EP4640515A1 - Verfahren zur positionsbestimmung eines spurgeführten fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur positionsbestimmung eines spurgeführten fahrzeugs

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Publication number
EP4640515A1
EP4640515A1 EP24172639.7A EP24172639A EP4640515A1 EP 4640515 A1 EP4640515 A1 EP 4640515A1 EP 24172639 A EP24172639 A EP 24172639A EP 4640515 A1 EP4640515 A1 EP 4640515A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
track
distance
sensor
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
EP24172639.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arne Muxfeldt
Matthias Tietge
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 EP24172639.7A priority Critical patent/EP4640515A1/de
Priority to CN202510518604.3A priority patent/CN120840694A/zh
Publication of EP4640515A1 publication Critical patent/EP4640515A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route

Definitions

  • the invention comprises a method for determining the position of a track-guided vehicle. Furthermore, the invention comprises a vehicle for track-guided traffic. The invention also comprises a computer program product containing program instructions. Finally, the invention comprises a computer-readable storage medium containing data.
  • balises fixed data balises embedded in the track.
  • ETCS European Train Control System
  • CBTC Communication Based Train Control
  • balises must be installed in spatially defined windows in front of the stopping point.
  • the vehicle's balise antenna passes over the balises, the absolute position of the vehicle is always determined, and the distance-dependent measurement error of a relative position determination (e.g., by odometry or radar) is reset. If the windows of all stopping points to be planned are taken into account, a large number of balises are required per station. Number of balises. This results in considerable costs for project execution.
  • the object of the invention is to overcome the problems described in the prior art.
  • it is an object to provide a method for locating track-guided vehicles, especially in the vicinity of railway stations, with a reasonable expenditure of hardware and computing power and with sufficient stopping accuracy.
  • the stopping accuracy should be sufficient for stopping at platforms with platform screen doors.
  • it is an object of the invention to provide a vehicle, a computer program, and a computer-readable storage medium with which the improved method can be implemented.
  • a device is computer-aided or computer-implemented if it has at least one computer or processor, or a method if at least one computer or processor performs at least one step of the method.
  • a computing environment is an IT infrastructure consisting of functional components such as processors, memory units, programs, and data to be processed by the programs for execution. At least one application, which has a task to perform, is used. Further functional components can consist of sensors and actuators, which enable interaction between the computing environment and the outside world.
  • the IT infrastructure can also be organized as a network of these functional components.
  • computing instances form functional units that can be assigned to applications (defined, for example, by a number of program modules) and can execute them.
  • these functional units form self-contained systems, either physically (e.g., computer, processor) and/or virtually (e.g., program module).
  • Computers are electronic devices consisting of several functional components and possessing data processing capabilities.
  • computers can be clients, servers, handheld computers, communication devices, and other electronic devices for data processing, which may include processors and memory units and may also be interconnected via interfaces to form a network.
  • Processors can be, for example, converters, sensors for generating measurement signals, or electronic circuits.
  • a processor can be a central processing unit (CPU), a microprocessor, a microcontroller, or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions and data.
  • CPU central processing unit
  • microprocessor a microcontroller
  • digital signal processor possibly in combination with a memory unit for storing program instructions and data.
  • the term "processor” can also refer to a virtualized processor or a soft CPU.
  • Storage units can be designed as computer-readable storage in the form of random-access memory (RAM) or data storage (hard drive or data carrier).
  • RAM random-access memory
  • data storage hard drive or data carrier
  • Program modules are individual software functional units that enable a program sequence of process steps according to the invention. These software functional units can be implemented in a single computer program or in several communicating computer programs. The interfaces implemented here can be implemented in software within a single processor or in hardware if multiple processors are used.
  • Interfaces can be implemented using hardware, for example via wired or wireless connections, or using software, for example as interaction between individual program modules of one or more computer programs.
  • the invention proposes an alternative method for determining the relative vehicle position by means of continuous, for example laser-based, distance measurement between the vehicle—more precisely, the distance measurement sensor attached to the vehicle—and the road surface.
  • a height profile of the distance changes is generated from these distance measurements.
  • This height profile is two-dimensional, being created from one-dimensional measurements, namely the distance values, which extend along the roadway in the direction of travel of the vehicle.
  • the track is the roadway for rail vehicles. It consists of the two rails, the sleepers that support and connect them (also called the base), and the fastening devices that secure the rails to the base. Together with the deeper support, the ballast, the track forms the superstructure of a railway line.
  • a relative location of the vehicle can be carried out using a computer in such a way that a repeating pattern in the distance profile according to predefined path segments of constant length (at least over a certain section of the route) is recognized and counted by the computer, and for position determination (at least in the aforementioned section of the route) the number of recognized patterns, multiplied by the length of the path segments, is added to the reference position.
  • the track segments have a constant length. For example, this is defined by the track sleeper spacing (more on this below). If the track segments have a constant length, only this one length needs to be known for the station in question in order to be specified in the procedure. However, it is also possible for the track segments to have different lengths. These factors must be taken into account. This is the case, for example, when a platform is flanked first by a straight section of track and then by a curve, where the track segments in the curve have a different length than those in the straight section. In this example, two different lengths of track segments must be considered, along with knowing the position where the length of the track segments changes, so that this position can also be specified in the process.
  • the distance sensor is a cost-effective sensor because it only needs to measure a one-dimensional distance between the vehicle and the superstructure. This also advantageously reduces the computational power required for the method of determining the height profile, as it can be calculated by sequentially recording the individual distance values, taking into account the sampling frequency and the vehicle's speed.
  • the distance measurement does not need to be implemented in a safety-relevant manner and only needs to be made available to the ATO (Automatic Train Operator).
  • Safety-relevant position detection for the ATP (Automatic Train Protection) is carried out unchanged using the procedure already implemented in the safety-relevant train control system; however, this procedure has lower requirements for location accuracy than when stopping at platform screen doors.
  • Door release continues to be generated based on the ATP position. Localization via the track's elevation profile serves to align the vehicle doors with the PSDs (Post-Service Devices) as precisely as possible.
  • functional safety also called safety
  • security security against unlawful attacks
  • the vehicle can deflect by an offset (in vehicles without automatic load compensation).
  • this offset only results in the Distance values to the vehicle change by a constant amount.
  • the height of the rail mounting relative to the substructure is not affected by this and can still be recognized as a pattern without any change.
  • a computer program product containing program instructions that can be executed by a computing environment.
  • the invention provides that at least steps b) and d) of the above-described method are carried out.
  • a computer program product containing program modules with program instructions, wherein the program modules can run on the same or multiple processors.
  • the computer program product which can comprise one or more computer programs, can be used to implement the method according to the invention and/or its exemplary embodiments, and the advantages described above are achieved through its implementation.
  • a computer-readable storage medium containing data which is stored as data records on the storage medium.
  • the invention provides that the data records make the computer program product described above, according to the last preceding claim, executable.
  • provisioning device for storing and/or providing the computer program in the form of a computer-readable storage medium.
  • the provisioning device is, for example, a storage unit that stores the computer program and makes it available for retrieval.
  • the provisioning device is a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed computer system, such as a cloud-based system or virtual machine system, which stores the computer program on a stores on a computer-readable storage medium and preferably provides it in the form of a data stream.
  • the provision of the computer program takes the form of program modules describing program data sets as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream.
  • the computer program is transferred, for example, using the provisioning device, into a computing environment so that the method according to the invention can be executed in one or more computing instances of this computing environment.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the spacing pattern is recognized as a repeating pattern when passing over rail sleepers and/or fastening devices of the rails on a surface formed by the superstructure.
  • the term "distance profile” refers to the path taken in the distance profile as it occurs when a train passes over a rail sleeper or the rail fastening element.
  • the distance profile is thus a section of the distance profile (also referred to as the height profile) whose characteristics are repetitive and which can be identified using the method according to the invention.
  • the aforementioned spacing pattern repeats regularly; that is, the rail sleepers or the fastening devices attached to them or another substrate support the rail at regular intervals and are therefore well suited for measuring distance according to the invention.
  • These structures are also large compared to the dimensions of the track, which facilitates their detection even at higher speeds. It must be taken into account that trains can enter the station at speeds of up to 80 km/h, so reliable pattern recognition must be ensured, depending on the permissible entry speed.
  • the distance profile is measured directly next to the rail, starting from the last recorded absolute position, and continuously compared with a route profile stored within the vehicle.
  • Each rail fastening and, if present, sleeper traversed represents a A distinct change in spacing, recognized as a pattern, is represented.
  • a precise position is stored for each rail fastening/sleeper (at least if they are not constant), which is transmitted to the ATO (automatic train operation) upon detection.
  • ATO automated train operation
  • rail fastenings/sleepers are located at an approximate distance (corresponding to the length of the track segments) of 60 cm.
  • the vehicle can also individually consider the position information provided by odometry, the information from the elevation profile (derived from the locations where rail fastenings were detected and compared to where they were expected), and the distance between the current and the last rail fastening (if these are not at a constant distance).
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the sensor repeatedly or continuously measures the distance of measuring points on the superstructure below the vehicle, wherein the measurement result contains a two-dimensional distance profile oriented in the direction of travel of the vehicle and having a plurality of measuring points.
  • One advantage of this approach is that it generates a closed distance profile representing the distance traveled.
  • This distance profile is obtained by interpolating the measurement points and is therefore virtually continuous.
  • the measurement points must be sufficiently close together so that the resolution of the distance profile allows the patterns to be mapped in such a way that they can be recognized by a computer.
  • the sensor's sampling rate must be selected with sufficient measurement point density in mind and will need to be in the range of > 10 kHz to be reliable at typical entry speeds. To be able to provide sufficient resolution for the trackside elements (rail fixings, sleepers) at stations up to 80 km/h.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the sensor measures the distance at a constant lateral offset to one of the rails, such that the determined distance profile contains measuring points relating to the fastening devices of the rail on the substrate as a pattern.
  • Lateral offset is a distance from the rail measured horizontally and perpendicular to the vehicle's direction of travel. This means that the lateral offset remains essentially constant as the vehicle moves along the track.
  • the lateral offset is also selected such that the measurement sweeps over the rail's fastening devices on the substrate. Therefore, these are included as a pattern in the resulting distance profile.
  • This pattern is advantageously particularly distinctive. It typically includes the brackets of a rail fastening clamp and the associated fastening screw, which create several characteristic jumps in the height profile in quick succession. Each time this characteristic is detected, a path segment extending from rail sleeper to rail sleeper is thus identified.
  • the hardware required is one or more distance sensors mounted on the bogie, with their measuring direction directed vertically downwards. Mounting near the wheel is advantageous to ensure precise positioning. to ensure the stability of the trackside rail fastenings, especially in curves.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the method is carried out when the vehicle enters a station until the vehicle comes to a standstill, in particular when the vehicle is simultaneously aligned with platform doors mounted on a platform of the station.
  • One advantage of this variant is that the positioning accuracy for locating the vehicle within a station must be particularly precise compared to open track. This is the only way to ensure that passenger trains stop at the point expected by passengers. This is especially important when platform screen doors are in use, as the alignment of the train's doors with the platform screen doors must be precise. The exact stopping position of the vehicle at the platform is therefore supported by the ATO (Automatic Train Operator), while the ATP (Automatic Train Protection) remains responsible for door release.
  • ATO Automatic Train Operator
  • ATP Automatic Train Protection
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the reference position is determined by the vehicle and/or transferred to the vehicle before the vehicle enters the station.
  • the platform tracking becomes more accurate the closer the reference position is determined as a precise tracking event to the station.
  • This tracking can be performed externally, for example, by a satellite (GNSS system).
  • GNSS system satellite
  • Another possibility is passing over a beacon that sends a tracking telegram.
  • the reference position or at least an identifier for determining the reference position, is transmitted to the vehicle. If the vehicle uses its own sensors to determine an absolute position, for example... By recognizing a waypoint, the vehicle itself determines the reference position.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the length of the path segments, together with lengths of path segments for other track sections of the station being traversed and/or for other stations, is stored in a storage unit of the vehicle and is selected before entry, taking into account a route plan, or is transferred to the vehicle via an external interface before entry into the station.
  • One advantage of this approach is that reliable positioning is possible even in stations with track segments that do not conform to a standard length. This applies, for example, to uneven sleeper spacing, where the track segments are defined by sleepers or elements on the sleepers such as screws or fastening clips. In extreme cases, a separate length can even be stored for each track segment.
  • Another application arises when track sections with track segments of varying lengths are used along the platform, with the track segments within each section being of the same length. This can occur, for example, when a platform has both a straight track section and a curved track section. In this case, each track section only needs to have a uniform length for the relevant track segments stored.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the reference position and/or the length of the path segments is transmitted to the vehicle by a balise mounted in the track in an entry area of the station.
  • balise especially a Eurobalise
  • the balise provides a standardized track element, allowing communication with the vehicle to utilize existing hardware. Furthermore, tracking with a balise is possible with High precision is possible. If the balise also transmits the length of the path segments, vehicles can advantageously be operated using the inventive method even if they do not have stored lengths for the path segments available. These are then only transmitted upon entry into the station. This makes the method advantageously available without local restrictions for all vehicles equipped with the inventive hardware (vehicle-side sensor) or software (computer program).
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that machine learning is applied to set up and/or optimize the method during the operation of the vehicle, in which the patterns are created and/or optimized.
  • One advantage of this variant is that the process can be optimized when vehicles repeatedly visit certain stations. Specific characteristics regarding the length of the route segments at the stations in question can be taken into account when the vehicle repeatedly visits these stations.
  • AI artificial intelligence
  • ML computer-based machine learning
  • the system recognizes and learns patterns and regularities in the acquired process data based on previously inputted training data.
  • ML can independently find solutions to emerging problems.
  • ML is divided into three areas: supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning, with more specific applications such as regression and classification, structure recognition and prediction, data generation (sampling), and autonomous action.
  • supervised learning the system is trained by observing the relationship between input and corresponding output of known data, thereby learning approximate functional relationships.
  • the availability of suitable and sufficient data is crucial, because if the system is trained with unsuitable (e.g., non-representative) data, it will learn incorrect functional relationships.
  • unsupervised learning the system is also trained with example data, but only with input data and without a connection to a known output. It learns how to form and expand data groups, what is typical for the respective use case, and where deviations or anomalies occur. This allows use cases to be described and errors to be detected.
  • reinforcement learning the system learns through trial and error by proposing solutions to given problems and receiving a positive or negative evaluation of these proposals via a feedback function. Depending on the reward mechanism, the AI system learns to execute corresponding functions.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that an optical distance sensor, in particular a laser-based distance sensor, is mounted as the sensor.
  • optical sensors are inexpensive to purchase and reliable in operation.
  • the measured values can be generated at the required frequency, allowing the generation of measurement points at the necessary density, as previously explained.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the vehicle's computing environment includes a computing instance which is configured to provide the functionality of an Automatic Train Operation (in the to carry out the following (also referred to as ATO) and that this computing instance is also set up to carry out at least steps b) and d) of the procedure described above.
  • ATO Automatic Train Operation
  • the ATO is equipped to locate the vehicle with a level of precision sufficient for stopping at a platform.
  • the device according to the invention comprising the vehicle-side sensor, can advantageously support the ATO in this task by carrying out the method according to the invention.
  • the described components each represent individual variants of the invention, which can be considered independently of one another. Each variant further develops the invention independently and can therefore be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown. Furthermore, the described components can also be combined with the variants of the invention described above.
  • Figure 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention with its interactions between the functional components used.
  • Figure 1 shows an exemplary longitudinal section of a track segment of a superstructure and the resulting distance profile as a measurement result of an embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 3 shows an exemplary embodiment of a computing environment for the device according to Figure 1 as a block diagram of the individual functional components and the interfaces formed between them, wherein individual computing instances execute program modules that can each run in one or more of the exemplary computers shown, and wherein the interfaces shown can accordingly be implemented in software in one computer or in hardware between different computers.
  • FIG 4 An embodiment of the method according to the invention is shown as a flowchart, wherein the process steps shown can be implemented individually or in groups by program modules, and wherein the computing instances and interfaces are defined according to Figure 3 are indicated by example.
  • FIG. 1 The diagram shows a vehicle FZ, which is either moving or stationary on a track GL with wheels RD.
  • the track GL consists of rails SC, which are fastened to sleepers SW by means of fastening screws BS.
  • the track GL is embedded in a ballast ST, which forms the track bed, with the track GL and the ballast ST together forming the superstructure OB.
  • a distance a to the surface of the track superstructure OB is measured by a sensor SN.
  • This distance a is measured perpendicularly in the z-direction, indicated by a coordinate system whose origin lies at sensor SN.
  • the train travels in an x-direction, which in this example is defined according to Figure 1 is identical to the direction of travel.
  • the SN sensor is located in a Figure 1 indicated y-direction laterally offset from the one in Figure 1
  • the depicted rail SC is attached to the vehicle FZ.
  • the sleepers SW are each separated by a first length L1, which defines a first path segment WS1, a second length L2, which defines a second path segment WS2, a third length L3, which defines a third path segment WS3, and a fourth length L4, which defines a fourth path segment WS4.
  • first length L1 which defines a first path segment WS1, a second length L2, which defines a second path segment WS2, a third length L3, which defines a third path segment WS3, and a fourth length L4, which defines a fourth path segment WS4.
  • the sensor SN detects each crossing over the rail sleepers SC, thus successively registering the completion of the first path segment WS1, the second path segment WS2, the third path segment WS3, and the fourth path segment WS4.
  • the first length L1 is added to the absolute position determined by the balise BL after crossing the first path segment WS1, the second length L2 after crossing the second path segment WS2, the third length L3 after crossing the third path segment WS3, the fourth length L4 after crossing the fourth path segment WS4, and so on.
  • POS RPOS + L1 + L2 + L3 + L4
  • This example of the process flow according to the invention is used when an individual length L is available for each path segment, which is stored, for example, in the vehicle FZ.
  • the different lengths L are then individually retrieved.
  • the lengths L can be determined by machine learning or, alternatively, by an exact measurement of the track superstructure OB.
  • a uniform (e.g., average) length L of the path segments can also be used to calculate the relative position.
  • this is the average threshold spacing SW.
  • the procedure is simplified, since each crossing of the thresholds SW after detection by sensor SN only needs to be counted and multiplied by the average length L of the path segments. The result is then added to the absolute reference position RPOS determined by the crossing of the balise BL, as already explained.
  • POS RPOS + N * L
  • FIG 2 A cross-section of the track superstructure OB is shown in more detail.
  • the sleepers SW, to which the rail SC is fastened with the fastening screws BS, are visible.
  • Fastening clips BK are also used, which are shown in the diagram for clarity. Figure 1 are not shown.
  • a distance profile AP shown to the same scale as the section of the superstructure OB, can be seen, which is defined by the sensor SN, shown in Figure 1 , was determined. This assumes an average length L of the path segment, as described in more detail above.
  • Recurring patterns MT can be identified in the spacing profile AP, corresponding to the respective spacing profile AP (i.e., the height profile) of the sleepers SW, including the fastening clips BK and the fastening screws BS. These patterns MT can be easily identified using computer-aided design due to their distinct characteristics. It is also evident that the spacing profile AP of the fill ST is uneven, resulting in no recognizable spacing profile AP patterns.
  • a computing environment RU in which the inventive method takes place can be considered jointly by Figure 1 and Figure 3
  • the computing instances used in the Automatic Train Protection (ATP), Automatic Train Operation (ATO), and sensor module (SNM), along with functional components, interact with each other via interfaces.
  • a first interface, S1, connects a vehicle-side sensor (SN) and a fourth processor (PR4).
  • a second interface, S2, connects a fourth processor (PR4) and a first processor (PR1).
  • a third interface, S3, connects a third processor (PR3) and the first processor (PR1).
  • a fourth interface, S4, connects the first processor (PR1) and a second processor (PR2).
  • a fifth interface, S5, connects the third processor (PR3) and a balise.
  • the BL and Balise BL are connected via a radio interface when the vehicle FZ passes over the Balise BL.
  • the vehicle FZ and the Balise BL are equipped with antennas AT that enable this transmission.
  • a first processor PR1 is connected to a first memory unit SE1 via an eleventh interface S11.
  • a second processor PR2 is connected to a second memory unit SE2 via a twelfth interface S12.
  • the information generally refers to all of the computers, processors, memory units, and other functional components named above in detail, which, connected via the interfaces, contribute to forming the computing environment RU.
  • the process is started (abbreviated: START).
  • the vehicle FZ (LOC) is located.
  • the reference position RPOS is determined and stored in the first storage unit SE1 via the eleventh interface S11.
  • the reference position RPOS can be determined by passing over a balise BL.
  • the distance a from sensor SN to the track superstructure OB (abbreviated as MSR) is measured.
  • MSR the distance profile AP
  • the distance profile AP can, for example, be generated in the fourth processor PR4 and transmitted to the first processor PR1 via the second interface S2 in a manner not shown in detail.
  • the first processor PR1 checks whether a pattern MT (abbreviated MT?) has been detected in the existing distance profile AP.
  • pattern recognition is performed in the first processor PR1. This involves using known computer-aided pattern recognition methods, which can preferably be trained using artificial intelligence through machine learning. The training can be performed prior to the execution of the procedure according to... Figure 4 This process may be carried out and/or improved during its execution to optimize pattern recognition (MT).
  • machine learning using a track atlas, can be employed to learn the individual lengths (L) of track segments, for example, defined by the sleepers (SW) of the track (GL), at individual platforms. If a pattern (MT) is recognized, the process proceeds to step seven (7). If no pattern (MT) is recognized, the process proceeds to step five (5).
  • a fifth step (5) the system checks whether the process should be stopped (abbreviated as STP?). This is the case, for example, if the vehicle FZ has stopped. If necessary, the process would then restart after the first step (1) when the vehicle FZ resumes driving. If the process should not be stopped, it recursively continues to the third step (3). If the process should be stopped, it proceeds to a sixth step (6, abbreviated as STOP). This step terminates the process.
  • STP process should be stopped
  • step seven a query is performed to determine whether individual lengths Li exist for single or groups of path segments (abbreviated: Li?). If so, the process continues with step ten, step ten. If not, it proceeds to step eight, step eight.
  • This counter variable is used when no individual lengths Li of the individual path segments are available, but only a standardized length L is required, which, for example, represents the average length or the exact length L of the path segments within a tolerance range. For instance, this length L could correspond to the uniform sleeper spacing SW on the railway track.
  • the current position is calculated in a single calculation step according to equation (2) (abbreviated: CLC).
  • CLC equation (2)
  • the standardized length L and the current position i.e., the reference position RPOS (if this step is performed for the first time) or the last calculated position (if this step is performed repeatedly), are read from the first storage unit SE1 via the eleventh interface S11.
  • a tenth step 10 alternatively (i.e., in the other case of the query according to the seventh step 7), the current position is calculated in a single calculation step according to equation (1) (abbreviated: CLC).
  • CLC equation (1)
  • the current length Ln and the current position i.e., the reference position RPOS (if this step is performed for the first time) or the last calculated position (if this step is performed repeatedly), are read from the first storage unit SE1 via the eleventh interface S11.
  • the calculated position (OT-POS) is output.
  • the data record containing the position can, for example, be transferred to the second processor PR2 via the fourth interface S4. to ensure the functionality of the ATP in the vehicle FZ. Then we proceed to the fifth step, which has already been described.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines spurgeführten Fahrzeugs (FZ). Ein fahrzeugseitiger (FZ) Sensor (SN) erzeugt während der Fahrt des Fahrzeugs (FZ) ein Messergebnis, welches ein von dem Fahrzeug (FZ) befahrenes Gleis (GL) repräsentiert, und es wird auf der Grundlage des Messergebnisses rechnergestützt ein aktueller Ort des Fahrzeugs (FZ) auf dem Gleis (GL) bestimmt. Das Messergebnis enthält ein Abstandsprofil (AP), welches eine vom zurückgelegten Weg des Fahrzeugs (FZ) abhängige Änderung eines Abstandes (a) des Sensors (SN) von einem das Gleis (GL) und dessen Bettung aufweisenden Oberbau (OB) beschreibt. Ausgehend von einer bekannten Referenzposition (RPOS) wird rechnergestützt eine relative Ortung des Fahrzeugs (FZ) durchgeführt. In dem Abstandsprofil (AP) wird ein nach vorgegebenen Wegsegmenten sich wiederholendes Muster (MT) rechnergestützt erkannt und gezählt. Zur Positionsbestimmung wird für jedes erkannte Muster (MT) die jeweilige Länge (L) der Wegsegmente zur Referenzposition (RPOS) hinzugerechnet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Von der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines spurgeführten Fahrzeugs, umfasst. Ferner ist von der Erfindung ein Fahrzeug für den spurgeführten Verkehr umfasst. Ferner ist von der Erfindung ein Computerprogrammprodukt, enthaltend Programmbefehle, umfasst. Ferner ist von der Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, enthaltend Daten, umfasst.
    • Technischer Hintergrund
  • Bahnbetreiber fordern für einen reibungslosen Ablauf, dass an mit Bahnsteigtüren (auch PSD nach dem englischen Begriff Plattform Screen Doors genannt) ausgerüsteten Bahnsteigen zum Erreichen einer hohen betriebliche Flexibilität eine Vielzahl an Haltepunkten (beispielsweise mehr als 7 Haltepunkte) bei gleichzeitig hoher Haltegenauigkeit (beispielsweise weniger als 30 cm) und in beiden Fahrtrichtungen vorgesehen sind.
  • Für das Anfahren jeder Halteposition benötigt die Steuerung eines Fahrzeugs, beispielsweise der ATO-Teil (Automatic Train Operation) einer Fahrzeugsteuerung (die beispielsweise nach dem Prinzip des European Train Control Systems, kurz ETCS, oder der Communication Based Train Control, kurz CBTC, arbeitet) das Auslesen mehrerer im Gleis verlegten Festdatenbalisen (im Folgenden kurz Balisen), die in räumlich fest definierten Fenstern vor dem Haltepunkt im Gleis verbaut werden müssen. Bei einem Überfahren der Balisen mit der Balisenantenne des Fahrzeugs wird immer die absolute Position des Fahrzeugs festgestellt und der wegabhängige Messfehler einer relativen Positionsermittlung (beispielsweise durch Odometrie, Radar) zurückgesetzt. Werden die Fenster aller zu projektierenden Haltepunkte berücksichtigt, ergibt sich pro Station eine große Anzahl an Balisen. Daraus ergeben sich für die Projektabwicklung erhebliche Kosten.
  • Um auf den Einsatz von Balisen verzichten zu können, ist es bekannt, eine Ortung von Fahrzeugen auf einer Schienenstrecke dadurch vorzunehmen, dass die Strecke durch einen Sensor abgetastet wird, beispielsweise durch Radar oder optische Bildaufnahmen, um das Sensorergebnis dann mit einem Referenzergebnis zu vergleichen, welches zum Zwecke einer Wiedererkennung des betreffenden Ortes und daraus folgender Ortung des Fahrzeugs vorher aufgenommen und abgespeichert wurde. In dem Dokument EP 795455 A1 ist beispielsweise beschrieben, dass zum Zweck der Durchführung dieses Verfahrens an Bahnhöfen das Gleisbett gescannt werden kann und die so erlangte Gleisbettabbildung mit Referenzabbildungen verglichen werden kann. Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass insbesondere im Bereich von Bahnhöfen die Gefahr einer Veränderung der aktuellen Gleisbettabbildung besonders groß ist, weil zum Beispiel durch Fahrgäste Unrat in das Gleisbett geworfen wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass eine Ortung nach diesem Verfahren misslingt. Zwar wird gemäß der DE 19529986A1 vorgeschlagen, dass zusätzlich besonders markante Abbildungsstrukturen außerhalb des Gleises, so auch Bahnhöfe, für eine Ortung herangezogen werden können, jedoch ist auch dieses Verfahren insbesondere am Bahnsteig schwer umzusetzen, weil solche Objekte durch auf dem Bahnsteig wartende Fahrgäste verdeckt werden können.
  • Außerdem sind die Verfahren nach dem Stand der Technik mit einem vergleichsweise hohen apparativen Aufwand verbunden und überdies rechenintensiv. Dabei ist zu berücksichtigen, dass jedes Fahrzeug mit der Sensorik sowie der Rechenkapazität für das Verfahren ausgestattet werden muss, wenn die Ortung auf dem Bahnhof für alle Fahrzeuge umgesetzt werden soll. Dieser Aufwand steht dem Aufwand der Ausstattung aller Bahnhöfe mit Balisen gegenüber, so dass sich die Lösung nach dem Stand der Technik schnell als unwirtschaftlich herausstellen kann.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Ortung von spurgeführten Fahrzeugen insbesondere im Bereich von Bahnhöfen mit einem vertretbaren Aufwand an Hardware und Rechenleistung mit einer hinreichenden Haltegenauigkeit ermöglicht wird. Insbesondere soll die Haltegenauigkeit für ein Halten an Bahnsteigen mit Bahnsteigtüren ausreichen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium anzugeben, mit dem das verbesserte Verfahren durchführbar ist.
  • Beschrieben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines spurgeführten Fahrzeugs, bei dem
    1. a) ein fahrzeugseitiger Sensor während der Fahrt des Fahrzeugs ein Messergebnis erzeugt, welches ein von dem Fahrzeug befahrenes Gleis repräsentiert,
    2. b) auf der Grundlage des Messergebnisses rechnergestützt ein aktueller Ort des Fahrzeugs auf dem Gleis bestimmt wird.
  • Hierbei handelt es sich um ein Ortungsverfahren, welches das Fahrzeug unter Einsatz des fahrzeugseitigen Sensors autark durchführen kann. Es ist daher insbesondere nicht von einer Datenverbindung zu einer bahnseitigen Infrastruktur abhängig, um das Ortungsverfahren durchzuführen.
  • 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.
  • 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.
  • 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 geschlossenes Systeme.
  • 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.
  • 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.
  • Speichereinheiten können als computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder Datenspeichers (Festplatte oder Datenträger) ausgeführt sein.
  • 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.
  • Schnittstellen können hardwaretechnisch, beispielsweise kabelgebunden oder als Funkverbindung, oder softwaretechnisch, beispielsweise als Interaktion zwischen einzelnen Programmmodulen eines oder mehrerer Computerprogramme, realisiert sein.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
    • c) das Messergebnis ein Abstandsprofil (welches auch als Höhenprofil bezeichnet werden kann) enthält, welches eine vom zurückgelegten Weg des Fahrzeugs abhängige Änderung eines Abstandes des Sensors (welcher einen Fixpunkt am Fahrzeug bildet) von einem das Gleis und dessen Bettung aufweisenden Oberbau beschreibt,
    • d) und ausgehend von einer bekannten Referenzposition rechnergestützt eine relative Ortung des Fahrzeugs durchgeführt wird, wobei in dem Abstandsprofil ein nach vorgegebenen Wegsegmenten sich wiederholendes Muster rechnergestützt erkannt und gezählt wird und zur Positionsbestimmung für jedes erkannte Muster die jeweilige Länge der Wegsegmente, zur Referenzposition hinzugerechnet wird.
  • Die Erfindung schlägt mit anderen Worten eine alternative Ermittlung der relativen Fahrzeugposition mittels kontinuierlicher, beispielsweise laserbasierter Abstandsmessung zwischen dem Fahrzeug, genau genommen dem an dem Fahrzeug befestigten Sensor zur Abstandsmessung, und dem Oberbau vor. Aus den Abstandsmessungen wird ein Höhenprofil der Abstandsänderung erzeugt. Dieses Höhenprofil ist zweidimensional, wobei es aus eindimensionalen Messwerten, nämlich den Abstandswerten erstellt wird, die sich entlang des Fahrwegs in Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstrecken.
  • Als Gleis wird die Fahrbahn für Schienenfahrzeuge bezeichnet. Das Gleis besteht aus den zwei Schienen, aus den sie tragenden und sie miteinander verbindenden Schwellen als direkte Auflage (auch Unterlage genannt) und aus den Befestigungsmitteln der Schienen auf der Unterlage. Das Gleis bildet zusammen mit der tieferen Auflage, der Bettung, den sogenannten Oberbau einer Zugstrecke.
  • Insbesondere kann ausgehend von einer bekannten Referenzposition rechnergestützt eine relative Ortung des Fahrzeugs derart durchgeführt werden, dass in dem Abstandsprofil ein nach vorgegebenen Wegsegmenten mit konstanter Länge (zumindest über einen gewissen Streckenabschnitt) sich wiederholendes Muster rechnergestützt erkannt und gezählt wird und zur Positionsbestimmung (zumindest in dem genannten Streckenabschnitt) die Anzahl der erkannten Muster, multipliziert mit der Länge der Wegsegmente, zur Referenzposition hinzugerechnet wird.
  • Typischerweise haben die Wegsegmente eine konstante Länge. Beispielsweise wird diese durch den Schwellenabstand des Gleises definiert (hierzu im Folgenden noch mehr). Wenn die Wegsegmente eine konstante Länge haben, muss für den betreffenden Bahnhof nur die eine Länge bekannt sein, um in dem Verfahren vorgegeben werden zu können. Jedoch ist es auch möglich, dass für die Wegsegmente unterschiedliche Längen berücksichtigt werden müssen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Bahnsteig zunächst durch ein gerades Stück und dann durch eine Kurve des Gleises flankiert wird, wobei in der Kurve eine andere Länge für die Gleissegmente vorliegt, als in dem geraden Stück. In diesem beispielhaften Fall müssen zwei unterschiedliche Längen von Wegsegmenten berücksichtigt werden, verbunden mit der Kenntnis der Position, wo die Länge der Wegsegmente wechselt, damit diese Position in dem Verfahren ebenfalls vorgegeben werden kann.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem Abstandssensor ein kostengünstiger Sensor zum Einsatz kommt, weil dieser jeweils nur einen eindimensionalen Abstand zwischen Fahrzeug und Oberbau messen muss. Dadurch erfordert das Verfahren zur Ermittlung des Höhenprofils vorteilhaft auch wenig Rechenleistung, da dieses durch die zeitliche Aneinanderreihung der einzelnen Abstandswerte unter Berücksichtigung der Abtastfrequenz und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Messung des Abstandes nicht sicherheitsrelevant umgesetzt werden muss und nur für die ATO zur Verfügung gestellt zu werden braucht. Eine sicherheitsrelevante Positionserkennung für die ATP findet unverändert über das in der sicherheitsrelevanten Zugsteuerung bereits implementierte Verfahren statt, an dieses sind jedoch weniger hohe Anforderungen an die Ortungsgenauigkeit gestellt, als beim Stationshalt an Bahnsteigtüren. Die Türfreigabe wird weiterhin auf Basis der ATP-Position erzeugt. Die Lokalisierung über Höhenprofil der Strecke dient dem möglichst exakten Ausrichten der Fahrzeugtüren an den PSDs. Ist im Zusammenhang mit dieser Erfindungsbeschreibung von Sicherheit die Rede, so ist eine funktionale Sicherheit (auch Safety genannt) gemeint, die die Zuverlässigkeit des Bahnsystems im Betrieb beschreibt. Nicht gemeint ist eine Sicherheit gegen rechtswidrige Angriffe (welche auch als Security bezeichnet wird).
  • Durch unterschiedliche Anzahl an Fahrgästen kann das Fahrzeug um einen Offset einfedern (bei Fahrzeugen ohne automatische Beladungskompensation). Der Offset führt aber nur dazu, dass die Abstandswerte zum Fahrzeug sich um einen konstanten Betrag ändern. Die Höhe der Schienenbefestigung bezüglich des Unterbaus ist als Profil hiervon nicht betroffen und kann weiterhin unbeeinflusst als Muster erkannt werden.
  • Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
    • Die Anzahl der Balisen in einer Station kann drastisch reduziert werden. So ist bei mehreren Haltefenstern eine Reduktion von > 25 Balisen auf 1 - 2 Balisen im Stationsbereich zum Sicherstellen der sicheren Positionsbestimmung für die ATP realisierbar.
    • Die zusätzlich erforderliche Onboard-Hardware ist auf einen Sensor mit einer nachgelagerten elektronischen Auswerteeinheit begrenzt.
    • Durch die eindeutige Erkennung der Muster per Sensor wird der Messungenauigkeit der als Basis dienenden, zuletzt überfahrenen Balise keine weitere signifikante Ungenauigkeit hinzugefügt
    • Der Abstand zwischen den einzelnen streckenseitigen Elementen ist vergleichsweise gering (ca. 60 cm), sodass die parallel stattfindende Messung per Odometrie und Radar während dieser Strecke kaum einen relativen Messfehler aufbauen kann.
    • Die sensorbasierte Messung ist unabhängig von Radschlupf beim Bremsen/Beschleunigen.
    • Robustheit gegenüber Höhenänderungen durch "Einfedern" des Fahrzeuges bei voller Beladung mit Fahrgästen.
  • Beschrieben wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug für den spurgeführten Verkehr, aufweisend eine Rechenumgebung, die eingerichtet ist, die Steuerung des Fahrzeugs zu unterstützen. Gemäß diesem Aspekt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
    • e) an dem Fahrzeug, insbesondere an dessen Unterseite, ein Abstandssensor montiert ist, der eingerichtet ist, einen Abstand zwischen dem Sensor und dem das Gleis aufweisenden Oberbau unterhalb des Fahrzeugs zu messen, und
    • f) die Rechenumgebung eingerichtet ist, zumindest die Schritte b) und d) des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
  • Die mit diesem Aspekt der Erfindung verbundenen Vorteile sind vorstehend bereits erläutert worden, wobei auf diese Vorteile verwiesen wird.
  • 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 zumindest die Schritte b) und d) des vorstehende beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird somit ein Programmmodule enthaltendes Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen beschrieben, wobei die Programmmodule auf demselben oder mehreren Prozessoren 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Bereitstellung erfolgt in Form von Programmmodule beschreibenden Programmdatensätzen als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des Computerprogramms. Das Computerprogramm 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
  • Weiterbildungen der Erfindung beschreibende Varianten werden nachfolgend ohne Beschränkung des grundlegenden Gedankens der Erfindung erläutert.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass als sich wiederholendes Muster der Abstandsverlauf beim Überfahren von Schienenschwellen und/oder Befestigungsvorrichtungen der Schienen auf einer durch den Oberbau gebildeten Unterlage erkannt wird.
  • Als Abstandsverlauf im Sinne dieser Erfindungsbeschreibung ist somit der Verlauf im Abstandsprofil zu verstehen, wie sich dieser bei dem Überfahren einer Schienenschwelle oder des Befestigungsmittels der Schiene ergibt. Der Abstandsverlauf ist somit ein Ausschnitt des Abstandsprofils (auch als Höhenprofil bezeichnet), welcher in seiner Charakteristik sich wiederholt und durch das erfindungsgemäße Verfahren erkannt werden kann.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass der genannte Abstandsverlauf sich regelmäßig wiederholt, d. h. die Schienenschwellen bzw. die an dieser oder einer anderen Unterlage befestigten Befestigungsmittel die Schiene in regelmäßigen Abständen unterstützen und infolgedessen gut geeignet sind, um eine Wegmessung in der erfindungsgemäßen Weise vorzunehmen. Auch sind diese Strukturen groß im Vergleich zu den Abmessungen des Gleises, was deren Erkennung auch bei größeren Geschwindigkeiten erleichtert. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass Züge in den Bahnhof mit bis zu 80 km/h einfahren können, sodass je nach zulässiger Einfahrtgeschwindigkeit eine zuverlässige Mustererkennung gewährleistet sein muss.
  • Hierbei wird bei Einfahrt in eine Station, ausgehend von der zuletzt gelesenen absoluten Position, das Abstandsprofilprofil direkt neben der Schiene gemessen und mit einem fahrzeugintern gespeicherten Streckenprofil kontinuierlich abgeglichen. Jede überfahrene Schienenbefestigung und, wenn vorhanden, Schwelle stellt hierbei eine markante Abstandsänderung, die als Muster erkannt wird, dar. Im fahrzeugseitigen Streckenprofil ist zu jeder Schienenbefestigung/Schwelle eine genaue Position hinterlegt (zumindest, wenn diese nicht konstant sind), welche bei Detektion an die ATO (automatic train operation) übermittelt werden. Es kann aber zum Beispiel auch davon ausgegangen werden, dass sich Schienenbefestigungen/Schwellen im ungefähren Abstand (entspricht der Länge der Wegsegmente) von 60 cm befinden. Dann ist die Zahl der erkannten Muster mit dieser Länge zu multiplizieren, was ein besonders schnelles Rechenverfahren bei besonders geringem Verbrauch von Rechen- und Speicherresourcen ermöglicht. Zur Bestimmung der Lokalisierung kann das Fahrzeug unterstützend auch die von der Odometrie zur Verfügung gestellten Positionsinformationen, die Information aus dem Höhenprofil (abgeleitet aus den Orten, an denen Schienenbefestigungen erkannt wurden und damit abgeglichen, wo sie erwartet wurden) sowie den Abstand zwischen der aktuellen und der letzten Schienenbefestigung (Wenn diese keinen konstanten Abstand haben) individuell berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass der Sensor wiederholt oder kontinuierlich den Abstand von Messpunkten auf dem Oberbau unterhalb des Fahrzeugs misst, wobei das Messergebnis ein zweidimensionales, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtetes, eine Vielzahl von Messpunkten aufweisendes Abstandsprofil enthält.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass hierdurch ein geschlossenes, den zurückgelegten Weg repräsentierendes Abstandsprofil erzeugt wird. Dieses Abstandsprofil wird durch Interpolation der Messpunkte gewonnen und ist dadurch quasi kontinuierlich. Die Messpunkte müssen genügend dicht beieinanderliegen, damit die Auflösung des Abstandsprofils die Abbildung der Muster derart erlaubt, dass diese rechnergestützt erkannt werden können. Die Abtastrate des Sensors ist mit Rücksicht auf eine genügende Dichte der Messpunkte zu wählen und wird sich etwa im Bereich von > 10 kHz befinden müssen, um bei typischen Einfahrgeschwindigkeiten in die Stationen bis 80 km/h eine ausreichende Auflösung für die streckenseitigen Elemente (Schienenbefestigungen, Schwellen) bereitstellen zu können.
  • Es ist von Vorteil, das gespeicherte Streckenprofil mit Algorithmen des maschinellen Lernens zu optimieren. Eine wiederholte Überfahrt der gleichen Streckenabschnitte wird hierfür zu Erzeugung von Trainingsdaten genutzt. Das Ergebnis des Trainings ist eine genauere und weniger störanfällige Positionserkennungsfunktion.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass der Sensor den Abstand in einem konstanten seitlichen Versatz zu einer der Schienen misst, derart, dass in dem ermittelten Abstandsprofil Messpunkte bezüglich der Befestigungsvorrichtungen der Schiene auf der Unterlage als Muster enthalten sind.
  • Als seitlicher Versatz im Sinne der Erfindung ist ein Abstand von der Schiene zu verstehen, welcher horizontal und senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs gemessen wird. Dies bedeutet, dass der seitliche Versatz im Wesentlichen konstant bleibt, wenn sich das Fahrzeug über das Gleis bewegt. Der seitliche Versatz wird außerdem so gewählt, dass bei der Messung die Befestigungsvorrichtungen der Schiene auf der Unterlage überstrichen werden. Daher sind diese in dem gebildeten Abstandsprofil als Muster enthalten. Dieses Muster ist vorteilhaft besonders charakteristisch. Es enthält üblicherweise die Bügel einer Befestigungsklammer für der Schiene und der zugehörigen Befestigungsschraube, die in kurzer Folge mehrere charakteristische Sprünge im Höhenprofil erzeugen. Jedes Mal, wenn diese Charakteristik erkannt wird, wird somit ein von Schienenschwelle zu Schienenschwelle reichendes Wegsegment erkannt.
  • Als Hardware werden ein Abstandssensor oder mehrere Abstandssensoren am Drehgestell benötigt, deren Messrichtung vertikal nach unten gerichtet sind. Eine Montage in Radnähe ist vorteilhaft, um eine Positionierung über den streckenseitigen Schienenbefestigungen insbesondere in Kurven sicherzustellen.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass das Verfahren bei einer Einfahrt des Fahrzeugs in einen Bahnhof bis zum Stillstand des Fahrzeugs, insbesondere bei gleichzeitiger Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf an einem Bahnsteig des Bahnhofes montierten Bahnsteigtüren, durchgeführt wird.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ortungsgenauigkeit für die Lokalisierung des Fahrzeugs in einem Bahnhof im Vergleich zur freien Strecke besonders genau erfolgen muss. Nur so ist gewährleistet, dass die Wagen im Personenverkehr an der von den Fahrgästen erwarteten Stelle halten. Besonders wichtig ist dies bei dem Einsatz von Bahnsteigtüren, da die Ausrichtung der fahrzeugseitigen Türen gegenüber den Bahnsteigtüren erfolgen muss. Die genaue Haltposition des Fahrzeugs am Bahnsteig wird deswegen von der ATO unterstützt, während die ATP (Automatic Train Protection) für die Türfreigabe verantwortlich bleibt.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Referenzposition vor der Einfahrt des Fahrzeugs in den Bahnhof durch das Fahrzeug ermittelt und/oder an das Fahrzeug übertragen wird.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die Ortung am Bahnsteig umso genauer wird, je näher die Ermittlung der Referenzposition als genaues Ortungsereignis am Bahnhof liegt. Dabei kann eine Ortung extern vom Fahrzeug erfolgen, beispielsweise durch einen Satelliten (GNNS-System). Eine andere Möglichkeit ist die Überfahrt über eine Balise, die ein Telegramm zwecks Ortung versendet. In diesen Fällen wird die Referenzposition oder zumindest eine Kennung zur Ermittlung der Referenzposition an das Fahrzeug übertragen. Nutzt das Fahrzeug eine eigene Sensorik zur Bestimmung einer absoluten Position beispielsweise durch Erkennung einer Wegmarke, wird die Referenzposition durch das Fahrzeug selbst ermittelt.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Länge der Wegsegmente gemeinsam mit Längen von Wegsegmenten für andere Gleisabschnitte des befahrenen Bahnhofs und/oder für andere Bahnhöfe in einer Speichereinheit des Fahrzeugs gespeichert ist und vor der Einfahrt unter Berücksichtigung eines Streckenplans ausgewählt wird oder vor der Einfahrt in den Bahnhof über eine fahrzeugexterne Schnittstelle an das Fahrzeug übertragen wird.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass eine zuverlässige Ortung auch in Bahnhöfen möglich ist, die Wegsegmente aufweisen, die keiner Standardlänge entsprechen. Dies gilt zum Beispiel für ungleichmäßige Schwellenabstände, wenn die Wegsegmente durch Schwellen oder Elemente auf den Schwellen wie Schrauben oder Befestigungsklammern vorgegeben werden. Im Extremfall kann sogar für jedes Wegsegment eine eigene Länge abgespeichert werden. Eine andere Anwendung ergibt sich, wenn entlang des Bahnsteigs Streckenabschnitte mit unterschiedlich langen Wegsegmenten verwendet werden, wobei innerhalb der Streckenabschnitte die Wegsegmente gleich lang sind. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn an einem Bahnsteig sowohl ein gerade verlaufender Streckenabschnitt als auch ein Kurvenabschnitt als Streckenabschnitt vorhanden sind. In diesem Fall braucht dann jeder Streckenabschnitt nur eine jeweils einheitliche Länge der betreffenden Wegsegmente gespeichert zu werden.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Referenzposition und/oder der die Länge der Wegsegmente durch eine in einem Einfahrtbereich des Bahnhofes im Gleis montierte Balise an das Fahrzeug übertragen wird.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass mit der Balise (insbesondere mit einer Eurobalise) ein standardisiertes Streckenelement zur Verfügung steht, sodass die Kommunikation mit dem Fahrzeug auf bestehende Hardware zurückgreifen kann. Eine Ortung mit einer Balise ist außerdem mit hoher Präzision möglich. Wenn durch die Balise zusätzlich die Länge der Wegsegmente übertragen wird, können vorteilhaft auch Fahrzeuge mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, denen keine gespeicherten Längen für die Wegsegmente zur Verfügung stehen. Diese werden dann erst bei Einfahrt in den Bahnhof übertragen. Dies macht das Verfahren vorteilhaft ohne lokale Beschränkungen für alle Fahrzeuge verfügbar, welche mit der erfindungsgemäßen Hardware (fahrzeugseitiger Sensor) bzw. Software (Computerprogramm) ausgestattet sind.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass zur Einrichtung und/oder Optimierung des Verfahrens während des Betriebs des Fahrzeugs ein maschinelles Lernen angewendet wird, bei dem die Muster erstellt und/oder optimiert werden.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass das Verfahren optimiert werden kann, wenn Fahrzeuge bestimmte Bahnhöfe wiederholt anfahren. Besonderheiten, die hinsichtlich der Längen der Wegsegmente an den betreffenden Bahnhöfen bestehen, können bei wiederholtem Anfahren dieser Bahnhöfe durch das Fahrzeug berücksichtigt werden.
  • Unter künstlicher Intelligenz (im Folgenden auch mit KI abgekürzt), auch Artificial Intelligence genannt, ist im Rahmen dieser Erfindung im engeren Sinne die Fähigkeit eines rechnergestützten maschinellen Lernens, auch Machine Learning genannt, (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.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass als Sensor ein optischer Abstandssensor, insbesondere ein laserbasierter Abstandssensor, montiert ist.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass optische Sensoren günstig in der Anschaffung und zuverlässig im Betrieb sind. Insbesondere mit einem laserbasierten Abstandssensor lassen sich die Messwerte auch in der erforderlichen Frequenz erzeugen, sodass die Erzeugung von Messpunkten wie bereits erläutert in der erforderlichen Dichte erfolgen kann.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Rechenumgebung des Fahrzeugs eine Recheninstanz aufweist, welche eingerichtet ist, die Funktionalität einer Automatic Train Operation (im Folgenden auch kurz als ATO bezeichnet) durchzuführen, und das diese Recheninstanz ebenfalls eingerichtet ist, zumindest die Schritte b) und d) des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
  • Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die ATO dafür ausgestattet ist, eine Ortung des Fahrzeugs mit einer für das Halten an einem Bahnsteig genügend hohen Präzision vorzunehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, aufweisend den fahrzeugseitigen Sensor, kann durch Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens die ATO bei dieser Aufgabe vorteilhaft unterstützen.
    • Exemplarische Ausführungsbeispiele der Zeichnung
  • 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.
  • 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.
  • Figur 2 zeigt exemplarisch ein Wegsegment eines Oberbaus im Längsschnitt sowie das daraus resultierende Abstandsprofil als Messergebnis eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 3 zeigt 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 Computer ablaufen können und wobei die gezeigten Schnittstellen demgemäß softwaretechnisch in einem Computer oder hardwaretechnisch zwischen verschiedenen Computern ausgeführt sein können.
  • Figur 4 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 3 beispielhaft angedeutet sind.
    • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 ist ein Fahrzeug FZ dargestellt, welches mit Rädern RD auf einem Gleis GL fährt oder steht. Das Gleis GL besteht aus Schienen SC, die auf Schwellen SW mittels Befestigungsschrauben BS befestigt sind. Das Gleis GL ist in einer Schüttung ST auch Schotter, die das Gleisbett bildet, aufgenommen, wobei das Gleis GL und die Schüttung ST den Oberbau OB ausbilden.
  • Wenn das Fahrzeug FZ über das Gleis GL fährt, so wird mit einem Sensor SN ein Abstand a zur Oberfläche des Oberbaus OB gemessen. Dieser Abstand a wird senkrecht in z-Richtung, angedeutet durch ein Koordinatensystem, dessen Ursprung im Sensor SN liegt, gemessen. Der Zug fährt in einer x-Richtung, die im Beispiel gemäß Figur 1 identisch mit der Fahrtrichtung ist. Außerdem ist der Sensor SN in einer in Figur 1 angedeuteten y-Richtung seitlich versetzt zu der in Figur 1 dargestellten Schiene SC am Fahrzeug FZ angebracht.
  • Die Schwellen SW liegen jeweils in einer ersten Länge L1, die ein erstes Wegsegment WS1 definiert, einer zweiten Länge L2, die ein zweites Wegsegment WS2 definiert, einer dritten Länge L3, die ein drittes Wegsegment WS3 definiert, und einer vierten Länge L4, die ein viertes Wegsegment WS4 definiert, auseinander. Um den Ablauf der erfindungsgemäßen Ortung zu verstehen, ist die Kenntnis der Zusammenhänge der Wegsegmente und der Längen L (wie die Gesamtheit der Längen unabhängig davon, ob nur eine Länge oder mehrere Längen am Bahnsteig vorhanden sind, genannt werden sollen) erforderlich. Sobald das Fahrzeug FZ die Balise BL überfährt, ist eine absolute Ortung, die Ermittlung der Referenzpostion RPOS, mit hoher Genauigkeit mithilfe der Balise BL erfolgt. Anschließend wird durch den Sensor SN die jeweilige Überfahrt über die Schienenschwellen SC erkannt, und somit nacheinander das Zurücklegen des ersten Wegsegments WS1, des zweiten Wegsegments WS2, des dritten Wegsegments WS3 des und des vierten Wegsegments WS4 registriert. Um die relative Ortung durchzuführen, wird zur durch die Balise BL ermittelten absoluten Ortsposition nach Überqueren des ersten Wegsegments WS1 die erste Länge L1, nach Überqueren des zweiten Wegsegments WS2 die zweite Länge L2 nach Überqueren des dritten Wegsegments WS3 die dritte Länge L3 nach Überqueren des vierten Wegsegments WS4 es die vierte Länge L4 usw. hinzugerechnet. POS = RPOS + L1 + L2 + L3 + L4
  • Dieses Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrensablauf kommt zum Einsatz, wenn für jedes Wegsegment eine individuelle Länge L vorliegt, die beispielsweise in dem Fahrzeug FZ abgespeichert ist. Bei der Berechnung der aktuellen Position des Fahrzeugs FZ werden die verschiedenen Längen L dann individuell aufgerufen. Die Längen L können, wie bereits erläutert, durch ein maschinelles Lernen, alternativ durch eine exakte Vermessung des Oberbaus OB ermittelt werden.
  • Anstelle individueller Längen L der Wegsegmente kann auch eine einheitliche (beispielsweise durchschnittliche) Länge L der Wegsegmente zur Berechnung der relativen Ortsposition verwendet werden. Im dargestellten Beispiel ist dies der durchschnittliche Schwellenabstand SW. In diesem Fall vereinfacht sich das Verfahren, da die jeweilige Überquerung der Schwellen SW nach Erfassung durch den Sensor SN lediglich gezählt werden muss und mit dem durchschnittlichen Länge L der Wegsegmente multipliziert werden muss. Das Ergebnis wird dann in der bereits erläuterten Weise zu der durch die Überfahrt der Balise BL ermittelten absoluten Referenzposition RPOS hinzugerechnet. POS = RPOS + N * L
  • In Figur 2 ist ein Querschnitt des Oberbaus OB detaillierter dargestellt. Zu erkennen sind die Schwellen SW, auf denen die Schiene SC mit den Befestigungsschrauben BS befestigt ist. Hierbei kommen auch Befestigungsklammern BK zum Einsatz, welche der Übersichtlichkeit halber in Figur 1 nicht dargestellt sind.
  • Zu erkennen ist, im selben Maßstab mit dem Ausschnitt des Oberbaus OB dargestellt, ein Abstandsprofil AP, welches durch den Sensor SN, dargestellt in Figur 1, ermittelt wurde. Hierbei wird eine durchschnittliche Länge L des Wegsegments vorausgesetzt, wie dies vorstehend bereits näher beschrieben wurde. In dem Abstandsprofil AP sind wiederkehrende Muster MT zu erkennen, die dem jeweiligen Abstandsprofil AP (also dem Höhenverlauf) der Schwellen SW inklusive der Befestigungsklammern BK und der Befestigungsschrauben BS entsprechen. Diese Muster MT lassen sich aufgrund ihrer ausgeprägten Charakteristik rechnergestützt leicht identifizieren. Zu erkennen ist auch, dass das Abstandsprofil AP der Schüttung ST ungleichmäßig ist, sodass hier keine wiedererkennbaren Verläufe des Abstandsprofils AP entstehen.
  • Eine Rechenumgebung RU, in der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft kann einer gemeinsamen Betrachtung von Figur 1 und Figur 3 entnommen werden. Die zum Einsatz kommenden Recheninstanzen einer Automatic Train Protection ATP, einer Automatic Train Operation ATO und eines Sensormoduls SNM und Funktionskomponenten interagieren durch Schnittstellen untereinander. Durch eine erste Schnittstelle S1 sind ein fahrzeugseitiger Sensor SN und ein vierter Prozessor PR4 miteinander verbunden. Durch eine zweite Schnittstelle S2 sind ein vierter Prozessor PR4 und ein erster Prozessor PR1 miteinander verbunden. Durch eine dritte Schnittstelle S3 sind ein dritter Prozessor PR3 und der erste Prozessor PR1 miteinander verbunden. Durch eine vierte Schnittstelle S4 sind der erste Prozessor PR1 und ein zweiter Prozessormiteinander PR2 verbunden. Durch eine fünfte Schnittstelle S5 können der dritte Prozessor PR3 und eine Balise BL über eine Funkschnittstelle miteinander verbunden werden, wenn das Fahrzeug FZ die Balise BL überfährt. Zu diesem Zweck sind das Fahrzeug FZ und die Balise BL mit Antennen AT ausgestattet, die diese Übertragung ermöglichen.
  • Gemäß Figur 3 sind die jeweils Recheninstanzen bildenden Computer näher dargestellt. Bei einem ersten Computer CP1 ist ein erster Prozessor PR1 mit einer ersten Speichereinheit SE1 durch eine elfte Schnittstelle S11 verbunden. Bei einem zweiten Computer CP2 ist ein zweiter Prozessor PR2 mit einer zweiten Speichereinheit SE2 durch eine zwölfte Schnittstelle S12 verbunden. Ist im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung nur von Computern, Prozessoren, Speichereinheiten oder Schnittstellen die Rede, beziehen sich die Angaben allgemein auf alle der vorstehend im Einzelnen benannten Computer, Prozessoren, Speichereinheiten und weiteren Funktionskomponenten, die verbunden durch die Schnittstellen zur Bildung der Rechenumgebung RU beitragen.
  • Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft, wie im Flussdiagramm gemäß Figur 4 dargestellt, schrittweise erläutert werden. In Figur 4 ist außerdem beispielhaft durch Kästen angedeutet, in welchen Funktionskomponenten und Recheninstanzen gemäß Figur 1 und 3 die einzelnen Schritte durchgeführt werden können. Rechnergestützte Schritte erfolgen in den nicht näher dargestellten Prozessoren. Das Auslesen und Speichern von Daten in die Speichereinheiten ist beispielhaft dargestellt. Soweit hierbei die Schnittstellen gemäß Figur 1 und 2 genutzt werden, sind diese auch in Figur 3 gekennzeichnet.
  • In einem ersten Schritt 1 erfolgt der Start des Verfahrens (kurz: START).
  • In einem zweiten Schritt 2 erfolgt eine Lokalisierung des Fahrzeugs FZ (kurz: LOC). Hierbei wird die Referenzposition RPOS ermittelt und über die elfte Schnittstelle S11 in der ersten Speichereinheit SE1 abgespeichert. Wie bereits erläutert, kann die Ermittlung der Referenzposition RPOS durch die Überfahrt über eine Balise BL erfolgen.
  • In einem dritten Schritt 3 erfolgt ein Messen des Abstandes a von dem Sensor SN zum Oberbau OB (kurz: MSR). Wie bereits erläutert, ergibt die Summe der gemessenen Abstände a ein Abstandsprofil AP, welches für das weitere Verfahren als Grundlage verwendet wird. Das Abstandsprofil AP kann beispielsweise in dem vierten Prozessor PR4 erzeugt werden und über die zweite Schnittstelle S2 in nicht näher dargestellter Weise an den ersten Prozessor PR1 übermittelt werden.
  • In einem vierten Schritt 4 erfolgt in dem ersten Prozessor PR1 eine Abfrage, ob in dem bisherigen Abstandsprofil AP ein Muster MT erkannt wurde. (kurz: MT?). Zu diesem Zweck wird in dem ersten Prozessor PR1 eine Mustererkennung durchgeführt. Hierzu werden an sich bekannte rechnergestützte Verfahren zur Mustererkennung verwendet, die vorzugsweise durch Anwendung künstlicher Intelligenz unter Durchführung eines maschinellen Lernens trainiert werden können. Das Trainieren kann im Vorfeld der Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 4 erfolgt sein und/oder während der Durchführung des Verfahrens verbessert werden, um die Mustererkennung MT zu optimieren. Außerdem kann das maschinelle Lernen unter Einsatz eines Streckenatlasses dazu verwendet werden, um die individuellen Längen L von Wegsegmenten, beispielsweise vorgegeben durch die Schwellen SW des Gleises GL, an einzelnen Bahnsteigen zu erlernen. Wurde ein Muster MT erkannt, geht es weiter mit einem siebten Schritt 7. Wurde kein Muster MT erkannt, geht es weiter mit einem fünften Schritt 5.
  • In einem fünften Schritt 5 erfolgt die Abfrage, ob das Verfahren gestoppt werden soll (kurz: STP?). Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das Fahrzeug FZ angehalten wurde. Ein Start des Verfahrens nach dem ersten Schritt 1 würde dann erforderlichenfalls bei der Weiterfahrt des Fahrzeugs FZ erfolgen. Wenn das Verfahren nicht gestoppt werden soll, erfolgt eine Rekursion und es geht weiter mit dem dritten Schritt 3. Soll das Verfahren gestoppt werden, geht es weiter mit einem sechsten Schritt 6 (kurz: STOP). Durch diesen Schritt wird das Verfahren gestoppt.
  • In einem siebenten Schritt 7 erfolgt eine Abfrage, ob individuelle Längen Li für einzelne oder Gruppen von Wegsegmenten vorliegen, (kurz: Li?). Ist dies der Fall, geht es mit einem zehnten Schritt 10 weiter. Ist dies nicht der Fall, geht es mit einem achten Schritt 8 weiter.
  • In einem achten Schritt 8 erfolgt ein Heraufsetzen einer Zählvariable N um eins (kurz: N=N+1). Diese Zählvariable soll verwendet werden, wenn keine individuellen Längen Li der einzelnen Wegsegmente vorliegen, sondern lediglich eine standardisierte Länge L vorausgesetzt wird, die beispielsweise die durchschnittliche oder auch innerhalb eines Toleranzbereiches genaue Länge L der Wegsegmente abbildet. Beispielsweise kann diese Länge L dem gleichmäßigen Schwellenabstand SW am Bahngleis entsprechen.
  • In einem neunten Schritt 9 erfolgt das Berechnen der aktuellen Position in einem Berechnungsschritt nach Gleichung (2) (kurz: CLC). Zum Zwecke der Berechnung erfolgt das Auslesen der standardisierten Länge L sowie der geltenden Position, d. h. der Referenzposition RPOS (wenn dieser Schritt das erste Mal durchgeführt wird) oder der letzten berechneten Position (wenn dieser Schritt wiederholt durchgeführt wird) aus der ersten Speichereinheit SE1 über die elfte Schnittstelle S11.
  • In einem zehnten Schritt 10 erfolgt alternativ (also im anderen Falle der Abfrage gemäß dem siebenten Schritt 7) das Berechnen der aktuellen Position in einem Berechnungsschritt nach Gleichung (1) (kurz: CLC). Zum Zwecke der Berechnung erfolgt das Auslesen der aktuellen Länge Ln sowie der geltenden Position, d. h. der Referenzposition RPOS (wenn dieser Schritt das erste Mal durchgeführt wird) oder der letzten berechneten Position (wenn dieser Schritt wiederholt durchgeführt wird) aus der ersten Speichereinheit SE1 über die elfte Schnittstelle S11.
  • In einem elften Schritt 11 erfolgt die Ausgabe der berechneten Position (kurz: OT-POS). Der die Position enthaltende Datensatz kann beispielsweise über die vierte Schnittstelle S4 an den zweiten Prozessor PR2 übertragen werden, um die Funktionalität der ATP in dem Fahrzeug FZ sicherzustellen. Anschließend geht es weiter mit dem bereits beschriebenen fünften Schritt 5.
    • Bezugszeichenliste
    • a
    Abstand
    AP
    Abstandsprofil
    AT
    Antennen
    ATO
    Automatic Train Operation
    ATP
    Automatic Train Protection
    BK
    Befestigungsklammern
    BL
    Balise
    BS
    Befestigungsschrauben
    CP1
    erster Computer
    CP2
    zweiter Computer
    FZ
    Fahrzeug
    GL
    Gleis
    L
    Länge
    L1
    erste Länge
    L2
    zweite Länge
    L3
    dritte Länge
    L4
    vierte Länge
    MT
    Muster
    OB
    Oberbau
    POS
    Postion
    PR1
    erster Prozessor
    PR2
    zweiter Prozessor
    PR3
    dritter Prozessor
    PR4
    vierter Prozessor
    RD
    Räder
    RPOS
    Referenzposition
    RU
    Rechenumgebung
    S1
    erste Schnittstelle
    S11
    elfte Schnittstelle
    S12
    zwölfte Schnittstelle
    S2
    zweite Schnittstelle
    S3
    dritte Schnittstelle
    S4
    vierte Schnittstelle
    S5
    fünfte Schnittstelle
    SC
    Schienen
    SE1
    erste Speichereinheit
    SE2
    zweiter Speichereinheit
    SN
    Sensor
    SNM
    Sensormodul
    ST
    Schüttung
    SW
    Schwellen
    WS1
    erstes Wegsegment
    WS2
    zweites Wegsegment
    WS3
    drittes Wegsegment
    WS4
    viertes Wegsegment

Claims (14)

  1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines spurgeführten Fahrzeugs (FZ), bei dem
    a) ein fahrzeugseitiger (FZ) Sensor (SN) während der Fahrt des Fahrzeugs (FZ) ein Messergebnis erzeugt, welches ein von dem Fahrzeug (FZ) befahrenes Gleis (GL) repräsentiert,
    b) auf der Grundlage des Messergebnisses rechnergestützt ein aktueller Ort des Fahrzeugs (FZ) auf dem Gleis (GL) bestimmt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    c) das Messergebnis ein Abstandsprofil (AP) enthält, welches eine vom zurückgelegten Weg des Fahrzeugs (FZ) abhängige Änderung eines Abstandes (a) des Sensors (SN) von einem das Gleis (GL) und dessen Bettung aufweisenden Oberbau (OB) beschreibt,
    d) und ausgehend von einer bekannten Referenzposition (RPOS) rechnergestützt eine relative Ortung des Fahrzeugs (FZ) durchgeführt wird, wobei in dem Abstandsprofil (AP) ein nach vorgegebenen Wegsegmenten sich wiederholendes Muster (MT) rechnergestützt erkannt und gezählt wird und zur Positionsbestimmung für jedes erkannte Muster (MT) die jeweilige Länge (L) der Wegsegmente, zur Referenzposition (RPOS) hinzugerechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als sich wiederholendes Muster (MT) der Abstandsverlauf beim Überfahren von Schienenschwellen (SC) und/oder Befestigungsvorrichtungen der Schienen (SC) auf einer durch den Oberbau (OB) gebildeten Unterlage erkannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (SN) wiederholt oder kontinuierlich den Abstand (a) von Messpunkten auf dem Oberbau (OB) unterhalb des Fahrzeugs (FZ) misst, wobei das Messergebnis ein zweidimensionales, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (FZ) ausgerichtetes, eine Vielzahl von Messpunkten aufweisendes Abstandsprofil (AP) enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (SN) den Abstand (a) in einem konstanten seitlichen Versatz zu einer der Schienen (SC) misst, derart, dass in dem ermittelten Abstandsprofil (AP) Messpunkte bezüglich der Befestigungsvorrichtungen der Schiene (SC) auf der Unterlage als Muster (MT) enthalten sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses bei einer Einfahrt des Fahrzeugs (FZ) in einen Bahnhof bis zum Stillstand des Fahrzeugs (FZ), insbesondere bei gleichzeitiger Ausrichtung des Fahrzeugs (FZ) in Bezug auf an einem Bahnsteig des Bahnhofes montierten Bahnsteigtüren, durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzposition (RPOS) vor der Einfahrt des Fahrzeugs (FZ) in den Bahnhof durch das Fahrzeug (FZ) ermittelt und/oder an das Fahrzeug (FZ) übertragen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Wegsegmente gemeinsam mit Längen (L) von Wegsegmenten für andere Gleisabschnitte (GL) des befahrenen Bahnhofs und/oder für andere Bahnhöfe in einer Speichereinheit des Fahrzeugs (FZ) gespeichert ist und vor der Einfahrt unter Berücksichtigung eines Streckenplans ausgewählt wird oder vor der Einfahrt in den Bahnhof über eine fahrzeugexterne (FZ) Schnittstelle an das Fahrzeug (FZ) übertragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzposition (RPOS) und/oder der die Länge (L) der Wegsegmente durch eine in einem Einfahrtbereich des Bahnhofes im Gleis (GL) montierte Balise (BL) an das Fahrzeug (FZ) übertragen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einrichtung und/oder Optimierung des Verfahrens während des Betriebs des Fahrzeugs (FZ) ein maschinelles Lernen angewendet wird, bei dem die Muster (MT) erstellt und/oder optimiert werden.
  10. Fahrzeug für den spurgeführten Verkehr, aufweisend eine Rechenumgebung (RU), die eingerichtet ist#, die Steuerung des Fahrzeugs (FZ) zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass
    e)
    an dem Fahrzeug (FZ), insbesondere an dessen Unterseite, ein Abstandssensor montiert ist, der eingerichtet ist, einen Abstand (a) zwischen dem Sensor (SN) und dem das Gleis (GL) aufweisenden Oberbau (OB) unterhalb des Fahrzeugs (FZ) zu messen, und
    f)
    die Rechenumgebung (RU) eingerichtet ist, zumindest die Schritte b) und d) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9 durchzuführen.
  11. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (SN) ein optischer Abstandssensor, insbesondere ein laserbasierter Abstandssensor, montiert ist.
  12. Fahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenumgebung (RU) des Fahrzeugs (FZ) eine Recheninstanz aufweist, welche eingerichtet ist, die Funktionalität einer Automatic Train Operation (ATO) durchzuführen, und das diese Recheninstanz ebenfalls eingerichtet ist, zumindest die Schritte b) und d) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9 durchzuführen.
  13. Computerprogrammprodukt, enthaltend Programmbefehle, die durch eine Rechenumgebung (RU) ausführbar sind, derart, dass zumindest die Schritte b) und d) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9 durchgeführt wird.
  14. Computerlesbares Speichermedium, enthaltend Daten, welche als Datensätze vom Speichermedium gespeichert werden, derart, dass die Datensätze das Computerprogrammprodukt nach dem letzten voranstehenden Anspruch ausführbar machen.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19529986A1 (de) 1995-08-04 1997-02-06 Siemens Ag Verfahren zur Ortung spurgeführter Fahrzeuge und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
EP0795455A1 (de) 1996-03-14 1997-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP3038879B1 (de) * 2013-09-30 2017-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Positionsbestimmung eines schienenfahrzeugs
WO2018158712A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 Thales Canada Inc. Guideway mounted vehicle localization system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19529986A1 (de) 1995-08-04 1997-02-06 Siemens Ag Verfahren zur Ortung spurgeführter Fahrzeuge und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
EP0795455A1 (de) 1996-03-14 1997-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Eigenortung eines spurgeführten Fahrzeugs und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP3038879B1 (de) * 2013-09-30 2017-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Positionsbestimmung eines schienenfahrzeugs
WO2018158712A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 Thales Canada Inc. Guideway mounted vehicle localization system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUN YANGANG ET AL: "High-Precision Railway Fastener Detecting via Deep Learning Radar for Intelligent Train Positioning", IEEE SENSORS JOURNAL, vol. 24, no. 6, 15 March 2024 (2024-03-15), USA, pages 8150 - 8159, XP093213438, ISSN: 1530-437X, DOI: 10.1109/JSEN.2024.3351144 *

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