Technisches Gebiet
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Von der Erfindung ist ein Verfahren zum Zählen von Achsen eines spurgeführten Fahrzeugs, umfasst. Ferner ist von der Erfindung eine bahntechnische Anlage mit mehreren an einem Gleis verbauten Achszählsensoren umfasst. Ferner ist von der Erfindung ein Computerprogrammprodukt, enthaltend Programmbefehle, umfasst. Ferner ist von der Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, enthaltend Daten, umfasst.
Technischer Hintergrund
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Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, klassische Achszählverfahren anzuwenden, bei dem das die Signalsstärke auf eine Überschreitung einer Schwelle hin überwacht wird. Jedes Überschreiten dieser Schwelle wird als Achse gezählt. Dieses Verfahren ist vergleichsweise schnell und die Zählung der genannten Ereignisse zuverlässig. Allerdings kann die Überschreitung der Schwelle auch durch andere Einflüsse hervorgerufen werden, als den Durchlauf einer Achse (eines Rades). Bisher werden diese Störungen nach deterministischen Regeln unterdrückt (z. B. Signalstärke oder Dauer). Dieses Verfahren wird auch als Mehrachsenzählverfahren (kurz MAZV) bezeichnet. Es ist allerdings eine Herausforderung, damit komplexere Störungen zu erkennen.
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Im Stand der Technik wurden bereits Ansätze beschrieben, die Achszählung durch KI-basierte Lösungen zu ersetzen. Bisher scheitern diese aber an der Sicherheit (im Sinne funktionaler Sicherheit, auch Safety genannt) und an der Laufzeit der Algorithmen, sodass ein besseres Potenzial zur Fehlererkennung bisher nicht genutzt werden kann. In dem Dokument
EP 4124539 A1 ist beispielsweise beschrieben, wie ein solches KI-Verfahren durchgeführt werden kann, um beispielsweise das Phänomen des Spießgangs bei Drehgestellen bei einem Drehgestell-Zählverfahren (kurz BC) als Fehlzählung einer Achse zu erkennen.
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Aus dem erläuterten Stand der Technik ergibt sich das Problem, das derzeit nur Achszählsysteme mit einer hohen Funktionszuverlässigkeit, allerdings nur begrenzter Erkennungszuverlässigkeit oder eben Achszählsysteme mit begrenzter Funktionszuverlässigkeit, jedoch mit einem Potenzial für eine verbesserte Fehlererkennung verfügbar sind, jedoch keine Systeme, die alle Vorteile in sich vereinigen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe, dass ein Verfahren zum Zählen von Achsen eines spurgeführten Fahrzeugs eine bahntechnische Anlage mit Achszählsensoren, geeignet zur Durchführung dieses Verfahrens, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium mit einem solchen Computerprogramm anzugeben, wobei bei dem Zählen von Achsen eine verbesserte Fehlererkennung möglich sein soll, ohne dass dabei die Funktionszuverlässigkeit des Achszählens beeinträchtigt wird.
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Beschrieben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Zählen von Achsen eines spurgeführten Fahrzeugs, bei dem
- a) mindestens zwei an einem Gleis montierte Achszählsensoren von Rädern des Fahrzeugs passiert werden,
- b) jeder Achszählsensor ein Messsignal erzeugt,
- c) der Verlauf des Messsignals jedes Achszählsensors rechnergestützt ausgewertet wird, wobei jeweils eine Achszahl anhand der passierenden Räder des Fahrzeugs identifiziert wird.
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Die Funktion von Achszählsensoren ist an sich bekannt. Üblicherweise wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches bei einem Raddurchlauf eines den Achszählsensor überquerenden Fahrzeugs verändert wird. Das Rad und damit die Achse des Fahrzeugs wird dadurch erfasst. Es können ein Achszählsensor oder mehrere Achszählsensoren in einem Achszähler verbaut sein (hierzu im Folgenden noch mehr) außerdem kann in einem Achszähler auch ein Prozessor für eine Verarbeitung der durch den Achszählsensor gelieferten Messdaten integriert sein, wobei der Prozessor als Teil einer Rechenumgebung für die rechnergestützte Auswertung der Daten der Achszählsensoren aufzufassen ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Datenverarbeitung auch durch einen zentralen Prozessor in der Rechenumgebung außerhalb des Achszählers erfolgen.
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Rechnergestützt oder computerimplementiert ist eine Vorrichtung, wenn diese mindestens einen Computer oder Prozessor aufweist, oder ein Verfahren, wenn mindestens ein Computer oder Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.
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Eine Rechenumgebung ist eine IT-Infrastruktur, bestehend aus Funktionskomponenten wie Prozessoren, Speichereinheiten, Programmen und aus mit den Programmen zu verarbeitenden Daten, die zur Ausführung mindestens einer Applikation, die eine Aufgabe zu erfüllen hat, verwendet werden. Weitere Funktionskomponenten können aus Sensoren und Aktuatoren bestehen, welche eine Interaktion der Rechenumgebung mit der Außenwelt ermöglichen. Die IT-Infrastruktur kann auch als Netzwerk der genannten Funktionskomponenten organisiert sein.
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Recheninstanzen bilden innerhalb einer Rechenumgebung funktionale Einheiten aus, die Applikationen (gegeben beispielsweise durch eine Anzahl von Programmmodulen) zugeordnet werden können und diese ausführen können. Diese funktionalen Einheiten bilden bei der Ausführung der Applikation physikalisch (beispielsweise Computer, Prozessor) und/oder virtuell (beispielsweise Programmmodul) in sich geschlossene Systeme.
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Computer sind aus mehreren Funktionskomponenten bestehende elektronische Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften. Computer können beispielsweise Clients, Server, Handheld-Computer, Kommunikationsgeräte und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein, die Prozessoren und Speichereinheiten aufweisen können und über Schnittstellen auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.
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Prozessoren können beispielsweise Wandler, Sensoren zur Erzeugung von Messsignalen oder elektronische Schaltungen sein. Bei einem Prozessor kann es sich 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 und Daten handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden.
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Speichereinheiten können als computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder Datenspeichers (Festplatte oder Datenträger) ausgeführt sein.
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Programmmodule sind einzelne Software-Funktionseinheiten, die einen erfindungsgemäßen Programmablauf von Verfahrensschritten ermöglichen. Diese Software-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.
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Schnittstellen können hardwaretechnisch, beispielsweise kabelgebunden oder als Funkverbindung, oder softwaretechnisch, beispielsweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.
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Zur Vermeidung von Missverständnissen sei an dieser Stelle angemerkt, dass einzelne Anspruchsmerkmale mit kleinen lateinischen Buchstaben durchnummeriert werden, ohne dass dabei Rücksicht auf die Anspruchsnummerierung genommen wird. Dies bedeutet, dass jeder Buchstabe im gesamten Anspruchssatz nur einmal vorkommt, was eine eindeutige Adressierung der betreffenden Anspruchsmerkmale ohne Nennung der Anspruchsnummer ermöglicht. Deswegen kommt der Reihenfolge der Buchstaben jedoch keine Bedeutung zu.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Auswertung des Messsignals in zwei Auswertungsroutinen erfolgt, nämlich
- e) einer ersten Auswertungsroutine, bei der die passierenden Räder repräsentierende erste Achszählergebnisse registriert werden, wenn das Messsignal einen Schwellwert übersteigt, und
- f) einer zweiten Auswertungsroutine, bei der die passierenden Räder repräsentierende zweite Achszählergebnisse registriert werden, wenn im Rahmen eines Mustervergleichs eine unter Berücksichtigung zulässiger Toleranzabweichungen ausreichende Überstimmung mit einem vorgegebenen, das betreffende zweite Achszählergebnis repräsentierenden Muster festgestellt wird,
und dass - g) basierend auf den ersten Achszählergebnissen die Achszahl des Fahrzeugs bestimmt und auf eine Abweichung zwischen so identifizierten Achszahlen überprüft wird, und
- h) basierend auf den zweiten Achszählergebnissen die Achszahl des Fahrzeugs bestimmt und auf eine Abweichung zwischen den so identifizierten Achszahlen überprüft wird, wobei
- i) nur in einem ersten Fall, dass sowohl auf Grund der ersten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden als auch auf Grund der zweiten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden, das Fehlersignal erzeugt wird.
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Die erfindungsgemäße Lehre besteht darin, dass für die Auswertung der Messsignale der Achszähler zwei Auswertungsroutinen zur Verfügung gestellt werden, die in dem Verfahren redundant ablaufen (im Folgenden als Auswertungsredundanz bezeichnet). Mit Auswertungsredundanz ist gemeint, dass die Auswertung der Messsignale im Falle eines ungestörten Ablaufens des Verfahrens zweimal jeweils dasselbe Auswertungsergebnis liefert. Das Auswertungsergebnis ist die ermittelte Achszählergebnis (insbesonder Zahl der Achsen) des den betreffenden Achszähler oder die betreffenden Achszähler überquerenden Fahrzeugs.
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Nur in dem genannten ersten Fall ist es bei der rechnergestützten Auswertung der Messsignale nicht möglich, ein genügend sicheres Ergebnis hinsichtlich der identifizierten Achsen zu liefern. Dieser Fall tritt ein, wenn sowohl auf Grund der ersten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden als auch auf Grund der zweiten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden. Daher ist vorgesehen, dass ein Fehlersignal erzeugt wird, welches das in einer bahntechnischen Anlage zur Steuerung des Fahrzeugs ablaufende Verfahren direkt beeinflussen kann, um eine Sicherungsmaßnahme bei dem Betrieb betroffener Fahrzeuge einzuleiten (beispielsweise eine Zwangsbremsung derselben).
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Eine Auswertungsredundanz hat den Vorteil, dass bei einem Auftreten von Messfehlern oder Auswertungsfehlern, wobei durch die Auswertungsroutinen unterschiedliche Ergebnisse geliefert werden können, eine Bewertung erfolgen kann, welches Ergebnis als vertrauenswürdig eingestuft wird und daher für das Verfahren verwendet wird. Diese Bewertung erfolgt vorzugsweise rechnergestützt, wobei nur dann ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn im Ergebnis nicht entschieden werden kann, dass vertrauenswürdige Ergebnisse vorliegen.
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Das Fehlersignal kann beispielsweise dazu verwendet werden, über eine Schnittstelle ausgegeben zu werden. Die Schnittstelle kann eine an die Wahrnehmung des Menschen gerichtete Ausgabeeinrichtung bedienen. Die Schnittstelle kann jedoch auch dazu dienen, das Fehlersignal in einem automatisierten Verfahren zum Steuern der bahntechnischen Anlage, der die Achszähler angehören, zu verarbeiten. In jedem Falle führt das Fehlersignal zu einem funktionssicheren Betrieb (Safety) des spurgeführten Fahrzeugs dahingehend, dass sicherheitskritische Vorfälle vermieden werden. Sicherheitsmaßnahmen beziehen sich auf das betreffende Fahrzeug bzw. diesem nachfolgende Fahrzeuge und können beispielsweise in einer Zwangsbremsung dieser Fahrzeuge bestehen.
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Beschrieben wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine bahntechnische Anlage mit mehreren an einem Gleis verbauten Achszählsensoren und einer Rechenumgebung. Gemäß diesem Aspekt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rechenumgebung eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen. Die mit diesem Aspekt der Erfindung verbundenen Vorteile sind vorstehend bereits erläutert worden, wobei auf diese Vorteile verwiesen wird.
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Beschrieben wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt, enthaltend Programmbefehle, die durch eine Rechenumgebung ausführbar sind. Gemäß diesem Aspekt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 ausgeführt wird.
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Gemäß der Erfindung wird somit ein Programmmodule enthaltendes Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen beschrieben, wobei die Programmmodule in derselben Recheninstanz oder mehreren Recheninstanzen der Rechenumgebung laufen können. Mittels des Computerprogrammproduktes, das ein Computerprogramm oder mehrere Computerprogramme umfassen kann, sind jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele ausführbar und mit der Ausführung werden die vorstehend beschriebenen Vorteile erreicht.
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Beschrieben wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, enthaltend Daten, welche als Datensätze vom Speichermedium gespeichert werden. Gemäß diesem Aspekt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Datensätze das vorstehend beschriebene Computerprogrammprodukt nach dem letzten voranstehenden Anspruch ausführbar machen.
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Darüber hinaus wird somit eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogramms in Form eines computerlesbaren Speichermediums beschrieben. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise eine Speichereinheit, die das Computerprogramm speichert und zum Abruf bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes, beispielsweise cloudbasiertes Computersystem oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogramm auf einem computerlesbaren Speichermedium speichert und vorzugsweise in Form eines Datenstroms bereitstellt.
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Die Bereitstellung erfolgt in Form von Programmmodule beschreibenden Programmdatensätzen als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des Computerprogrammproduktes. Das Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in eine Rechenumgebung übertragen, sodass das erfindungsgemäße Verfahren in einer Recheninstanz oder mehreren Recheninstanzen dieser Rechenumgebung zur Ausführung gebracht werden kann.
Ausgestaltungen der Erfindung
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Weiterbildungen der Erfindung beschreibende Varianten werden nachfolgend ohne Beschränkung des grundlegenden Gedankens der Erfindung erläutert.
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Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
- j) in einem zweiten Fall, dass aufgrund der ersten Achszählergebnisse identische Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt werden, und
- k) in einem dritten Fall, dass nur aufgrund der ersten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt werden und aufgrund der zweiten Achszählergebnisse identische Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt werden,
- l) eine Freimeldung eines durch die Achszähler eingeschlossenen Gleisabschnitts des Gleises erfolgt.
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Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die beschriebene Auswertungsredundanz dazu führt, dass in bestimmten Fällen trotz Auftretens von Inkonsistenten bei der Auswertung mit genügender Sicherheit auf die in der Realität vorliegenden Verhältnisse, nämlich die Anzahl der Achsen des Fahrzeugs, welches den betreffenden Achszähler überfährt, geschlossen werden kann. Insbesondere kann mit genügender Sicherheit festgestellt werden, dass ein Fahrzeug beim Einfahren in einen Gleisabschnitt und beim Ausfahren aus diesem Gleisabschnitt die gleiche Anzahl von Achsen aufweist. Am Anfang und am Ende dieses Gleisabschnitts sind die Achszähler vorgesehen, um festzustellen, ob das Fahrzeug bei der Durchfahrt des Gleisabschnitts vollständig geblieben ist (also kein Wagenverlust stattgefunden hat).
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Gemäß dieser Variante der Erfindung spielen dabei folgende Zusammenhänge eine Rolle, die die Sicherheit des verbesserten Achszählverfahrens gewährleisten. In dem oben genannten zweiten Fall sind die mittels MAZV ermittelten Messwerte zuverlässig genug, um die geforderte Sicherheit zu erreichen. Hierbei handelt es sich um ein bewährtes Verfahren, welches seit langer Zeit eingesetzt wird. Anders ausgedrückt ist die Wahrscheinlichkeit, dass die ersten Achszählergebnisse falsch sind, wenn identische Achszahlen bestimmt werden, so gering, dass die Sicherheit gewährleistet ist. Deswegen kann in diesem Fall immer eine Freimeldung des betroffenen Gleisabschnitts erfolgen.
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Die zweiten Achszählergebnisse des BC-Verfahrens können somit unberücksichtigt bleiben. Dies kann damit begründet werden, dass diese Ergebnisse eine geringere Sicherheit gegen Fehler aufweisen. Anders ausgedrückt bestätigt das zweite Achszählergebnis das erste Achszählergebnis, wenn auch hier identische Achszahlen ermittelt werden. In diesem Fall ist das gesamte Achszählergebnis sozusagen zusätzlich abgesichert. In dem anderen Fall, dass mittels des BC-Verfahrens die Achszählergebnisse nicht identisch sind, ist die Wahrscheinlichkeit hinreichend groß, dass die ersten Achszählergebnisse stimmen und die zweiten Achszählergebnisse nicht stimmen. Dies rechtfertigt, auf der Grundlage der ersten Achszählergebnisse eine Freigabe des Gleisabschnittes durchzuführen.
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In dem dritten Fall, dass das MZAV unterschiedliche Achszählergebnisse liefert, könnte eine Gleisfreimeldung nicht erfolgen, wenn dieses Verfahren, wie es Stand der Technik ist, alleine angewendet werden würde. Allerdings liegen erfindungsgemäß auch in diesem Fall die Achszählergebnisse des BC-Verfahrens vor. Unter der Voraussetzung, dass das MZAV unterschiedliche Achszählergebnisse liefert, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass ein Zählfehler vorliegt, im Vergleich zur wesentlich geringeren Wahrscheinlichkeit, dass bei dem Fahrzeug ein Wagenverlust aufgetreten ist. Dadurch können zur Absicherung die zweiten Achszählergebnisse herangezogen werden, obwohl das BC-Verfahren alleine angewendet keine genügende Sicherheit für eine Gleisfreimeldung aufweisen würde. Mit Blick auf die große Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines Zählfehlers beim MZAV kann für den Fall, dass mit dem BC-Verfahren identische Achszahlen ermittelt werden, mit genügender Sicherheit davon ausgegangen werden, dass kein Wagenverlust erfolgt ist und somit eine Gleisfreimeldung erfolgen. Im Ergebnis wird hierdurch der Mehrwert erzeugt, dass mit der Kombination des MZAV und des BC-Verfahrens bei ausreichender Funktionssicherheit eine höhere Verfügbarkeit im Betrieb der bahntechnischen Anlage erreicht wird.
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Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass in dem ersten Fall nach dem oben beschriebenen Merkmal i), nachdem festgestellt wurde, dass auf Grund der ersten Achszählergebnisse unterschiedliche Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden, gewartet wird, bis auf Grund der zweiten Achszählergebnisse die Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden, bevor erforderlichenfalls das Fehlersignal erzeugt wird.
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Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Verfügbarkeit des Verfahrens hierdurch gesteigert wird. In den Fällen, in denen das BC-Verfahren länger benötigt, um Achszählergebnisse zu liefern wird nämlich noch kein Fehlersignal erzeugt, wenn bereits durch das MZAV unterschiedliche Achszählergebnisse vorliegen. Vielmehr wird gewartet, bis die unterschiedlichen Achszählergebnisse des MZAV in der oben beschriebenen Weise mit dem BC-Verfahren entweder abgesichert (dies führt zur Erzeugung des Fehlersignals) oder als Zählfehler eingestuft (dies führt zur Freigabe des Gleisabschnitt) werden können.
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Hierbei spielt der zeitliche Spielraum eine Rolle, der bei Auftreten von Inkonsistenzen der Achszählergebnisse zur Verfügung steht. Das BC-Verfahren läuft normalerweise langsamer als das MZAV, jedoch zeitlich parallel, und es wird nur verwertet, wenn das MAZV Inkonsistenzen bei den ersten Achszählergebnissen feststellt. Dies stellt (beispielsweise nach UIC Kodex 790) allerdings kein Sicherheitsproblem dar, sondern nur ein Verfügbarkeitsproblem. In diesem Fall kann auch eine Verzögerung bis zu mehreren Sekunden akzeptiert werden, da die geforderte betriebliche Behebungszeit der Störung im Minutenbereich liegt und sicherheitsrelevant ist (Grundstellung des falschen Abschnitts).
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Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
- m) eine Zeitspanne (z. B. 10 Sekunden) vorgegeben wird, die nach dem Feststellen des Bestimmens unterschiedlicher Achszahlen auf Grund der ersten Achszählergebnisse gewartet werden darf, bis auf Grund der zweiten Achszählergebnisse die Achszahlen des Fahrzeugs bestimmt wurden,
- n) nach Ablauf der Zeitspanne das Fehlersignal erzeugt wird, falls auf Grund der zweiten Achszählergebnisse die Achszahlen des Fahrzeugs noch nicht bestimmt wurden.
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Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass das Verfahren zusätzlich abgesichert wird. Wie vorstehend erläutert, kann mit einer betrieblichen Behebung des Störzustands eine gewisse Zeit lang gewartet werden, ohne ein nicht akzeptables Sicherheitsrisiko einzugehen. Wenn die Berechnung der zweiten Achszählergebnisse aber zu lange dauert (beispielsweise aufgrund eines Systemabsturzes oder dergleichen), muss dennoch rechtzeitig eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden. Dies wird gemäß dieser Variante dadurch erreicht, dass auch ohne Vorliegen der zweiten Achszählergebnisse ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn das Sicherheitsrisiko ansonsten zu groß würde.
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Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass bei dem Mustervergleich nach dem oben erläuterten Merkmal f) Muster verwendet werden, die als Achszählergebnis die Überfahrt eines Drehgestells des Fahrzeugs repräsentieren, wobei dieses Achszählergebnis rechnergestützt mit dem Zählen der Mehrzahl der dem Drehgestell zuzurechnenden Achsen gleichgesetzt wird.
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Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass sowohl die ersten Achszählergebnisse als auch die zweiten Achszählergebnisse hierdurch direkt die gezählten Achsen beinhalten. Damit werden diese vorteilhaft direkt miteinander vergleichbar. Es könnte somit beispielsweise eine zusätzliche Abfrage eingefügt werden, ob die ersten Achszählergebnisse mit den zweiten Achszählergebnissen übereinstimmen. Wenn dies nicht der Fall wäre, könnte ebenfalls ein Fehlersignal ausgegeben werden.
Exemplarische Ausführungsbeispiele der Zeichnung
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
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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 Varianten 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 mit den vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung kombinierbar.
- Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihren Wirkzusammenhängen zwischen den zum Einsatz kommenden Funktionskomponenten schematisch. Die Figur zeigt auch ein Ausführungsbeispiel einer Rechenumgebung für die Vorrichtung gemäß Figur 1 als Blockschaltbild der einzelnen Funktionskomponenten und der zwischen diesen ausgebildeten Schnittstellen, wobei einzelne Recheninstanzen Programmmodule ausführen, die jeweils in einem oder mehreren der beispielhaft dargestellten Prozessoren ablaufen können und wobei die gezeigten Schnittstellen demgemäß softwaretechnisch in einem Computer oder hardwaretechnisch zwischen verschiedenen Computern ausgeführt sein können.
- Figur 2 zeigt beispielhaft Signalverläufe für die Achszähler und deren Signalbearbeitung (Messsignalstärke U1, U2 in Abhängigkeit von der Zeit t).
- Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm, wobei die gezeigten Verfahrensschritte einzeln oder in Gruppen durch Programmmodule verwirklicht sein können und wobei die Recheninstanzen und Schnittstellen gemäß Figur 2 beispielhaft angedeutet sind.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Figur 1 ist ein Fahrzeug FZ dargestellt, welches in einer Fahrtrichtung FR auf einem Gleis GL unterwegs ist. Das Fahrzeug FZ weist Drehgestelle DG, die jeweils mit zwei Achsen versehen sind. Diese werden in Figur 1 durch Räder RD angedeutet.
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Sobald die Räder RD über einen ersten Achszähler AZL1, aufweisend einen ersten Achszählsensor AZ1 und einen zweiten Achszählsensor AZ2, passiert, wird ein Impuls im Verlauf des Messsignals U1, U2 (vgl. Figur 2) erzeugt (hierzu im Folgenden mehr).
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Die Achszähler AZL1 und AZL2 sind mit einer Auswerteeinheit AE verbunden, die einen ersten Prozessor PR1 aufweist. Dieser Prozessor PR1 ist über eine sechste Schnittstelle S6 sowohl mit dem ersten Achszähler AZL1 als auch mit dem zweiten Achszähler AZL2 verbunden, so dass mit deren Hilfe durch Auswerten mit dem ersten Prozessor PR1 die Freimeldung eines Gleisabschnitts GA zwischen dem ersten Achszähler AZL1 und dem zweiten Achszähler AZL2 erfolgen kann. Anstelle zweier Achszählsensoren pro Achszähler kann auch ein einzelner Achszählsensor zum Einsatz kommen, daher ist der einzelne Achszählsensor eines zweiten Achszählers AZL2 mit dem Bezugszeichen AZ bezeichnet. Dies ist nur exemplarisch dargestellt. In jedem der Achszähler AZL1, AZL2 könnte sowohl ein einzelner Achszählsensor als auch zwei Achszählsensoren (Doppelachszähler) zum Einsatz kommen.
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In der Auswerteeinheit AE ist außerdem eine erste Speichereinrichtung SE1 untergebracht, die über eine fünfte Schnittstelle S5 mit dem ersten Prozessor PR1 verbunden ist. Diese enthält beispielsweise ein Programm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Bibliothek mit verschiedenen Mustern M1, M2 (vgl. Figur 2), die für bestimmte zu messende Verläufe VL1, VL2, repräsentiert durch normierte Verläufe NV1, NV2, NV3 verwendet werden (vgl. Figur 2).
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Weiterhin ist der erste Prozessor PR1 über eine dritte Schnittstelle S3 mit einem zweiten Prozessor PR2 eines Computers CP in einer Leitzentrale LZ verbunden. Der zweite Prozessor PR2 ist überdies über eine vierte Schnittstelle S4 mit einer zweiten Speichereinrichtung SE2 des Computers CP verbunden. Die Leitzentrale steht stellvertretend für eine streckenseitige Einrichtung, wie ein Stellwerk oder ein automatisches Zugbeeinflussungssystem.
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Das Fahrzeug FZ sowie die Leitzentrale LZ weisen Antennen AT auf, sodass diese über eine zweite Schnittstelle S2 miteinander kommunizieren können. Außerdem kann das Fahrzeug FZ über eine erste Schnittstelle S1 mit einem Satelliten STL kommunizieren. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Ortung des Fahrzeugs FZ möglich, wobei es sich bei dem Satelliten STL um einen Navigationssatelliten handelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist Programmmodule auf, die wahlweise im ersten Prozessor PR1 oder im zweiten Prozessor PR2 ablaufen können. Dies hängt davon ab, wie "intelligent" die durch den Achszähler AZL und die Auswerteeinheit AE gebildete Anordnung zum Achszählen ausgebildet ist. Auch in den Achszählern können nicht dargestellte Prozessoren zum Einsatz kommen, beispielsweise für eine Vorverarbeitung der Messsignale, diese sind als Teil der Rechenumgebung RU aufzufassen.
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In Figur 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Hierbei werden schematische Darstellungen der Signalverläufe gewählt, um die einzelnen Verfahrensschritte zu erläutern. Im oberen Teil der Figur 2 sind die Verläufe VL1 des ersten Achszählers AZL1 und VL2 des zweiten Achszähls AZL2 dargestellt. Zu diesem Zweck ist ein Diagramm gewählt, bei dem das Messsignal U1, U2 in Form einer Ausgangsspannung über die Zeit t dargestellt ist. Im unteren Teil von Figur 2 sind die nachfolgenden Verarbeitungsschritte einer Normierung mit dem Ergebnis normierter Verläufe NV1, NV2, NV3, NV4 sowie ein Vergleich mit Mustern M1, M2 dargestellt.
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Weiterhin ist in den Verläufen VL1, VL2 zu erkennen, dass es sich um eine Überfahrt von zwei Rädern (Achsen) eines Drehgestells handelt. Dies ist zu erkennen, da in den Verläufen VL1, VL2 neben dem ersten Maximum M1 ein weiteres zweites Maximum M2 zu erkennen ist, welches große Ähnlichkeit mit dem ersten Maximum M1 aufweist. Das erste Maximum M1 und das zweite Maximum M2 sind jeweils um einen Zeitversatz ZVR jeweils zwischen den Raddurchgängen voneinander entfernt. Dieser Zeitversatz ZVR entspricht gerade der Zeitdifferenz, die zwischen dem Raddurchgang des ersten Rades des Drehgestells DG und des zweiten Rades RD des Drehgestells DG liegt.
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Bei einer ersten Auswertungsroutine werden alle Maxima gezählt, welche über eine an Schwellenwert SW liegen. Hierbei handelt es sich um das klassische Arbeitsverfahren eines Achszählers nach dem MAZV-Prinzip. Es wird deutlich, dass in dem Verlauf VL1 zwei Maxima ermittelt werden und in dem zweiten Verlauf VL2 drei Maxima. Dabei entsteht das dritte Maximum aufgrund eines Spießgangs, der durch die Anordnung des betreffenden Achszählers in einer Kurve entsteht. Es wird ohne weiteres deutlich, dass durch die erste Auswertungsroutine somit in einem Fall drei Achsen gezählt und in dem zweiten Fall zwei Achsen gezählt werden. Es kommt also zu einem Zählfehler, der eine Freimeldung des Gleisabschnitts verhindern würde.
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Eine zweite Auswertungsroutine mit Mustervergleich nach dem BC-Prinzip läuft folgendermaßen ab.
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Um die normierten Verläufe NV1, NV2, NV3, NV4 zu erzeugen, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in nicht näher dargestellter Weise eine Normierung N durchgeführt. Diese Normierung beinhaltet eine Amplitudennormierung des Messsignals U1, U2 auf einen Zielwert ZW, der im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 bei 1 liegt. Außerdem wird eine dynamische Zeitnormierung durchgeführt, wobei der erste Verlauf VL1 bzw. der zweite Verlauf VL2 jeweils vor und hinter dem identifizierten Maximum M1, M2, M3 soweit betrachtet wird, dass der mit dem Maximum M1, M2, M3 verbundene Verlauf charakterisierbar ist (und mit Mustern M1, M2 verglichen werden kann, hierzu im Folgenden noch mehr). Dadurch entstehen die normierten Verläufe NV1, NV2, NV3, NV4 gleichsam in Zeitfenstern ZF1, ZF2, ZF3, die in ihrer zeitlichen Ausdehnung den Mustern MT1, MT2 entsprechen (für den normierten Verlauf NV4 wird kein Muster angelegt, weil hier abgesehen von dem im ersten Verlauf VL1 angedeuteten Rauschen kein die Schwelle SW überschreitendes Maximum festgestellt werden kann).
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Wie zu erkennen ist, führt die Auswertung des ersten Maximums M1 zur Generierung des ersten normierten Verlaufs NV1 und die Auswertung des zweiten Maximums M2 zu einer Generierung des dritten normierten Verlaufs NV3 (Verlauf von U2) und NV4 (Verlauf von U1). Weiterhin ist ein drittes Maximum M3 nicht im ersten Verlauf VL1, jedoch im zweiten Verlauf VL2 zu erkennen, welches zur Generierung eines zweiten normierten Verlaufs NV2 führt.
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Im letzten Schritt erfolgt ein Mustervergleich der normierten Verläufe NV1, NV2, NV3. Hierbei ergibt sich, dass der erste normierte Verlauf NV1 und der dritte normierte Verlauf NV3 jeweils mit dem ersten Muster MT1 übereinstimmt, welcher einen Raddurchlauf repräsentiert. Dies führt zu einem Zählergebnis von 2. Der zweite normierte Verlauf NV2 wird mittels des zweiten Musters MT2 identifiziert, welches den Spießgang repräsentiert. Daher wird der normierte Verlauf NV2 von einer Zählung ausgeschlossen (angedeutet mit einem X). Somit ist nach dem BC-Prinzip eine Übereinstimmung der Achsen bei Einfahrt und Ausfahrt des Fahrzeugs festzustellen, sodass eine Freimeldung erfolgen kann.
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In Figur 2 ist angedeutet, dass das Muster MT1 und das zweite Muster MT2 einen schraffiert gekennzeichneten Vertrauensbereich aufweist, der hinsichtlich der normierten Verläufe NV1, NV2, NV3 gewisse Schwankungen zulässt. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die gemessenen Verläufe VL1, VL2 gewissen Toleranzschwankungen unterliegen. Neben einer Messtoleranz ist auch zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedliche Messsignale erzeugen, die z. B. von Gegebenheiten wie dem Radverschleiß des Fahrzeugs abhängig sind.
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Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft, wie im Flussdiagramm gemäß Figur 3 dargestellt, schrittweise erläutert werden. Rechnergestützte Schritte erfolgen in den nicht näher dargestellten Prozessoren. Das Auslesen und Speichern von Daten in die Speichereinheiten ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
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In einem ersten Schritt 1 erfolgt der Start des Verfahrens (kurz: START).
- In einem zweiten Schritt 2 erfolgt die Achszählung bei Überfahrt des Fahrzeugs mittels des ersten Achszählers AZL1 (kurz: MSE1). Das Ergebnis ist der erste Verlauf VL1 des Messsignals
- In einem dritten Schritt 3 erfolgt die Achszählung bei Überfahrt des Fahrzeugs mittels eines zweiten Achszählers AZL2 (kurz: MSE2). Das Ergebnis ist der zweite Verlauf VL zwei des Messsignals
- In einem vierten Schritt 4 erfolgt das Meerachsenzählverfahren, bei dem jede Überschreitung der Schwelle durch das Messsignal als Achse gezählt wird, wie zu Figur 2 beschrieben (kurz: MAZV). Als Ergebnis werden für die erste Messung eine Achszahl N1 und für die zweite Messung eine Achszahl N2 ermittelt.
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In einem fünften Schritt 5 erfolgt zeitlich parallel zum vierten Schritt 4, jedoch mit einer längeren Verfahrensdauer, eine Bestimmung der Achszahlen nach dem Drehgestell-Zählverfahren (kurz: BC). Hierbei erfolgt der zu Figur 2 erläuterte Mustervergleich, wobei nach Abschluss des Verfahrens ebenfalls für die erste Messung eine Achszahl N1 und für die zweite Messung eine Achszahl N2 ermittelt wird.
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In einem sechsten Schritt 6 erfolgt eine Abfrage, ob die erste Achszahl gleich der zweiten Achszahl ist, die beide bei dem MZAV-Verfahren ermittelt wurden, (kurz: N1=N2?). Ist dies der Fall, geht es mit dem siebenten Schritt 7 weiter. Im anderen Falle geht es mit dem achten Schritt 8 weiter.
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In einem siebenten Schritt 7 erfolgt die freie Meldung des Gleises GL (kurz: CLR). In diesem Fall kann das Fahrzeug weiterfahren, da es den betreffenden Gleisabschnitt GA vollständig verlassen hat.
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In einem achten Schritt 8 wird eine Warteschleife durchlaufen (kurz: WT). dies hat den Zweck, dass gewöhnlich das BC-Verfahren gemäß dem fünften Schritt 5 noch nicht abgeschlossen ist.
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In einem neunten Schritt 9 erfolgt eine Abfrage, ob die nach dem BC-Verfahren ermittelten Achszahlen N1, N2 bereits vorliegen (kurz: N1,N2?). Ist dies der Fall, geht es mit dem zehnten Schritt 10 weiter. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine Rekursion zum Zwecke der Wiederholung des achten Schrittes 8.
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In einem zehnten Schritt 10 erfolgt eine Abfrage, ob die erste Achszahl gleich der zweiten Achszahl ist, die beide bei dem BC-Verfahren ermittelt wurden. (kurz: N1=N2?). Ist dies der Fall, geht es mit dem siebenten Schritt 7 weiter. Im anderen Falle geht es mit dem elften Schritt 11 weiter.
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In einem elften Schritt 11 erfolgt die Erzeugung eines Fehlersignals (kurz: ERR). In einem nachfolgenden zwölften Schritt 12 wird das Verfahren gestoppt, wobei das Fahrzeug, dessen Achsen durch die betreffenden Achszähler mit unterschiedlichen Ergebnissen gezählt wurde, angehalten wird.
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Wurde der oben beschriebene siebente Schritt 7 zur Freigabe des Gleisabschnitts GA durchgeführt, wird in einem 13. Schritt 13 die zweite Achszahl N2 gleich der ersten Achszahl N1 gesetzt (kurz: N2 -> N1), denn das Fahrzeug ist in den nachfolgenden Gleisabschnitt GA eingefahren. Anschließend erfolgt eine Rekursion zum dritten Schritt 3, wobei am Ende des neuen Gleisabschnitts GA erneut ein zweiter Messschritt durchgeführt wird, um erneut die zweite Achszahl N2 zu ermitteln. Nachfolgend nimmt das Verfahren den bereits oben erläuterten weiteren Verlauf.
Bezugszeichenliste
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- 2
- Zählergebnis
- AE
- Auswerteeinheit
- AT
- Antenne
- AZ, AZ1, AZ2
- Achszählsensor
- AZL1 ... AZL2
- Achszähler
- CP1 ... CP2
- Computer
- DG
- Drehgestell
- FR
- Fahrtrichtung
- FZ
- Fahrzeug
- GA
- Gleisabschnitts
- GL
- Gleis
- LZ
- Leitzentrale
- M1 ... M3
- Maximum
- MT1 ... MT2
- Muster
- N
- Normierung
- NV1 ... NV4
- normierter Verlauf
- RD
- Rad
- RU
- Rechenumgebung
- S1 ... S5
- Schnittstelle
- SE1 ... SE2
- Speichereinrichtung
- STL
- Satellit
- SW
- Schwelle
- U1 ... U2
- Messsignal
- VL1 ... VL2
- Verlauf
- X
- Ausschluss
- ZF1 ... ZF3
- Zeitfenster
- ZVR
- Zeitversatz zwischen Raddurchgängen
- ZW
- Zielwert