, whereby the latter must be repeated at the relevant proof test intervals PTI.
  • GFR danger zones
  • FRE clearance detection devices
  • second sensors SN2 are located at the tunnel entrance and exit and at the beginning and end of the bridge to test obstacle detection, each of which is directed at the danger areas GFR. These can be used to generate measurement data during the obstacle detection test in the second test phase and to ensure danger area monitoring in the area of the BR bridge and the TL tunnel.
  • a first sensor (sensor device) SN1 is located at the front end (in the direction of travel) of the vehicle FZ, which is shown in the illustration according to Figure 2 is directed at the rightmost danger zone GFR and could monitor the danger zone GFR in addition to the second sensor SN2 installed at the start of the bridge.
  • the danger zone monitoring by the first sensor SN1 is suspended because it is in the second test phase.
  • the monitoring of the area in front of the vehicle FZ could also be carried out by an operator, i.e. a human employee, such as a driver in the vehicle FZ or a remotely connected operator from a control center LZ, which is in communication with the vehicle FZ via a tenth interface S ten (radio interface).
  • an operator i.e. a human employee, such as a driver in the vehicle FZ or a remotely connected operator from a control center LZ, which is in communication with the vehicle FZ via a tenth interface S ten (radio interface).
  • FIG 3 a computer infrastructure is shown which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Program modules can be processed by a first computer CP1 in a control center LZ or a signal box (not shown), by a second computer CP2 in a control ST in a vehicle FZ and within a cloud CLD compare also Figure 2 ).
  • a first computer CP1 in a control center LZ or a signal box (not shown)
  • a second computer CP2 in a control ST in a vehicle FZ and within a cloud CLD compare also Figure 2 ).
  • other computers and storage devices not shown can be used for the aforementioned purposes.
  • the control center LZ has a first computer CP1, which is connected to a first storage device SE1 via a third interface S3.
  • the first computer CP1 is connected to the cloud CLD via an eighth interface S8.
  • the first computer CP1 is connected to a second computer CP2 of the control system ST via a first interface S1.
  • the second computer CP2 has a fourth interface S4 to a second storage device SE2.
  • the control also has a first sensor SN1, for example a camera, which is to be tested as part of a test of obstacle detection and therefore has no influence on the vehicle's travel during the test.
  • a second sensor SN2 for example a radar, which carries out a danger zone clearance report to be taken into account for the travel of the vehicle FZ, while the obstacle detection is being tested using the first sensor SN1.
  • the sensor data of the first sensor SN1 are transmitted to the second computer CP2 via a fifth interface S5 and the sensor data of the second sensor SN2 via a sixth interface S6.
  • a query step is first asked after the expiration of the first proof test interval T1>PTI1?, namely whether a first time T1 is already greater than that specified by the first proof test interval. If this is the case, the first test phase EP1 is initiated. If this is not the case, a query step is carried out after a request for the test ANF? to determine whether the first test phase EP1 was requested. If this is the case, the first test phase EP1 is initiated. Otherwise, the latter queries are carried out again.
  • the first test phase EP1 consists of a reset step for the first proof test interval, in which the first time T1 is set back to zero. This means that the proof test interval starts again.
  • a query is made in a query step after the expiry of the second proof test interval T2>PTI2? whether a second time T2 is already greater than the second proof test interval allows. If this is the case, the second test phase EP2 is initiated. If this is not the case, a query step is made after a request for testing ANF? whether such a request exists. If this is the case, the second test phase EP2 is initiated. If this is not the case, the process starts again.
  • the second test phase EP2 consists of a test step for a function of the obstacle detection TST_FKT, in particular whether certain obstacles are detected or not.
  • the second time T2 is reset to zero.
  • a query step for the end of the procedure STP? is carried out to determine whether the procedure should be stopped. If this is the case, the procedure is aborted. If this is not the case, the procedure is repeated from the beginning.

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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erproben einer Hinderniserkennung für einen Gefahrenraum (GFR), der in Fahrtrichtung (FR) vor einem spurgeführten Fahrzeug (FZ) liegt, bei dem eine Sensoreinrichtung (SN1, SN2) in oder an dem Gefahrenraum (GFR) liegende Objekte (OB) erfasst, die erfassten Objekte (OB) rechnergestützt erkannt werden und zur Erkennung von Hindernissen (HD) rechnergestützt bewertet werden. Die Erprobung wird in einer ersten Erprobungsphase (EP1) außerhalb des laufenden Regelbetriebs eine die Sensoreinrichtung (SN1, SN2) aufweisende Hardware auf ihre Funktion überprüft. In einer zweiten Erprobungsphase wird während des laufenden Regelbetriebs des Fahrzeugs (FZ) die Erkennung von Hindernissen (HD) erprobt, wobei die durch das Erproben der Hinderniserkennung erkannten Hindernisse (HD) bei dem Regelbetrieb des Fahrzeugs (FZ) unberücksichtigt bleiben. Ferner umfasst die Erfindung eine Anordnung zur Erkennung von Hindernissen, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erproben einer Hinderniserkennung für einen Gefahrenraum. Außerdem betrifft die Erfindung Anordnung zur Erkennung von Hindernissen mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Gefahrenraum. Zuletzt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogramm, wobei das Computerprogramm mit Programmbefehlen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgestattet ist.
  • In der Automobilindustrie gibt es weit verbreitete Algorithmen zur Hinderniserkennung, die aber in der offenen Straßenumgebung noch nicht zum Einsatz kommen, da in der Vergangenheit bereits Fälle von Versagen mit Unfallfolge bekannt geworden sind. Grundsätzlich erfolgt die Erkennung von Hindernissen dadurch, dass mittels einer geeigneten Sensorik (optische Sensoren, Radar, Ultraschall) Objekte im vor dem Fahrzeug liegenden Bereich als solche erkannt werden und rechnergestützt vorzugsweise durch Nutzung von künstlicher Intelligenz klassifiziert werden. Das Ergebnis der Klassifikation ist die Erkennung derjenigen Objekte, die als Hindernis zu werten sind. Ein Hindernis ist in diesem Zusammenhang ein Objekt, mit dem eine Kollision mit dem betreffenden Fahrzeug droht.
  • Andererseits können auch Objekte erkannt werden, die beispielsweise außerhalb des Fahrweges des Fahrzeuges stehen, weswegen keine Kollision droht. Diese werden auch nicht als Hindernis klassifiziert. Insbesondere bei Bahnstrecken gibt es eine Vielzahl von Objekten, die die Strecke säumen. Als Beispiele sind Signale, Weichen, Gleiselemente wie Balisen, Oberleitungen, Tunnel, Bahnhöfe und dergleichen zu nennen. Diese dürfen nicht als Hindernis klassifiziert werden, da das Fahrzeug ungehindert daran vorbeifahren soll.
  • Gefahrenräume können beispielsweise durch Bahnübergänge oder Bahnsteige, Tunneleingänge oder Brücken gebildet sein. Der Gefahrenraum ist dabei der Gleisbereich, der bei Durchfahrt eines Fahrzeugs, also dem Zug, frei von Hindernissen sein muss. Bahnübergänge mit (Voll-)Schranken werden vom Personal oder mit verhältnismäßig teuren) Radarscannern überwacht, die eine Sicherheitszulassung (Sicherheitsstufe SIL-3) benötigen. Auch bei der Überwachung von Bahnsteigen z. B. bei der VAG Nürnberg werden sehr aufwändige Lösungen mit Radarscannern eingesetzt.
  • Beim automatischen Fahren insbesondere auf der Schiene müssen Hindernisse sicher erkannt werden. Die Sicherheitsanforderungen hängen nach DIN V0831-103 entscheidend vom sog. proof-test-interval (PTI) ab. Ein Proof Test (PT) ist ein externer Test zum Erproben einer Applikation, der die komplette Funktion einer Applikation bestätigt. Das PTI beschreibt somit die Intervalle, die zwischen 2 aufeinanderfolgenden PT einzuhalten sind. In der Regel ist dieser schwer in den Betrieb integrierbar, so dass in der Regel PTI > 1 Jahr üblich sind, um die Verfügbarkeit der betreffenden Applikation möglichst wenig einzuschränken.
  • AI Anwendungen werden derzeit nicht für Safety-Anwendungen (also Anwendungen auf einem hohen Sicherheitslevel) im Bahnbereich zugelassen, insbesondere, da ihre genaue Funktion nur schwer nachvollzogen werden kann und auch nicht die geforderten Entfernungen, die im Bahnbereich für eine Sensorik notwendig sind, abdeckt werden können. Sie können nur wie eine Black Box behandelt werden, die mit spezifischen Methoden überwacht werden muss. Dies ist ein besonderes Problem bei der Hinderniserkennung für das automatische Fahren auf der Schiene, die mit einer hohen Sicherheit erfolgen muss. Bei der Verwendung von AI kann nicht vorhergesehen werden, wie weit die Sensorik in der konkreten Situation Hindernisse erkennen kann und ob sie überhaupt ausreichend erkennungsfähig ist, und es ist nicht klar festzustellen, ob das Lichtraumprofil einer Strecke frei von Hindernissen ist.
  • Unter künstlicher Intelligenz (im Folgenden auch mit KI abgekürzt) ist im Rahmen dieser Erfindung im engeren Sinne das rechnergestützte Machine Learning (im Folgenden auch mit ML abgekürzt) zu verstehen. Es geht dabei um das statistische Lernen der Parametrisierung von Algorithmen, vorzugsweise für sehr komplexe Anwendungsfälle. Mittels ML erkennt und erlernt das System anhand von zuvor eingegebenen Lerndaten Muster und Gesetzmäßigkeiten bei den erfassten Prozessdaten. Mithilfe geeigneter Algorithmen können durch ML eigenständig Lösungen zu aufkommenden Problemstellungen gefunden werden. ML gliedert sich in drei Felder - überwachtes Lernen, unüberwachtes Lernen und bestärkendes Lernen (Reinforcement Learning), mit spezifischeren Anwendungen, zum Beispiel Regression und Klassifikation, Strukturerkennung und -vorhersage, Datengenerierung (Sampling) oder autonomes Handeln.
  • Beim überwachten Lernen wird das System durch den Zusammenhang von Eingabe und zugehöriger Ausgabe bekannter Daten trainiert und erlernt auf diese Weise approximativ funktionale Zusammenhänge. Dabei kommt es auf die Verfügbarkeit geeigneter und ausreichender Daten an, denn wenn das System mit ungeeigneten (z.B. nicht-repräsentativen) Daten trainiert wird, so lernt es fehlerhafte funktionale Zusammenhänge. Beim unüberwachten Lernen wird das System ebenfalls mit Beispieldaten trainiert, jedoch nur mit Eingabedaten und ohne Zusammenhang zu einer bekannten Ausgabe. Es lernt, wie Datengruppen zu bilden und zu erweitern sind, was typisch für den betreffenden Anwendungsfall ist und wo Abweichungen bzw. Anomalien auftreten. Dadurch lassen sich Anwendungsfälle beschreiben und Fehlerzustände entdecken. Beim bestärkenden Lernen lernt das System durch Versuch und Irrtum, indem es zu gegebenen Problemstellungen Lösungen vorschlägt und über eine Feedbackfunktion eine positive oder negative Bewertung zu diesem Vorschlag erhält. Je nach Belohnungsmechanismus erlernt das KI-System, entsprechende Funktionen auszuführen.
  • Das maschinelle Lernen kann beispielsweise durch künstliche neuronale Netze (im Folgenden für artificial neural network, kurz ANN genannt) durchgeführt werden. Künstliche neuronale Netze basieren meist auf der Vernetzung vieler Neuronen, beispielsweise McCulloch-Pitts-Neuronen oder leichter Abwandlungen davon.
  • Grundsätzlich können auch andere künstliche Neuronen Anwendung in ANN finden, z. B. das High-Order-Neuron. Die Topologie eines Netzes (die Zuordnung von Verbindungen zu Knoten) muss abhängig von seiner Aufgabe bestimmt werden. Nach der Konstruktion eines Netzes folgt die Trainingsphase, in der das Netz "lernt". Dabei kann ein Netz beispielsweise durch folgende Methoden lernen:
    • Entwicklung neuer Verbindungen
    • Löschen existierender Verbindungen
    • Ändern der Gewichtung (der Gewichte von Neuron j zu Neuron i)
    • Anpassen der Schwellenwerte der Neuronen, sofern diese Schwellwerte besitzen
    • Hinzufügen oder Löschen von Neuronen
    • Modifikation von Aktivierungs-, Propagierungs- oder Ausgabefunktion
  • Außerdem verändert sich das Lernverhalten bei Veränderung der Aktivierungsfunktion der Neuronen oder der Lernrate des Netzes. Praktisch gesehen lernt ein ANN hauptsächlich durch Modifikation der Gewichte der Neuronen. Eine Anpassung des Schwellwertes kann hierbei durch ein on-Neuron miterledigt werden. Dadurch sind ANN in der Lage, komplizierte nichtlineare Funktionen über einen Lernalgorithmus, der durch iterative oder rekursive Vorgehensweise aus vorhandenen Ein- und gewünschten Ausgangswerten alle Parameter der Funktion zu bestimmen versucht, zu erlernen. ANN sind dabei eine Realisierung des konnektionistischen Paradigmas, da die Funktion aus vielen einfachen gleichartigen Teilen besteht. Erst in ihrer Summe wird das Verhalten komplex.
  • Der bekannte Stand der Technik, ein Artikel mit dem Titel "Ein ICE in Lichterfelde: DB-Versuchszug fährt auf der Berliner Goerzbahn" veröffentlicht: https://www.deutschebahn.com/pr-berlin-de/aktuell/presseinform ationen/Ein-ICE-in-Lichterfelde-DB-Versuchszug-faehrt-auf-der-Berliner-Goerzbahn--5888114, von dem die Erfindung ausgeht, betrifft einen Verfahren zur Hinderniserkennung gemäß Anspruch 1. Die dargestellten Probleme machen es demnach erforderlich, dass eine automatische Hinderniserkennung vor ihrem sicherheitsrelevanten Einsatz unter Realbedingungen getestet wird.
  • Danach soll eine im Augenblick ungenutzte Strecke in Berlin-Lichterfelde für die Erprobung von Hinderniserkennungssystemen mit einem Versuchszug der Deutschen Bahn, dem sogenannten advanced TrainLab, einem dieselgetriebenen ICE der Baureihe 605, verwendet werden. Nach Angaben der Bahn biete die 2,5 km lange Strecke optimale Voraussetzungen, um verschiedene Systeme zur Objekt- und Hinderniserkennung sowie zur Umfeld-Wahrnehmung zu erproben. Es gebe rund 40 Stellen, an denen der Autoverkehr den Streckenabschnitt quere.
  • Bei einer Erprobung im realen Umfeld bestehen jedoch hohe Anforderungen an die Sicherheit. Insbesondere kann eine Erprobung nur mit geringer Geschwindigkeit erfolgen, damit Unfälle mit realen Verkehrsteilnehmern gegebenenfalls durch eine Notbremsung verhindert werden können.
  • In der nachveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 21209512.9 ist ein Verfahren zum Erproben einer Hinderniserkennung von Fahrzeugen beschrieben, bei dem eine Sensoreinrichtung Hindernisse erkennt und diese Hindernisse rechnergestützt bewertet werden. Zum Zwecke der Erprobung werden Testobjekte an einer Teststrecke derart in das Lichtraumprofil eines Fahrzeugs hineinbewegt, dass diese als Hindernisse erkannt werden müssen. Für den Fall, dass das Fahrzeug die Hindernisse nicht erkennt, werden diese zur Vermeidung von Kollisionen wieder aus dem Lichtraumprofil entfernt, bevor das Fahrzeug diese erreichen würde. Für dieses Verfahren der Erprobung müssen somit eine Teststrecke und entsprechend präparierte Hindernisse zur Verfügung stehen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zur Erprobung der Hinderniserkennung eines Fahrzeugs anzugeben, welches unter möglichst realistischen Bedingungen (insbesondere hinsichtlich realisierter Geschwindigkeiten) ablaufen kann und dabei hohe Anforderungen an die Sicherheit (Safety) erfüllt. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, welche ein solches Verfahren ausführen kann. Zuletzt besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt anzugeben, mit dem das vorgenannte Verfahren durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren zum Erproben einer Hinderniserkennung für einen Gefahrenraum, der in Fahrtrichtung vor einem spurgeführten Fahrzeug liegt, bei dem eine Sensoreinrichtung, kurz ein Sensor, in oder an dem Gefahrenraum liegende Objekte erfasst, die erfassten Objekte rechnergestützt erkannt werden und zur Erkennung von Hindernissen rechnergestützt bewertet werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Erprobung
    • in einer ersten Erprobungsphase außerhalb des laufenden Regelbetriebs eine die Sensoreinrichtung aufweisende Hardware auf ihre Funktion überprüft wird, und
    • in einer zweiten Erprobungsphase während des laufenden Regelbetriebs des Fahrzeugs (FZ) die Erkennung von Hindernissen erprobt wird, wobei die durch das Erproben der Hinderniserkennung erkannten Hindernisse HD bei dem Regelbetrieb des Fahrzeugs unberücksichtigt bleiben.
  • Der Regelbetrieb des Fahrzeugs ist derjenige Betriebszustand, in dem ein mit dem Betrieb des Fahrzeugs verbundener Sicherheitsstandard eingehalten werden muss. Teil dieses Sicherheitsstandards ist dann auch eine funktionierende Hinderniserkennung im Gefahrenraum vor dem Fahrzeug.
  • Außerhalb des laufenden Regelbetriebs können die Sicherheitsstandards aufgehoben oder vermindert sein. Ein im Depot abgestelltes Fahrzeug benötigt beispielsweise keine Gefahrenraumüberwachung. Höchstens eine Überwachung, dass sich das Fahrzeug im abgestellten Zustand bewegt hat, ist erforderlich (cold Movement Detektion genannt). Auch bei der Fahrt durch das Depot können die Sicherheitsstandards herabgesetzt sein, weil es sich bei dem Depot um einen vor der Öffentlichkeit abgeschlossenen Raum handelt. Hier ist ausschließlich geschultes Personal im Einsatz, welches mit Gefahren vertraut ist, die aufgrund einer Herabsetzung des Sicherheitsstandards entstehen könnten.
  • Bei der Anwendung des Verfahrens müssen die durch das Erproben der Hinderniserkennung erkannten Hindernisse für den Regelbetrieb des Fahrzeugs unberücksichtigt bleiben. Während der Erprobung kann nämlich nicht sichergestellt werden, dass die erkannten Hindernisse tatsächlich in der Realität vorliegen. Dies hängt damit zusammen, dass während der Erprobung geeignete Testroutinen abgearbeitet werden, bei denen beispielsweise virtuelle Hindernisse bewertet werden (hierzu im Folgenden noch mehr) . Dies bedeutet aber auch, dass eine Hinderniserkennung parallel auf anderem Wege erfolgen muss. Diese Hinderniserkennung kann beispielsweise durch einen Operator, also einen für diesen Zweck geschulten Mitarbeiter, durchgeführt werden. Hierbei kann es sich um einen Zugführer handeln, der im Regelbetrieb ansonsten durch die Hinderniserkennung nur unterstützt wird. Bei einem fahrerlosen Fahrzeug kann der Operator auch Remote hinzugeschaltet werden, indem dieser beispielsweise ein Kamerasystem nutzt, welches in der zweiten Erprobungsphase nicht integriert ist (zu einer zweiten Sensoreinrichtung im Folgenden noch mehr).
  • Die erste Erprobungsphase und die zweite Erprobungsphase müssen nicht notwendigerweise in der Reihenfolge ihrer Nummerierung ausgeführt werden. Wichtig ist lediglich, dass innerhalb der geltenden PTI sowohl die erste Erprobungsphase als auch die zweite Erprobungsphase erfolgreich abgeschlossen wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die erste Erprobungsphase und für die zweite Erprobungsphase ein gemeinsames Prooftestintervall festgelegt ist und dieses Prooftestintervall sowohl für die Durchführung der ersten Erprobungsphase als auch für die Durchführung der zweiten Erprobungsphase berücksichtigt wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die erste Erprobungsphase ein erstes Prooftestintervall und für die zweite Erprobungsphase ein zweites Prooftestintervall festgelegt ist und das erste Prooftestintervall für die Durchführung der ersten Erprobungsphase und das zweite Prooftestintervall für die Durchführung der zweiten Erprobungsphase berücksichtigt wird.
  • Unter einem Berücksichtigen des Prooftestintervalls ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass innerhalb des jeweils für die betrachtete Erprobungsphase relevanten Prooftestintervalls (also entweder dem einen gemeinsamen Prooftestintervall für die erste und die zweite Erprobungsphase oder jeweils dem Prooftestintervall für die erste Erprobungsphase und dem Prooftestintervall für die zweite Erprobungsphase) jeweils mindestens eine erste Erprobungsphase bzw. eine zweite Erprobungsphase der Erprobung liegt.
  • Vorzugsweise können auch mehrere der ersten Erprobungsphasen und der zweiten Erprobungsphasen in dem relevanten Prooftestintervall liegen, wenn sich zum Beispiel für die Durchführung eine günstige Gelegenheit ergibt. Diese Gelegenheit kann sich beispielsweise für die erste Erprobungsphase durch einen genügend langen Depotaufenthalt des Fahrzeugs ergeben. Auch wenn das Prooftestintervall noch nicht abgelaufen ist, so verlängert sich der zur Verfügung stehende Zeitraum für die nachfolgende jeweilige (erste oder zweite) Erprobungsphase nach erfolgter Erprobungsphase vorzugsweise um die gesamte Länge des relevanten Prooftestintervalls.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Sensoreinrichtung in der zweiten Erprobungsphase parallel zu einer zugelassenen Freimeldeeinrichtung für den Gefahrenraum betrieben wird, wobei die Hinderniserkennung durch die zugelassene Freimeldeeinrichtung durchgeführt wird.
  • Diese Variante der Erfindung setzt voraus, dass auf dem Fahrzeug redundant zwei Systeme zur Hinderniserkennung zur Verfügung stehen und zumindest das System der Freimeldeeinrichtung im alleinigen Betrieb die erforderliche Sicherheit des Regelbetriebs des Fahrzeugs garantiert. Steht eine solche Freimeldeeinrichtung zur Verfügung, kann die zweite Erprobungsphase vorteilhaft jederzeit durchgeführt werden, ohne dass ein Operator für eine Überwachung des Gefahrenraums auf Hindernisse zur Verfügung stehen muss.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Erprobungsphase Testbedingungen erzeugt werden, wobei die Testbedingungen mit ein Hindernis anzeigenden realen Bedingungen übereinstimmen, und das in der ersten Testphase geprüft wird, ob unter den Testbedingungen ein Hindernis erkannt wird.
  • Die Testbedingungen stellen also mit anderen Worten ein virtuelles Hindernis in einer virtuellen Betriebsumgebung zur Verfügung, in dem Sinne, dass die Betriebsumgebung nicht auf der realen Strecke liegt und das Hindernis das Fahrzeug nicht gefährdet. Dabei kann es sich um die dreidimensionale Nachbildung der Betriebsumgebung und die dreidimensionale Nachbildung eines echten Hindernisses handeln, beispielsweise um die Attrappe eines auf dem Gleis liegenden Baumes oder eines Nutztieres wie eines Schafes oder einer Kuh. Es ist aber auch besonders vorteilhaft möglich, dass die Betriebsumgebung und die Hindernisse nur dargestellt werden, beispielsweise zweidimensional. So kann auf einem Bildschirm ein Testbild erzeugt werden, welches das Hindernis darstellt, wenn die zu erprobenden Sensoren optische Sensoren sind. Wenn die Sensorik beispielsweise ein Radar ist, können die Testbedingungen auch erzeugt werden, indem geeignete Radarsignale ausgestrahlt werden, die ein Reflexionsmuster der Betriebsumgebung bzw. eines Hindernisses simulieren. Wichtig ist dabei, dass die virtuellen Hindernisse durch den zu erprobenden Sensor nicht oder nur sehr schwer von realen Hindernissen im Regelbetrieb zu unterscheiden sind oder mit anderen Worten genauso wie die realen Hindernisse in der realen Betriebsumgebung erkannt werden. Es sollen also möglichst realitätsnahe Erprobungsbedingungen erzeugt werden, sodass der Sensor die virtuellen Testbedingungen sozusagen mit realen Bedingungen verwechselt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der zweiten Erprobungsphase eine reale Betriebsumgebung genutzt wird, wobei Testdaten, die mit unter realen Bedingungen ein Hindernis beschreibenden Sensordaten übereinstimmen, mit Sensordaten der realen Betriebsumgebung kombiniert werden, und das in der zweiten Erprobungsphase geprüft wird, ob unter den realen Bedingungen ein Hindernis erkannt wird.
  • Um die zweite Erprobungsphase durchzuführen, muss sich das Fahrzeug mit dem Sensor daher in der realen Betriebsumgebung befinden, also vorzugsweise während des laufenden Regelbetriebs erprobt werden. Daher ist es auch erforderlich, die Funktion der Hinderniserkennung, die sich in der Erprobung befindet, durch ein parallellaufendes System / Verfahren der Hinderniserkennung zu ersetzen, da in dieser zweiten Erprobungsphase die Meldung eines Hindernisses durch die zu erprobende Hinderniserkennung nicht verlässlich ist (es handelt sich nämlich sehr wahrscheinlich um ein virtuelles, in die reale Umgebung integriertes Test-Hindernis). Daher übernimmt während der zweiten Erprobungsphase beispielsweise ein Remote Operator den Zug und ersetzt die Hinderniserkennung. Er steuert auch ggf. die Bremsen an. Die automatische Hinderniserkennung des zu erprobenden Systems ist also für die Dauer des Tests aktiv, greift aber nicht in den Zugbetrieb ein. Eine Kommunikation erfolgt stattdessen mit der ablaufenden Testroutine der Erprobung.
  • Für den Test kann ein sogenannter Testgenerator zum Einsatz kommen. Hierbei handelt es sich zumindest um ein Computerprogramm vorzugsweise auch um eine Hardware, auf der das Computerprogramm installiert ist. Diese Hardware kann allerdings auch durch die im Fahrzeug festverbaute haben Wert zur Verfügung gestellt werden. Die realen Bilder werden an einen Testgenerator umgeleitet und dieser spielt die Test-Hindernisse in den Stream mit ein. Verzögerungen sind hier nicht von Belang, solange die Tests nicht unrealistisch sind. Die Hindernisse werden den wahren Bildern überlagert. Z. B. kann der Testgenerator anhand der Schienen erkennen, wo und in welcher Entfernung Hindernisse eingespielt werden können und so die kombinierten Daten erzeugen.
  • Beispielsweise kann es sich bei den kombinierten Daten, also durch den Sensor gemessenen Daten der realen Betriebsumgebung kombiniert mit den Testdaten, die unter realen Bedingungen ein Hindernis beschreiben würden, um Bilddaten handeln, wenn es sich bei dem Sensor um einen optischen Sensor handelt. Diese Bilddaten können beispielsweise derart erzeugt werden, dass die Bildpixel, die das Hindernis darstellen sollen, mit den Bilddaten des Hindernisses überschrieben werden, sodass in diesem Bereich das reale Bild der realen Betriebsumgebung, welches mit dem Sensor aufgenommen wurde, nicht zu sehen ist.
  • Unter "rechnergestützt" oder "computerimplementiert" kann im Zusammenhang mit der Erfindung eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem mindestens ein Computer oder Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.
  • Der Ausdruck "Rechner" oder "Computer" deckt alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften ab. Computer können beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.
  • Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise einen Wandler einen Sensor zur Erzeugung von Messsignalen oder eine elektronische Schaltung, verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden.
  • Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder Datenspeichers (Festplatte oder Datenträger) verstanden werden.
  • Als "Schnittstellen" können hardwaretechnisch, beispielsweise kabelgebunden oder als Funkverbindung, und/oder softwaretechnisch, beispielweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen oder Programmteilen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.
  • Als "Cloud" soll eine Umgebung für ein "Cloud-Computing" (deutsch Rechnerwolke oder Datenwolke) verstanden werden. Gemeint ist eine IT-Infrastruktur, welche über Schnittstellen eines Netzwerks wie das Internet verfügbar gemacht wird. Sie beinhaltet in der Regel Speicherplatz, Rechenleistung oder Software als Dienstleistung, ohne dass diese auf dem die Cloud nutzenden lokalen Computer installiert sein müssen. Die im Rahmen des Cloud-Computings angebotenen Dienstleistungen umfassen das gesamte Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur, Plattformen und Software.
  • Als "Programmmodule" sollen einzelne Funktionseinheiten verstanden werden, die einen erfindungsgemäßen Programmablauf von Verfahrensschritten ermöglichen. Diese Funktionseinheiten können in einem einzigen Computerprogramm oder in mehreren miteinander kommunizierenden Computerprogrammen verwirklicht sein. Die hierbei realisierten Schnittstellen können softwaretechnisch innerhalb eines einzigen Prozessors umgesetzt sein oder hardwaretechnisch, wenn mehrere Prozessoren zum Einsatz kommen.
  • Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand einer Anordnung erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass die Anordnung eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
  • Mit der Anordnung, die als Teil von einem Bahnübergang, einem Bahnsteig oder einem Infrastruktur-Bauwerk, wie einer Brücke oder einem Tunnel sein kann, lassen sich die Vorteile erreichen, die im Zusammenhang mit dem obenstehend näher beschriebenen Verfahren bereits erläutert wurden. Das zum erfindungsgemäßen Verfahren Aufgeführte gilt entsprechend auch für diese erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
  • Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispielen beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen dazu veranlassen, das Verfahren oder zumindest computerimplementierte Schritte des Verfahrens durchzuführen.
  • Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das genannte Computerprogrammprodukt gespeichert ist, beansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Speichereinheit, die das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes, beispielsweise cloudbasiertes Computersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogrammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.
  • Die Bereitstellung erfolgt in Form eines Programmdatenblocks als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfolgen, der aus mehreren Teilen besteht. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in ein System eingelesen, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Komponenten auch durch mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen der Erfindung kombinierbar.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsbemäßen Anordnung in einem Depot bei der Durchführung der ersten Erprobungsphase eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit ihren Wirkzusammenhängen schematisch,
    • Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsbemäßen Anordnung an einer Brücke und an einem Tunnel als reale Betriebsumgebung bei der Durchführung der zweiten Erprobungsphase eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit ihren Wirkzusammenhängen schematisch,
    • Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Computer-Infrastruktur der Anordnungen gemäß Figur 1 und 2 (verteilt auf die Leitzentrale und das Fahrzeug) als Blockschaltbild, wobei die einzelnen Funktionseinheiten Programmmodule ausführen, die jeweils in einem oder mehreren Prozessoren ablaufen können und wobei die Schnittstellen demgemäß softwaretechnisch oder hardwaretechnisch ausgeführt sein können,
    • Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm, wobei die einzelnen Verfahrensschritte einzeln oder in Gruppen durch Programmmodule verwirklicht sein können und wobei die Funktionseinheiten und Schnittstellen gemäß Figur 2 beispielhaft angedeutet sind.
  • In Fig. 1 ist ein Depot DP dargestellt, in dem ein Fahrzeug FZ auf einem Gleis GL abgestellt ist. Dieses befindet sich in einer Parkposition, aus der heraus ein Betrieb des Fahrzeugs erst nach einer Inbetriebnahmeprozedur wieder aufgenommen werden kann, und kann daher ohne eine Gefährdung des Fahrzeugs FZ oder des Schienenverkehrs auf dem Gleis GL für eine Erprobung einer Hinderniserkennung mittels eines ersten Sensors SN1 herangezogen werden. Im Depot DP wird eine erste Erprobungsphase durchlaufen, die außerhalb des Regelbetriebs durchgeführt werden kann. Dabei wird die Hardware inklusive des ersten Sensors SN1 auf ihre Funktion überprüft. Zu diesem Zweck baut die Leitzentrale LZ über eine elfte Schnittstelle S11 eine Kommunikationsverbindung her.
  • In der Leitzentrale LZ wird die erste Erprobungsphase gesteuert bzw. überwacht, wobei hierfür ein Computer zum Einsatz kommen kann (vergleiche auch Figur 3, CP1). Selbst verständlich kann ein solcher Computer auch außerhalb der Leitzentrale betrieben werden, so zum Beispiel im Depot DP bei einem Dienstleister, der die Erprobung durchführt. Bei der Erprobung kann es sich sowohl um eine Erstinbetriebnahme der Hinderniserkennung im Fahrzeug FZ als auch um einen Prooftest PT handeln, wobei letzterer in diesbezüglichen Prooftestintervallen PTI wiederholt werden muss.
  • In Figur 2 ist schematisch eine Landschaft als reale Betriebsumgebung mit einem Berg B einem Tal T dargestellt. Durch den Berg B führt ein Tunnel TL und über das Tal T führt eine Brücke BR. Bei dem Tunnel TL und der Brücke BR handelt es sich um Infrastruktur-Bauwerke einer Strecke mit einem Gleis GL, welches in Figur 3 nur angedeutet ist. Auf dem Gleis GL fährt ein spurgeführtes Fahrzeug FZ in einer Fahrtrichtung FR.
  • Am Tunneleingang und am Tunnelausgang sowie am Brückeneingang als auch am Brückenausgang befinden sich Gefahrenräume GFR. Diese müssen durch Freimeldeeinrichtungen FRE überwacht werden, wobei diese in bereits beschriebene Weise für eine Gefahrenraumüberwachung zugelassen sind.
  • Zusätzlich befinden sich zur Erprobung einer Hinderniserkennung zweite Sensoren SN2 am Tunneleingang sowie am Tunnelausgang und am Brückenanfang sowie am Brückenende, die jeweils auf die Gefahrenräume GFR gerichtet sind. Mit diesen lassen sich während der Erprobung einer Hinderniserkennung in der zweiten Erprobungsphase Messdaten erzeugen und eine Gefahrenraumüberwachung im Bereich der Bücke BR und des Tunnels TL gewährleisten.
  • Außerdem befindet sich ein erster Sensor (Sensoreinrichtung) SN1 am vorderen Ende (in Fahrtrichtung) des Fahrzeugs FZ, welcher in der Darstellung gemäß Figur 2 auf den am weitesten rechts befindlichen Gefahrenraum GFR gerichtet ist und zusätzlich zu dem am Brückenanfang angebrachten zweiten Sensor SN2 den Gefahrenraum GFR überwachen könnte. Allerdings ist die Gefahrraumüberwachung durch den ersten Sensor SN1 ausgesetzt, da dieser sich in der zweiten Erprobungsphase befindet.
  • Alternativ (nicht dargestellt) könnte die gefahren Raumüberwachung vor dem Fahrzeug FZ auch durch einen Operator, also einem menschlichen Mitarbeiter, übernommen werden, wie zum Beispiel einem Fahrzeugführer im Fahrzeug FZ oder einen Remote zugeschalteten Operator aus einer Leitzentrale LZ, die über eine zehnte Schnittstelle S zehn (Funk Schnittstelle) mit dem Fahrzeug FZ in Kommunikationsverbindung steht.
  • In Figur 3 ist eine Computerinfrastruktur dargestellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Programmmodule können hierbei durch einen ersten Computer CP1 in eine Leitzentrale LZ oder einem Stellwerk (nicht dargestellt), durch einen zweiten Computer CP2 im einer Steuerung ST in einem Fahrzeug FZ und innerhalb einer Cloud CLD abgearbeitet werden vergleiche auch Figur 2). Es können für die vorgenannten Einsatzzwecke selbstverständlich weitere nicht dargestellte Computer und Speichereinrichtungen zum Einsatz kommen.
  • Die Leitzentrale LZ besitzt einen ersten Computer CP1, der über eine dritte Schnittstelle S3 mit einer ersten Speichereinrichtung SE1 verbunden ist. Außerdem ist der erste Computer CP1 über eine achte Schnittstelle S8 mit der Cloud CLD verbunden. Außerdem ist der erste Computer CP1 über eine erste Schnittstelle S1 mit einem zweiten Computer CP2 der Steuerung ST verbunden.
  • Der zweite Computer CP2 weist eine vierte Schnittstelle S4 zu einer zweiten Speichereinrichtung SE2 auf. Die Steuerung weist außerdem einen ersten Sensor SN1, beispielsweise eine Kamera, auf, die im Rahmen einer Erprobung der Hinderniserkennung erprobt werde soll und daher während der Erprobung keinen Einfluss auf die Fahrt des Fahrzeugs nimmt. Außerdem gibt es einen zweiten Sensor SN2, beispielsweise ein Radar, welcher eine für die Fahrt des Fahrzeugs FZ zu berücksichtigende Gefahrraumfreimeldung durchführt, während die Hinderniserkennung mittels des ersten Sensors SN1 erprobt wird. Die Sensordaten des ersten Sensors SN1 werden über eine fünfte Schnittstelle S5 und die Sensordaten des zweiten Sensors SN2 über eine sechste Schnittstelle S6 an den zweiten Computer CP2 übertragen.
  • In Figur 4 ist der Ablauf der Erprobung mit den Erprobungsphasen einer ersten Erprobungsphase EP1 und einer zweiten Erprobungsphase EP2 dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens wird zunächst in einem Abfrageschritt nach dem Ablauf des ersten Prooftestintervalls T1>PTI1? gefragt, und zwar, ob eine erste Zeit T1 bereits größer ist, als vom ersten Prooftestintervall vorgegeben. Ist dies der Fall wird die erste Erprobungsphase EP1 eingeleitet. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in einem Abfrageschritt nach einer Anforderung für die Erprobung ANF? eine Abfrage, ob die erste Erprobungsphase EP1 angefordert wurde. Ist dies der Fall, wird die erste Erprobungsphase EP1 eingeleitet. Ansonsten erfolgen die letztgenannten Abfragen erneut.
  • Die erste Erprobungsphase EP1 besteht aus einem Zurücksetzungsschritt für das erste Prooftestintervall, bei dem die erste Zeit T1 wieder auf Null gesetzt wird. Damit fängt das Prooftestintervall von neuem an zu laufen. Außerdem erfolgt ein Erprobungsschritt für die Sensoreinrichtung TST_SE, bei der die für die Hinderniserkennung verantwortliche Sensoreinrichtung auf ihre technische Funktion hin überprüft wird.
  • Ist die erste Erprobungsphase EP1 damit abgeschlossen, erfolgt in einem Abfrageschritt nach Ablauf des zweiten Prooftestintervalls T2>PTI2? eine Abfrage, ob eine zweite Zeit T2 bereits größer ist als das zweite Prooftestintervall zulässt. Ist dies der Fall, wird die zweite Erprobungsphase EP2 eingeleitet. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in einem Abfrageschritt nach einer Anforderung für die Erprobung ANF?, ob eine solche Anforderung vorliegt. Ist dies der Fall, wird die zweite Erprobungsphase EP2 eingeleitet. Ist dies nicht der Fall, startet das Verfahren von neuem.
  • Die zweite Erprobungsphase EP2 besteht aus einem Erprobungsschritt für eine Funktion der Hinderniserkennung TST_FKT, insbesondere ob bestimmte Hindernisse erkannt werden oder nicht. Außerdem wird in einem Zurücksetzungsschritt für das zweite Prooftestintervall T2=0 die zweite Zeit T2 auf Null zurückgesetzt.
  • Nach Beendigung der zweiten Erprobungsphase EP2 wird in einem Abfrageschritt für das Verfahrensende STP? abgefragt, ob das Verfahren gestoppt werden soll. Ist dies der Fall, wird das Verfahren abgebrochen. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren vom Anfang an wiederholt.
    • Bezugszeichenliste
    • LZ
    Leitzentrale
    GFR
    Gefahrenraum
    FRE
    Freimeldeeinrichtung
    FZ
    Fahrzeug
    FR
    Fahrtrichtung
    GL
    Gleis
    B
    Berg
    T
    Tal
    BR
    Brücke
    TL
    Tunnel
    RP
    (Remote) Operator
    DP
    Depot
    HD
    Hindernis
    CP1 ... CP2
    Computer
    SE1 ... SE2
    Speichereinrichtung
    SN1 ... SN2
    Sensoreinrichtung (kurz auch Sensor genannt)
    S1 ... S10
    Schnittstelle
    CLD
    Cloud
    PT
    Prooftest
    PTI1 ... PTI2
    wirklich deutlich bessere Prooftestintervall
    EP1 ... EP2
    Erprobungsphase
    T1>PTI1?
    Abfrageschritt nach Ablauf des ersten Prooftestintervalls
    ANF?
    Abfrageschritt nach einer Anforderung für Erprobung
    TST_SE
    Erprobungsschritt für Sensoreinrichtung
    T1=0
    Zurücksetzungsschritt für das erste Prooftestintervall
    T2>PTI2?
    Abfragesschritt nach Ablauf des zweiten Prooftestintervalls
    TST_FKT
    Erprobungsschritt für eine Funktion der Hinderniserkennung
    T2=0
    Zurücksetzungschritt für das zweite Prooftestintervall
    STP?
    Abfrageschritt für Verfahrensende

Claims (9)

  1. Verfahren zum Erproben einer Hinderniserkennung für einen Gefahrenraum (GFR), der in Fahrtrichtung (FR) vor einem spurgeführten Fahrzeug (FZ) liegt, bei dem eine Sensoreinrichtung (SN1) in oder an dem Gefahrenraum (GFR) liegende Objekte (OB) erfasst, die erfassten Objekte (OB) rechnergestützt erkannt werden und zur Erkennung von Hindernissen (HD) rechnergestützt bewertet werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Erprobung
    • in einer ersten Erprobungsphase (EP1) außerhalb des laufenden Regelbetriebs eine die Sensoreinrichtung (SN1) aufweisende Hardware auf ihre Funktion überprüft wird, und
    • in einer zweiten Erprobungsphase während des laufenden Regelbetriebs des Fahrzeugs (FZ) die Erkennung von Hindernissen (HD) erprobt wird, wobei die durch das Erproben der Hinderniserkennung erkannten Hindernisse (HD) bei dem Regelbetrieb des Fahrzeugs (FZ) unberücksichtigt bleiben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für die erste Erprobungsphase (EP1) und für die zweite Erprobungsphase (EP2) ein gemeinsames Prooftestintervall festgelegt ist und dieses Prooftestintervall sowohl für die Durchführung der ersten Erprobungsphase (EP1) als auch für die Durchführung der zweiten Erprobungsphase (EP2) berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass für die erste Erprobungsphase (EP1) ein erstes Prooftestintervall und für die zweite Erprobungsphase (EP2) ein zweites Prooftestintervall festgelegt ist und das erste Prooftestintervall für die Durchführung der ersten Erprobungsphase (EP1) und das zweite Prooftestintervall für die Durchführung der zweiten Erprobungsphase (EP2) berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die die Sensoreinrichtung (SN1) in der zweiten Erprobungsphase (EP2) parallel zu einer zugelassenen Freimeldeeinrichtung (FRE) für den Gefahrenraum (GFR) betrieben wird, wobei die Hinderniserkennung durch die zugelassene Freimeldeeinrichtung durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der ersten Erprobungsphase (EP1) Testbedingungen erzeugt werden, wobei die Testbedingungen mit ein Hindernis (HD) anzeigenden realen Bedingungen übereinstimmen, und das in der ersten Testphase geprüft wird, ob unter den Testbedingungen ein Hindernis (HD) erkannt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der zweiten Erprobungsphase (EP2) eine reale Betriebsumgebung genutzt wird, wobei Testdaten, die mit unter realen Bedingungen ein Hindernis (HD) beschreibenden Sensordaten übereinstimmen, mit Sensordaten der realen Betriebsumgebung kombiniert werden, und das in der zweiten Erprobungsphase (EP2) geprüft wird, ob unter den realen Bedingungen ein Hindernis (HD) erkannt wird.
  7. Anordnung zur Erkennung von Hindernissen (HD) mit einer Sensoreinrichtung (SN1) zum Erfassen von Objekten (OB) in einem Gefahrenraum (GFR) und mit einem Computer zum Erkennen der erfassten Objekte (OB) dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
  8. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 6.
  9. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach dem letzten voranstehenden Anspruch, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.
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