EP4669557A1 - Validierung einer objekterkennungseinrichtung eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Validierung einer objekterkennungseinrichtung eines schienenfahrzeugs

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Publication number
EP4669557A1
EP4669557A1 EP24714798.6A EP24714798A EP4669557A1 EP 4669557 A1 EP4669557 A1 EP 4669557A1 EP 24714798 A EP24714798 A EP 24714798A EP 4669557 A1 EP4669557 A1 EP 4669557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ref
data
rail vehicle
distance
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24714798.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Krutz
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
Publication of EP4669557A1 publication Critical patent/EP4669557A1/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
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • 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
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]

Definitions

  • the invention relates to a validation system and a validation method for functional testing of an object recognition device installed on a rail vehicle.
  • object detection devices For the partially or fully automated operation of a rail vehicle, such as a tram, but also a regional or high-speed train, object detection devices are increasingly being used which have a sensor arrangement arranged at the front of the vehicle.
  • a sensor arrangement has a detection area - also called the field of view or image area - which is directed forwards in the direction of travel of the rail vehicle.
  • the sensor arrangement comprises one or more environmental sensors for recording sensor data which represent objects located in the detection area.
  • Objects in the environment can be tracks including the tracks used by the rail vehicle and those adjacent to it, buildings and vegetation in the area of the tracks, operating equipment of an overhead line system or signaling systems, but in particular stationary or moving objects which could represent an obstacle with a risk of collision for the rail vehicle.
  • the invention is therefore based on the object of proposing measures for checking the function of an object recognition device installed on a rail vehicle.
  • An actual object height and/or an actual object width and/or an actual object diagonal and/or an actual object surface area and/or an actual object boundary i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section, can be determined as actual object dimensions.
  • actual object type other rail vehicles running on the track being used or on an adjacent track, a truck, a passenger car, a motorcyclist, a cyclist, a pedestrian and a buffer stop on the track being used by the rail vehicle can be identified and distinguished from each other.
  • the object positions, target object types and target object data of a reference object are known with a predefined accuracy; for example, the reference objects can be measured at their object positions using highly accurate position measuring technology.
  • a reference object can have the target object dimensions characteristic of a particular target object type.
  • a reference object can be designed as a dummy representing a person, a wild animal, an automobile, a stroller, a light pole, an overhead line mast, and the like.
  • the validation system also includes a database in which the object position and the target object data of the positioned reference object are stored. If there are several reference objects, these target values are stored in the database for each reference object.
  • the database can be located on the rail vehicle or on the reference object(s) or can be made available centrally or via the cloud by an operator of the rail vehicle.
  • the validation system also includes a distance determination system for determining a current target object distance between the rail vehicle and the reference object.
  • the distance determination system has a vehicle-side position determination module with a receiving unit for navigation satellite signals for determining the current vehicle position of the rail vehicle.
  • the distance determination system has a decorative computing unit for calculating the current target object distance from the current vehicle position and the object position.
  • signals from so-called global satellite systems for positioning and navigation such as NAVSTAR GPS, GLANOSS, Galileo or Beidou, are received by the receiving unit.
  • the computing unit of the distance determination module continuously calculates the target object distance between the object position of the reference object detected by the object recognition device and the currently determined vehicle position of the rail vehicle at a high frequency, for example 10 Hz or 100 Hz.
  • the validation system further comprises a test unit which is designed to calculate deviations between the determined actual object distances and the calculated target object distances, as well as between the determined actual object data and the target object data.
  • the test unit is also designed to determine whether the deviations are within predetermined validity ranges.
  • the validity range is understood here to be a tolerance range for actual object values around a target object value; actual object values determined by the object recognition device which are within the tolerance range are then qualified as valid. If the actual object values determined for a reference object are within the tolerance ranges, the functional test of the object recognition device has been positive and it can be assumed that the object recognition device recognizes the target object type and the target object distance of the reference object correctly and accurately enough.
  • the validation system can be used during ongoing rail operations at any time of day or night and under appropriate environmental conditions to monitor the proper functioning of the object detection device of a rail vehicle. However, it can also be used for comprehensive functional testing an object recognition device that is still under development for rail vehicles. If the deviations between actual and target object values move outside the assigned validity ranges for any reason, measures can be taken immediately.
  • the validation system according to the invention thereby significantly increases the operational reliability of a partially or fully automated rail vehicle with an object recognition device for obstacle detection.
  • the validation system comprises a digital map system for a rail network having the rail route, in which the object position of the positioned reference object is recorded.
  • the distance determination system is designed to determine when a predetermined trigger distance of the rail vehicle is reached before the object position. Reaching the trigger distance then triggers that, as the rail vehicle approaches the reference object, sensor data is continuously recorded by the sensor arrangement, current actual object distances and actual object data are determined by the evaluation unit, current target object distances are determined by the distance determination system, and deviations are calculated and it is determined in each case whether these lie within the validity ranges.
  • the digital map system can be stored directly on the rail vehicle, or at least it can be accessed from the rail vehicle if it is stored at another location.
  • the validation system does not have to be operated continuously in this way, but only when a reference object is approached.
  • the sensor arrangement and the evaluation unit of the object recognition device operate continuously in normal operation, while in an evaluation phase of an object recognition device under development, this can also only be started with the validation system when a reference object is approached.
  • the validation system according to the invention further comprises a communication system with a vehicle-side communication module and a reference object-side communication module, which are set up to exchange data wirelessly between the rail vehicle and the reference object, and optionally additionally with an operations center and a data storage in a computer cloud.
  • Common radio systems in the 433 MHz or 868 MHz frequency range can be used for wireless communication between the rail vehicle and the reference object.
  • Wireless local networks or mobile radio systems according to the LTE or 5G standard can be used for communication with an operations center of the rail vehicle and with the data storage in the computer cloud.
  • the communication modules can also be designed as terminal devices of a satellite network for Internet access, for example the Starlink satellite network.
  • the communication system allows data generated by the components of the validation system to be transferred to other components of the validation system, regardless of whether they were generated or stored on the rail vehicle, on the reference object, in an operations center or in the cloud.
  • the reference object has a position determination module on the reference object side with a receiving unit for navigation satellite signals, which is designed to determine the object position of the reference object after it has been positioned in the area of the rail track.
  • a position determination module on the reference object side with a receiving unit for navigation satellite signals, which is designed to determine the object position of the reference object after it has been positioned in the area of the rail track.
  • the same position determination technology as in the rail vehicle can be used for the reference object, so that the object position is automatically determined from the received GNSS signals after positioning a reference object.
  • the determined object position can be entered into the database with the other target values of the reference object. It is transmitted via the communication system transmits the data to the rail vehicle, where the computing unit of the distance determination system calculates an exact distance between the rail vehicle and the object, the so-called current target object distance, from the currently determined object and vehicle positions at high frequency.
  • the vehicle-side distance determination system additionally has an inertial measuring unit for measuring a vehicle position value, wherein the current vehicle position is determined from the received navigation satellite signals and the measured vehicle position value.
  • An inertial measuring unit known per se combines acceleration and yaw rate sensors in order to obtain - in relation to a reference point - its location position by integrating the determined acceleration values twice, among other things. This determined location position represents the measured vehicle position value.
  • the accuracy is increased by a factor of 5 to 10 compared to determining the vehicle position based only on GNSS signals. This in turn increases the accuracy of the calculated current target object distances.
  • An inertial measuring unit can also be provided in the reference object, which also improves the accuracy of the determined object position.
  • the validation system further comprises a time synchronization system with a vehicle-side synchronization module and with a reference object-side synchronization module, which are designed so that the recording of the sensor data, the determination of the actual object distances and the actual object data, the determination of the target object distances and the calculation of the deviations are carried out in a time-synchronized manner. It also has a data memory for recording the time-synchronized sensor data, actual object distances and actual object data. Object data, target object distances and deviations.
  • the synchronization modules have their own internal clocks which are synchronized using known methods (for example the Precision Time Protocol according to IEEE 1588 or the GPS time signal), which ensures that the synchronization modules and the components connected to the synchronization modules in the rail vehicle or reference object are coordinated with one another and carry out the right actions at the right time, i.e. sensor data recording, actual object distance and actual object data determination, target object distance determination, deviation calculation and data recording.
  • the synchronicity makes it possible to relate data which belong to one another in time.
  • the data storage can be on the rail vehicle and/or the reference object and/or in the cloud.
  • the data storage may include a management system that sends a notification when the amount of data stored in the data storage exceeds a threshold, so that measures can be taken to ensure that there is always sufficient storage space available in the data storage.
  • the validation system according to the invention further comprises a weather system with an environmental sensor for recording environmental data of the reference object, which can influence the recording of sensor data by the sensor arrangement, wherein the environmental data is recorded in a time-synchronized manner and recorded in the data memory in a time-synchronized manner.
  • the recording of sensor data by the sensor arrangement for object recognition can be influenced by the weather prevailing in the area of the reference object, i.e. by the air temperature and/or the air humidity and/or the air pressure and/or the precipitation and/or the wind speed and/or the solar radiation and the like.
  • one or more environmental sensors are arranged in the area of the reference object, which can be used as thermometers and/or hygrometers and/or barometers and/or ombrometers and/or anemometers and/or py- ranometer.
  • the environmental sensors can be combined to form a weather station arranged on the reference object.
  • environmental sensors from a weather service provider can also be used, from which only the environmental data relating to the environment around the object position can be received.
  • the environmental data can also be recorded in a time-synchronized manner, so that after data has been transferred, for example to the rail vehicle, they can be stored in the storage unit in time-synchronized with the other data.
  • test unit can, for example, reject the test result as invalid if the weather is bad.
  • the validation system further comprises a reporting unit connected to the test unit, which is designed to send an electronic message to an output unit in a driver's cab of the rail vehicle and/or in an operations center of the rail vehicle if the check has shown that deviations lie outside the respective validity ranges. If one or more deviations between target and actual values lie outside the respective validity ranges, a message can be sent by email or another messaging service to a driver's cab of the rail vehicle or to an operations center of the rail vehicle and displayed there via an output unit designed, for example, as a display or monitor for the train driver in the case of semi-automated vehicle operation and/or to a control center employee in the case of fully automated vehicle operation.
  • the message can contain the values of the deviations in relation to the validity ranges. areas, but also evaluate the size of the deviations and contain recommendations for action as to whether, for example, early maintenance or immediate decommissioning is recommended for the object detection device.
  • the reference object has a rechargeable energy source for the autonomous supply of its electrical consumers with electrical energy.
  • a rechargeable energy source for the autonomous supply of its electrical consumers with electrical energy.
  • reference objects are free from power grid connections in their energy supply and can be positioned flexibly along the rail line.
  • a management system for an energy source designed as a rechargeable battery detects when the charge level falls below a threshold value, whereupon a corresponding message can be sent in order to recharge the rechargeable battery.
  • the reference objects can also be supplied with electrical energy via power supplies.
  • the object is also achieved by a validation method according to the invention for checking the functionality of an object recognition device installed on a rail vehicle.
  • a reference object which has at least one target object dimension and one target object type as target object data, is positioned at an object position in the area of a rail route to be traveled by the rail vehicle.
  • Sensor data characterizing the reference object are recorded by a sensor arrangement of the object recognition device. From the recorded sensor data, an evaluation unit of the object recognition device determines a current actual object distance between the rail vehicle and the reference object as well as at least one actual object dimension and one actual object type as actual object data.
  • a current target object distance between the rail vehicle and the reference object is determined by determining the current vehicle position of the rail vehicle using received navigation satellite signals and calculating the current target object distance from the current vehicle position and the Object position is calculated. Furthermore, deviations between the determined actual object distance and the calculated target object distance as well as between the determined actual object data and the target object data are calculated. Finally, it is determined whether the deviations lie within predetermined validity ranges.
  • the validation system according to the invention described at the beginning is particularly suitable for carrying out this method.
  • FIG. 1 Components and data streams of the validation system according to the invention are schematically illustrated.
  • a partially shown rail vehicle RV with a driver's cab DRC arranged at the front is traveling to the right on a rail track RT.
  • the rail vehicle RV can be, for example, a regional train, but also a tram or a high-speed train.
  • an object recognition device ORU is installed on the rail vehicle RV in order to detect potential obstacles on the rail track RT ahead.
  • the object recognition device ORU has a sensor arrangement SEN arranged at the front for this purpose, which is made up of one or more environmental sensors (not shown in detail).
  • one or more lidar, camera, radar and/or infrared sensors can be used as environmental sensors, the fields of vision of which at least partially overlap in terms of range and opening angle and form a detection field FOV of the sensor arrangement SEN.
  • the detection range FOV can cover a track section in front of the rail vehicle RV of at least 5 m up to 500 m as well as to the side cover the surrounding area lying in this track section.
  • the sensor arrangement SEN is used to record sensor data SD which represent an object located in the detection area FOV. There can also be several objects in the detection area FOV.
  • the recorded sensor data SD are processed in an evaluation unit EVU of the object recognition device ORU in order to determine current actual values of the object(s).
  • a current actual object distance D between the rail vehicle RV and the object as well as actual object data M, T characterizing the object can be determined as actual values of the object(s), namely at least one actual object dimension M and one actual object type T of an object.
  • An actual object height and/or an actual object width and/or an actual object diagonal and/or an actual object surface area and/or an actual object boundary, i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section, can be determined as actual object dimensions M. From this, the actual object type T of an object can be recognized, i.e.
  • the detected object is another rail vehicle that is traveling on the track being used or on an adjacent track, a truck, a passenger car, a motorcyclist, a cyclist, a pedestrian, such as an adult or a child, a stroller, an animal, in particular a wild animal, a lamppost, an overhead line mast, a buffer stop or other objects of the track-related infrastructure.
  • Reliable automated recording of the actual values D, M, T of objects ahead is of central importance for a rail vehicle RV in automated operation if the observation of the environment ahead of the rail vehicle RV no longer falls solely within the scope of the duties of a train driver in the DRC driver's cab or if the use of a train driver is to be eliminated entirely.
  • a validation system 10 is therefore proposed for functional testing of the object recognition device ORU installed on a rail vehicle RV.
  • the validation system 10 comprises one or more reference objects 20 that are positioned along the rail route RT at one or more validation points.
  • One or more reference objects 20 can be positioned at a validation point.
  • the validation points are set up at a distance from one another along the rail route RT, which is designed, for example, as a branch line or circular route, in such a way that the rail vehicle RV repeatedly passes one of the validation points during its operation, at which the function of the object recognition device ORU can be checked using known reference objects 20.
  • Each reference object 20 is positioned at an object position P20 in the area of the rail track RT in such a way that it lies in the detection range FOV of the sensor arrangement SEN of the rail vehicle RV approaching the reference object 20 on the rail track RT.
  • the respective object position P20 is measured with high accuracy when a reference object 20 is set up.
  • the reference object 20 has a reference object-side position determination module 21 with a receiving unit 22 for navigation satellite signals, with which the object position P20 of the reference object 20 is automatically determined after its positioning with the high accuracy of the GNSS signals.
  • Each reference object 20 is designed as an artificial test dummy, also called a dummy, with specific target values.
  • a reference object 20 has a specific target object type T-ref, such as a person, a wild animal, a motor vehicle, a stroller, a light pole, an overhead line pole, and the like, which is defined by one or more target object dimensions M-ref.
  • the target object dimension M-ref can be, for example, a target object height and/or a target object width and/or a target object diagonal and/or a target object surface area and/or a target object boundary, i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section.
  • reference objects 20 of different types, sizes and poses can be produced as test dummies. and positioned at a validation point.
  • their target values serve as a comparison basis for the corresponding actual values determined by the object recognition device ORU.
  • the validation system 10 also includes a database 30 in which the object position P20 and the target object data M-ref, T-ref of a positioned reference object 20 are stored. If there are several reference objects 20, the target object dimensions M-ref and target object type T-ref for each reference object 20 are stored in the database 30.
  • the database 30 is arranged on or distributed across the reference objects 20, but can also be arranged on the rail vehicle RV or, for example, made available centrally by an operator of the rail vehicle RV or via a computer cloud or cloud OLD.
  • the validation system 10 also includes a distance determination system 40 for determining a current target object distance D-ref between the rail vehicle RV and the reference object 20.
  • This highly accurate target object distance D-ref serves as a reference value or comparison basis for the actual object distance D recorded by the object recognition device ORU.
  • the distance determination system 40 has a vehicle-side position determination module 41 with a receiving unit 42 for navigation satellite signals for determining a current vehicle position PRV of the rail vehicle RV, the accuracy of which is predetermined by the GNNS signals, for example from GPS or GALILEO.
  • the vehicle-side distance determination system 40 also has an inertial measuring unit 44 with acceleration and yaw rate sensors in order to obtain a further vehicle position value.
  • the current vehicle position PRV is then displayed with higher with greater accuracy from the received navigation satellite signals and the measured vehicle position value.
  • the distance determination system 40 also has a computing unit 43 for calculating the current target object distance D-ref, which is calculated from the determined current vehicle position PRV and the object position P20 of the reference object 20.
  • the computing unit 43 communicates for this purpose with the database 30 in order to obtain the object position P20 of the reference object 20 stored there.
  • the validation system 10 further comprises a communication system 60 with a vehicle-side communication module 61 and a reference object-side communication module 62. These are set up to exchange data wirelessly between the rail vehicle RV and the reference object 20, for example by forming a radio system operating in the frequency range 433 MHz or 868 MHz.
  • the validation system 10 further comprises a test unit 50 which is designed to calculate deviations AD, AM, AT between the determined actual object distances D and the calculated target object distances D-ref as well as between the determined actual object data M, T and the target object data M-ref, T-ref:
  • AD D - D-ref
  • the test unit 50 determines whether the calculated deviations AD, AM, AT are within predetermined validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T.
  • the validity range VAL-D, VAL-M, VAL-T is to be understood here as a tolerance range for actual object values D, M, T around a target object value D-ref, M-ref, T-ref; from the object recognition device Actual object values D, M, T determined by the ORU that are within the tolerance range are then qualified as valid.
  • the functional test of the object recognition device ORU has been positive and it can be assumed that the object recognition device ORU recognizes the target object type T-ref with its target object dimensions M-ref and the target object distance D-ref of the reference object 20 correctly and accurately enough.
  • the validation system 10 shown further comprises a reporting unit 110 which is connected to the test unit 50 and is designed to send an electronic message to an output unit DIS in the driver's cab DRC of the rail vehicle RV and/or to the operations center OCL of the rail vehicle RV. If the check by the test unit 50 has shown that one or more deviations AD, AM, AT are outside the respective validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, a message can be sent by email or via another messaging service and issued by means of an output unit DIS designed, for example, as a display or monitor, to the train driver in the case of semi-automated vehicle operation and/or to a control center employee in the case of fully automated vehicle operation.
  • the notification may contain the values of the deviations AD, AM, AT in relation to the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, but also the magnitude of the deviations AD, AM, AT values and contain recommendations for action as to whether, for example, early maintenance or immediate decommissioning is recommended for the object recognition device ORU.
  • the validation system 10 can further comprise a weather system 100 with one or more environmental sensors 101 for recording environmental data U of the reference object 20.
  • Weather-related environmental conditions can influence the recording of sensor data SD by the sensor arrangement SEN.
  • the air temperature and/or the humidity and/or the air pressure and/or the precipitation and/or the wind speed and/or the solar radiation and the like lead to the sensor data SD being incomplete or incorrect and object recognition therefore being unreliable or not possible at all.
  • one or more environmental sensors 101 are arranged in the area of the reference object 20, which can be designed as thermometers and/or hygrometers and/or barometers and/or ombrometers and/or anemometers and/or pyranometers.
  • the environmental sensors 101 can be combined to form a weather station arranged on the reference object 20. If deviations AD, AM, AT between actual and target values are outside the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, a possible explanation for this can be found on the basis of the environmental data U, without the object recognition device ORU having necessarily worked incorrectly. Instead of a negative result for the functional test, the test unit 50 can reject the test result as invalid if bad weather conditions exist, for example, and issue a corresponding message via the reporting unit 110.
  • the validation system 10 also includes a digital map system 90 for a rail network having the rail route RT.
  • the digital map system 90 can be stored directly on the rail vehicle RV, but can at least be accessed from the rail vehicle RV if it is stored at another location. All positioned reference objects 20 are recorded in the map system 90.
  • the distance determination system 40 is designed to determine when a predetermined trigger distance of the rail vehicle RV has been reached in front of the object position P20.
  • sensor data SD are continuously recorded by the sensor arrangement SEN
  • current actual object distances D and actual object data M, T are determined by the evaluation unit EVU
  • current target object distances D-ref are determined by the distance determination system 40
  • deviations AD, AM, AT are calculated, it is determined whether these lie within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, and environmental data U are recorded by the weather system 100.
  • the validation system 10 further comprises a time synchronization system 70 with a vehicle-side synchronization module 71 and with a reference object-side synchronization module 72. These are designed so that the recording of the sensor data SD, the determination of the actual object distances D and the actual object data M, T, the determination of the target object distances D-ref, the calculation of the deviations AD, AM, AT, the determinations as to whether these lie within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, and the recording of the environmental data U take place in a time-synchronized manner with one another.
  • the synchronization modules 71, 72 have their own internal clocks, which are synchronized using known methods (for example the Precision Time Protocol according to IEEE 1588 or the GPS time signal), which ensures that the synchronization modules 71, 72 and the components connected to the synchronization modules 71, 72 in the rail vehicle RV or reference object 20 carry out the right actions at the right time and in a coordinated manner.
  • known methods for example the Precision Time Protocol according to IEEE 1588 or the GPS time signal
  • the validation system 10 also includes a data storage 80 for time-synchronized recording of the sensor data SD, the actual object distances D, the actual object data M, T, the target object distances D-ref, the deviations AD, AM, AT, the environmental data U and the determination results as to whether the deviations AD, AM, AT are within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T.
  • the time-synchronized procedure allows data that belong together in time to be related.
  • the data storage 80 can be located on the rail vehicle RV and/or the reference object 20 and/or in the cloud OLD.
  • Wireless local networks (WLAN) or mobile radio systems according to the LTE or 5G standard can be used to transmit or upload data using the communication network. systems 60.
  • the communication modules 61, 62 can also be designed as terminal devices of the satellite network.
  • the data storage 80 can have a management system which sends a corresponding message when the amount of data stored in the data storage 80 exceeds a threshold value, so that measures can be taken to ensure that there is always sufficient storage space available in the data storage 80.
  • the reference object 20 can have a rechargeable energy source 21.
  • a management system for an energy source 21 designed as a rechargeable battery detects when the charge level falls below a threshold value, whereupon a corresponding message can be sent in order to recharge the rechargeable battery.
  • the validation system 10 can be used during ongoing rail operations at any time of day or night and under appropriate environmental conditions to monitor the proper functioning of the object recognition device ORU of a rail vehicle RV. However, it can also be used for comprehensive functional testing of an object recognition device ORU that is still under development for rail vehicles RV. If the deviations AD, AM, AT between the actual and target object values move outside the assigned validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T for any reason, measures can be taken immediately.
  • the validation system 10 according to the invention thereby significantly increases the operational reliability of a partially or fully automated rail vehicle RV with an object recognition device ORU for obstacle detection.
  • T-ref Target value Target object date: Target object type
  • Target object data Target object dimension

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Validierungssystem (10) zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU). Es umfasst ein Referenzobjekt (20), welches an einer Objektposition (P20) im Bereich eines Schienenweges (RT) positioniert ist und wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) aufweist, die zusammen mit der Objektposition (P20) in einer Datenbank (30) gespeichert sind. Es umfasst ferner ein Abstandsbestimmungssystem (40) zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstands (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20), welches ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul (41) mit einer Empfangseinheit (42) für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und eine mit der Datenbank (30) kommunizierende Recheneinheit (43) zur Berechnung des aktuellen Soll-Objektabstandes (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Objektposition (P20) aufweist. Eine Prüfeinheit (50) ist ausgebildet, Abweichungen (ΔD, ΔM, ΔT) zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll-Objektdaten (M-ref, T-ref) zu berechnen. Sie ist ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob die Abweichungen (ΔD, ΔM, ΔT) innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-M,VAL-T) liegen.

Description

Beschreibung
Validierung einer Obj ekterkennungseinrichtung eines Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betri f ft ein Validierungssystem und ein Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Ob ekterkennungseinrichtung .
Für den teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb eines Schienenfahrzeugs , wie zum Beispiel einer Straßenbahn, aber auch eines Regional- oder Hochgeschwindigkeits zugs , kommen zunehmend Obj ekterkennungseinrichtungen zum Einsatz , welche eine an einer Fahrzeugfront angeordnete Sensoranordnung aufweisen . Eine solche Sensoranordnung weist einen Erfassungsbereich - auch Sichtfeld oder Bildbereich genannt - auf , der in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs nach vorne ausgerichtet ist . Die Sensoranordnung umfasst einen oder mehrere Umfeldsensoren zur Aufnahme von Sensordaten, welche im Erfassungsbereich liegende Obj ekte repräsentieren . Obj ekte des Umfelds können Gleisanlagen mit dem vom Schienenfahrzeug benutzten sowie zu diesem benachbarten Gleisen, im Bereich der Gleisanlagen vorhandene Gebäude und Vegetation, Betriebseinrichtungen einer Oberleitungsanlage oder von Signalanlagen, insbesondere aber stationäre oder sich in Bewegung befindliche Obj ekte , die ein Hindernis mit Kollisionsgefahr für das Schienenfahrzeug darstellen können . Als potenzielle Hindernisse sollen insbesondere andere Schienenfahrzeuge , Last- und Personenkraftwägen, Motorrad- und Fahrradfahrer, Fußgänger aber auch Gleisabschlüsse , wie zum Beispiel ein Prellbock, erkannt werden . Als Umfeldsensoren können monokulare Videokameras , Stereokameras , Lauf zeitkameras , Lidarsensoren, Laserscanner, Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Wärmebildkameras und dergleichen zum Einsatz kommen, deren Sensordaten ein im Erfassungsbereich befindliches Obj ekt repräsentieren . Die auf genommenen Sensordaten werden einer Auswertungseinheit der Obj ekterkennungseinrichtung zugeführt und von dieser verarbeitet , wobei insbesondere Sensordaten unterschiedlicher Umfeldsensoren fusioniert werden, um aktuelle I st-Werte eines Obj ektes zu ermitteln . Als I st-Werte sollten hier die relativ zur Sensoranordnung der Ob ekterkennungseinrichtung ermittelte Obj ektposition, die durch einen longitudinalen Obj ektabstand zwischen Obj ekt und der aktuellen Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs sowie durch einen lateralen Obj ektabstand zwischen dem Obj ekt und dem befahrenen Gleis gegeben ist . Ferner gehören zu den I st-Werten des Obj ektes weitere dieses charakterisierende Obj ektdaten, insbesondere wenigstens eine Obj ektabmessung und ein Obj ekttyp . Als wenigstens eine Obj ektabmessung können eine Obj ekthöhe , eine Obj ektbreite , eine Obj ektdiagonale , eine Obj ektf lache , ein Obj ektumriss oder mehrere der genannten Obj ektabmessungen ermittelt werden . Als Obj ekttypen können ein Schienenfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Motor- oder Fahrrad, ein Fußgänger oder ein Prellbock unterschieden werden . Je nach erkanntem Obj ekttyp und mehrerer zeitlich aufeinanderfolgend, erkannter Obj ektpositionen kann die Obj ekterkennungseinrichtung ermitteln, ob ein Obj ekt ein Hindernis mit Kollisionsgefahr für das Schienenfahrzeug darstellt , um bei Bedarf einen Alarm an den Fahrzeugführer und/oder Verkehrsteilnehmer in einer Fahrzeugumgebung oder automatisch einen Bremseingri f f oder eine Notbremsung durch die Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs aus zulösen .
Der Verlässlichkeit der von der Obj ekterkennungseinrichtung ermittelten I st-Werte kommt daher eine entscheidende Bedeutung für die Sicherheit eines teil- oder vollautomatisierten Betriebs eines Schienenfahrzeugs zu .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , Maßnahmen zur Überprüfung der Funktion einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Obj ekterkennungseinrichtung vorzuschlagen .
Die Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein erfindungsgemäßes Validierungssystem zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Obj ekterkennungseinrichtung, welche eine einen Erfassungsbereich aufweisende Sensoranordnung zur Aufnahme von ein im Erfassungsbereich befind- liches Objekt repräsentierenden Sensordaten und eine die aufgenommenen Sensordaten verarbeitende Auswertungseinheit zur Ermittlung eines aktuellen Ist-Ob ektabstandes zwischen Schienenfahrzeug und Objekt sowie von das Objekt charakterisierenden Ist-Objektdaten aufweist, wobei als Ist-Objektdaten ein Ist-Objekttyp und wenigstens eine Ist-Objektabmessung ermittelt werden. Neben dem longitudinalen Ist-Objektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Objekt kann auch ein lateraler Ist-Objektabstand zwischen Objekt und Gleismitte des vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleises ermittelt werden. Als Ist-Objektabmessung können ermittelt werden eine Ist- Objekthöhe und/oder eine Ist-Objektbreite und/oder eine Ist- Objektdiagonale und/oder ein Ist-Objektflächeninhalt und/oder eine Ist-Objektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Objektquerschnitts. Als Ist-Objekttyp können andere Schienenfahrzeuge, die auf dem befahrenen oder einem benachbarten Gleis verkehren, ein Lastkraftwagen, ein Personenkraftwagen, ein Motorradfahrer, ein Fahrradfahrer, ein Fußgänger und ein Prellbock auf dem vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleis ermittelt und voneinander unterschieden werden .
Das Validierungssystem umfasst wenigstens ein Referenzobjekt, welches derart an einer Objektposition im Bereich eines Schienenweges positioniert ist, dass es im Erfassungsbereich der Sensoranordnung des sich dem Referenzobjekt auf dem Schienenweg nähernden Schienenfahrzeugs liegt. Das Referenzobjekt weist einen Soll-Objekttyp und wenigstens eine Soll- Objektabmessung als Soll-Objektdaten auf, die auch als Soll- Werte bezeichnet werden. Entlang eines Schienenweges, der beispielsweise als Stichstrecke oder Rundstrecke für einen Regionalzug ausgeführt sein kann, können mehrere Validierungsstellen dauerhaft oder temporär eingerichtet sein, welche das Schienenfahrzeug auf seiner Fahrt nacheinander passiert. An einer Validierungsstelle können auch mehrere Referenzobjekte positioniert sein, die an unterschiedlichen Objektpositionen positioniert sind und unterschiedliche Soll- Objekttypen und/oder unterschiedliche Soll-Objektdaten auf- weisen können . Die Obj ektpositionen, Soll-Ob ekttypen und Soll-Obj ektdaten eines Referenzobj ekts sind mit einer vordefinierten Genauigkeit bekannt , beispielsweise können die Referenzobj ekte mit einer hochgenauen Positionsmesstechnik an ihren Obj ektpositionen eingemessen werden . Ein Referenzobj ekt kann die für einen j eweiligen Soll-Obj ekttyp charakteristischen Soll-Obj ektabmessungen aufweisen . Ein Referenzobj ekt kann als Dummy gestaltet sein, welches eine Person, ein Wildtier, ein Automobil , einen Kinderwagen, einen Lichtmast , einen Oberleitungsmast , und dergleichen, darstellt . Bei der Annäherung des Schienenfahrzeugs an ein Referenzobj ekt oder an eine Gruppe von Referenzobj ekten dienen deren Soll-Werte als Vergleichsbasis für die entsprechenden, von der Obj ekterkennungseinrichtung ermittelten I st-Werte . Im Betrieb nähert sich das Schienenfahrzeug nach gewissen Streckenabschnitten immer wieder Referenzobj ekten, um einen Abgleich zwischen aktuell von der Obj ekterkennungseinrichtung ermittelten I st- Werten mit bekannten Soll-Werten durchführen beziehungsweise wiederholen zu können .
Das Validierungssystem umfasst auch eine Datenbank, in welcher die Obj ektposition und die Soll-Obj ektdaten des positionierten Referenzobj ekts gespeichert sind . Bei mehreren Referenzobj ekten sind diese Soll-Werte für j edes Referenzobj ekt in der Datenbank abgelegt . Je nach Ausgestaltung des Validierungssystems kann die Datenbank auf dem Schienenfahrzeug oder auf dem oder den Referenzobj ekten angeordnet oder von einem Betreiber des Schienenfahrzeugs zentral oder über die Cloud zur Verfügung gestellt sein .
Das Validierungssystem umfasst darüber hinaus ein Abstandsbestimmungssystem zur Bestimmung eines aktuellen Soll- Obj ektabstandes zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobj ekt . Hierzu weist das Abstandsbestimmungssystem ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul mit einer Empfangseinheit für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs auf . Außerdem weist das Abstandsbestimmungssystem eine mit der Datenbank kommuni- zierende Recheneinheit zur Berechnung des aktuellen Soll- Objektabstandes aus der aktuellen Fahrzeugposition und der Ob ektposition auf. Zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition werden Signale von so genannten globalen Satellitensystemen zur Positionsbestimmung und Navigation (englisch: Global Navigation Satellite System, kurz: GNSS) , wie zum Beispiel NAVSTAR GPS, GLANOSS, Galileo oder Beidou, durch die Empfangseinheit empfangen. Die Recheneinheit des Abstandsbestimmungsmoduls berechnet fortlaufend mit hoher Frequenz, beispielsweise 10 Hz oder 100 Hz, den Soll-Objektabstand zwischen der Objektposition des von der Objekterkennungseinrichtung erfassten Referenzobjekts und der aktuell bestimmten Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs.
Das Validierungssystem umfasst ferner eine Prüfeinheit, die ausgebildet ist, Abweichungen zwischen den ermittelten Ist- Objektabständen und den berechneten Soll-Objektabständen sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten und den Soll- Objektdaten zu berechnen. Die Prüfeinheit ist ferner dazu ausgebildet, fest zustellen, ob die Abweichungen innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche liegen. Als Validitätsbereich soll hier ein um einen Soll-Objektwert liegender Toleranzbereich für Ist-Objektwerte verstanden werden; von der Objekterkennungseinrichtung ermittelte Ist-Objektwerte, die innerhalb des Toleranzbereichs liegen, werden dann als valide qualifiziert. Liegen die für ein Referenzobjekt ermittelten Ist-Objektwerte innerhalb der Toleranzbereiche, ist die Funktionsüberprüfung der Objekterkennungseinrichtung positiv ausgefallen und es ist davon auszugehen, dass die Objekterkennungseinrichtung den Soll-Objekttyp und den Soll- Objektabstand des Referenzobjektes richtig und genau genug erkennt .
Das Validierungssystem kann im laufenden Bahnbetrieb zu jeder Tages- und Nachtzeit und entsprechenden Umgebungsbedingungen zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Objekterkennungseinrichtung eines Schienenfahrzeugs verwendet werden. Es kann aber auch bereits zur umfassenden Funktionsüberprüfung einer für Schienenfahrzeuge noch in Entwicklung befindlichen Obj ekterkennungseinrichtung verwendet werden . Sollten sich die Abweichungen zwischen I st- und Soll-Ob ektwerten aus irgendeinem Grund außerhalb der zugeordneten Validitätsbereiche bewegen, können sofort Maßnahmen ergri f fen werden . Das erfindungsgemäße Validierungssystem erhöht hierdurch die Betriebssicherheit eines teil- oder vollautomatisierten Schienenfahrzeugs mit einer Obj ekterkennungseinrichtung für die Hinderniserkennung erheblich .
In einer vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ein digitales Kartensystem für ein den Schienenweg aufweisendes Schienennetz , in welchem die Obj ektposition des positionierten Referenzobj ektes verzeichnet ist . Dabei ist das Abstandsbestimmungssystem dazu ausgebildet , ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands des Schienenfahrzeugs vor der Obj ektposition fest zustellen . Ein Erreichen des Auslöseabstandes löst dann aus , dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs an das Referenzobj ekt fortlaufend Sensordaten durch die Sensoranordnung aufgenommen werden, aktuelle I st-Obj ektabstände und I st-Obj ektdaten durch die Auswertungseinheit ermittelt werden, aktuelle Soll- Obj ektabstände durch das Abstandsbestimmungssystem bestimmt werden, und Abweichungen berechnet werden und j eweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche liegen . Das digitale Kartensystem kann direkt auf dem Schienenfahrzeug gespeichert sein, zumindest ist auf dieses vom Schienenfahrzeug aus zugrei fbar, wenn es an einem andern Ort gespeichert ist . Die Prüfeinheit des Validierungssystems muss auf diese Weise nicht fortwährend betrieben werden, sondern lediglich bei Annäherung an ein Referenzobj ekt . Die Sensoranordnung und die Auswertungseinheit der Obj ekterkennungseinrichtung arbeiten im Regelbetrieb laufend, während in einer Evaluierungsphase einer in Entwicklung befindlichen Obj ekterkennungseinrichtung kann diese ebenfalls erst bei Annäherung an ein Referenzobj ekt mit dem Validierungssystem gestartet werden . In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Kommunikationssystem mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul und einem ref erenzob j ektseitigen Kommunikationsmodul , welche dazu eingerichtet sind, Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Referenzobj ekt aus zutauschen, und optional zusätzlich mit einer Betriebs zentrale und einem Datenspeicher in einer Rechnerwolke . Für die drahtlose Kommunikation zwischen Schienenfahrzeug und Referenzob ekt können gängige Funksysteme im Frequenzbereich 433 MHz oder 868 MHz zum Einsatz kommen . Für die Kommunikation mit einer Betriebs zentrale des Schienenfahrzeugs und mit dem Datenspeicher in der Rechnerwolke ( engl . Cloud) können drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) oder Mobil funksysteme nach dem Standard LTE oder 5G zur Anwendung kommen . Ebenso können die Kommunikationsmodule als Endgeräte eines Satellitennetzwerks für den Internetzugang, beispielsweise das Starlink-Satellitennetzwerk, ausgebildet sein . Das Kommunikationssystem erlaubt es , durch die Komponenten des Validierungssystems generierten Daten auf andere Komponenten des Validierungssystems zu übertragen, unabhängig davon, ob diese auf dem Schienenfahrzeug, auf dem Referenzobj ekt , in einer Betriebs zentrale oder in der Cloud erzeugt wurden bzw . gespeichert liegen .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das Referenzobj ekt ein ref erenzob j ektseitiges Positionsbestimmungsmodul mit einer Empfangseinheit für Navigationssatellitensignale auf , welches dazu ausgebildet ist , die Obj ektposition des Referenzobj ektes nach dessen Positionierung im Bereich des Schienenweges zu bestimmen . Anstelle eines manuellen Einmessens der Obj ektposition beim Positionieren eines Referenzobj ektes kann beim Referenzobj ekt dieselbe Positionsbestimmungstechnik wie im Schienenfahrzeug verwendet werden, so dass die Obj ektposition nach Positionierung eines Referenzobj ekts automatische aus den empfangenen GNSS-Signalen bestimmt wird . Die ermittelte Obj ektposition kann in die Datenbank zu den übrigen Soll- Werten des Referenzobj ektes eingetragen werden . Sie wird über das Kommunikationssystem an das Schienenfahrzeug übertragen, wo die Recheneinheit des Abstandsbestimmungssystems aus den j eweils aktuell ermittelten Obj ekt- und Fahrzeugpositionen in hoher Frequenz einen genauen Abstand zwischen Schienenfahrzeug und Obj ekt , den so genannten aktuellen Soll- Obj ektabstand, berechnet .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem zusätzlich eine inertiale Messeinheit zur Messung eines Fahrzeugpositionswertes auf , wobei die aktuelle Fahrzeugposition aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert bestimmt wird . Eine an sich bekannte inertiale Messeinheit kombiniert Beschleunigungs- und Drehratensensoren, um - bezogen auf einen Referenzpunkt - unter anderem seine Ortsposition durch zweimalige Integration der ermittelten Beschleunigungswerte zu gewinnen . Diese ermittelte Ortsposition stellt den gemessenen Fahrzeugpositionswert dar . Durch zusätzliche Berücksichtigung dieses Fahrzeugpositionswertes wird die Genauigkeit gegenüber der nur auf GNSS-Signalen beruhenden Bestimmung der Fahrzeugposition um einen Faktor 5 bis 10 erhöht . Hierdurch wird wiederum die Genauigkeit der berechneten aktuellen Soll-Obj ektabstände erhöht . Eine inertiale Messeinheit kann auch im Referenzobj ekt vorgesehen sein, wodurch sich die Genauigkeit der bestimmten Obj ektposition ebenfalls verbessert .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Zeitsynchroni- sationssystem mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul und mit einem ref erenzob j ektseitigen Synchronisationsmodul , welche dazu ausgebildet sind, dass die Aufnahme der Sensordaten, die Ermittlung der I st-Obj ektabstände und der I st- Obj ektdaten, die Bestimmung der Soll-Obj ektabstände und die Berechnung der Abweichungen zeitsynchronisiert erfolgen . Ferner weist es einen Datenspeicher zur Auf zeichnung der zeitsynchronisierten Sensordate , I st-Obj ektabstände I st- Obj ektdaten, Soll-Ob ektabstände und Abweichungen auf . Die Synchronisationsmodule verfügen über eigene interne Uhren, die über an sich bekannte Verfahren ( zum Beispiel das Precision Time Protocol nach IEEE 1588 oder das GPS-Zeitsignal ) synchronisiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Synchronisationsmodule und die im Schienenfahrzeug beziehungsweise Referenzobj ekt mit den Synchronisationsmodulen verbundenen Komponenten aufeinander abgestimmt zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Aktionen, also Sensordatenaufnahme , Ist-Obj ektabstands- und I st-Obj ektdatenermittlung, Soll- Obj ektabstandsbestimmung, Abweichungsberechnung und die Datenauf zeichnung aus führen . Die Synchronität erlaubt es , zeitlich zueinander gehörige Daten in Beziehung zu setzen . Der Datenspeicher kann dabei auf dem Schienenfahrzeug und/oder dem Referenzobj ekt und/oder in der Cloud liegen . Der Datenspeicher kann ein Managementsystem aufweisen, welches eine entsprechende Mitteilung versendet , wenn die im Datenspeicher gespeicherte Datenmenge einen Schwellwert überschreitet , so dass Maßnahmen getrof fen werden können, damit stets genügend Speicherplatz im Datenspeicher zur Verfügung steht .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Wettersystem mit einem Umgebungssensor zur Aufnahme von Umgebungsdaten des Referenzobj ektes , welche die Aufnahme von Sensordaten durch die Sensoranordnung beeinflussen können, wobei die Umgebungsdaten zeitsynchronisiert aufgenommen und im Datenspeicher zeitsynchronisiert auf gezeichnet werden . Die Aufnahme von Sensordaten durch die Sensoranordnung für die Obj ekterkennung kann j e nach verwendeten Umfeldsensoren beeinflusst werden durch das im Bereich des Referenzobj ekts herrschende Wetter, also durch die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder den Luftdruck und/oder den Niederschlag und/oder die Windgeschwindigkeit und/oder die Sonneneinstrahlung und dergleichen . Zur Aufnahme dieser Umgebungsdaten sind im Bereich des Referenzobj ekts ein oder mehrere Umgebungssensoren angeordnet , die als Thermometer und/oder Hygrometer und/oder Barometer und/oder Ombrometer und/oder Anemometer und/oder Py- ranometer ausgebildet sein können . Die Umgebungssensoren können zu einer am Referenzobj ekt angeordneten Wetterstation zusammengefasst sein . Es können aber auch Umgebungssensoren eines Wetterdienstleisters verwendet werden, von dem lediglich die auf eine Umgebung um die Ob ektposition bezogenen Umgebungsdaten empfangen werden . Die Aufnahme der Umgebungsdaten kann ebenfalls zeitsynchronisiert erfolgen, so dass diese gegebenenfalls nach einer Datenübertragung beispielswiese an das Schienenfahrzeug in der Speichereinheit zeitsynchroni- siert mit den anderen Daten abgelegt werden können . Liegen Abweichungen zwischen I st- und Soll-Werten außerhalb der Validitätsbereiche , so kann das daran liegen, dass der Auswerteeinheit der Obj ekterkennungseinrichtung zur Verarbeitung keine vollständigen Sensordaten oder f ehlerbehaf te Sensordaten durch witterungsbedingte Einflüsse zur Verfügung stehen . Anstelle eines negativen Ergebnisses für die Funktionsüberprüfung kann die Prüfeinheit das Prüfergebnis bei Vorliegen schlechter Wettereinflüsse beispielsweise als ungültig verwerfen .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner eine mit der Prüfeinheit verbundene Meldeeinheit , welche dazu ausgebildet ist , eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs und/oder in einer Betriebs zentrale des Schienenfahrzeugs zu senden, wenn die Überprüfung ergeben hat , dass Abweichungen außerhalb der j eweiligen Validitätsbereiche liegen . Falls eine oder mehrere Abweichungen zwischen Soll- und I st-Werten außerhalb der betref fenden Validitätsbereiche liegen, kann per E-Mail oder über einen anderen Nachrichtendienst eine Mitteilung an einen Führerstand des Schienenfahrzeugs oder an eine Betriebs zentrale des Schienenfahrzeugs gesendet und dort über eine beispielsweise als Display oder Monitor ausgebildete Ausgabeeinheit für den Lokführer bei halbautomatisiertem Fahrzeugbetrieb und/oder an einen Zentralenmitarbeiter bei vollautomatisierten Fahrzeugbetrieb dargestellt werden . Die Mitteilung kann die Werte der Abweichungen in Bezug auf die Validitäts- bereiche enthalten, aber auch die Größe der Abweichungen werten und Handlungsempfehlungen dahingehend enthalten, ob für die Obj ekterkennungseinrichtung zum Beispiel eine baldige Wartung oder eine sofortige Außerbetriebnahme empfohlen wird .
In einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das Referenzob ekt eine wiederaufladbare Energiequelle zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie auf . Hierdurch sind Referenzobj ekte in ihrer Energieversorgung frei von Energienetzanschlüssen und können flexibel entlang des Schienenwegs positioniert werden . Ein Managementsystem für eine als Akkumulator ausgebildete Energiequelle erkennt , wenn der Ladezustand einen Schwellwert unterschreitet , worauf eine entsprechende Mitteilung versendet werden kann, um den Akkumulator wieder auf zuladen . Alternativ können die Referenzobj ekte auch über Netzteile mit elektrischer Energie versorgt werden .
Die Aufgabe wird andererseits gelöst durch ein erfindungsgemäßes Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Obj ekterkennungseinrichtung . Demnach wird ein Referenzobj ekt , welches wenigstens eine Soll-Obj ektabmessung und einen Soll-Obj ekttyp als Soll- Obj ektdaten aufweist , an einer Obj ektposition im Bereich eines vom Schienenfahrzeug zu befahrenden Schienenweges positioniert . Es werden das Referenzobj ekt charakterisierende Sensordaten durch eine Sensoranordnung der Obj ekterkennungseinrichtung aufgenommen . Aus den auf genommenen Sensordaten werden durch eine Auswertungseinheit der Obj ekterkennungseinrichtung ein aktueller I st-Obj ektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobj ekt sowie wenigstens eine I st- Obj ektabmessung und ein I st-Obj ekttyp als I st-Obj ektdaten ermittelt . Es wird ein aktueller Soll-Obj ektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobj ekt bestimmt , indem mittels empfangener Navigationssatellitensignale die aktuelle Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs bestimmt und der aktuelle Soll-Obj ektabstand aus der aktuellen Fahrzeugposition und der Obj ektposition berechnet wird . Ferner werden Abweichungen zwischen dem ermittelten I st-Ob ektabstand und dem berechneten Soll-Obj ektabstand sowie zwischen den ermittelten I st- Obj ektdaten und den Soll-Obj ektdaten berechnet . Schließlich wird feststellt , ob die Abweichungen innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche liegen . Für die Durchführung dieses Verfahrens eignet sich insbesondere das eingangs beschriebene , er findungs gemäße Vali die rungs system .
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines konkreten Aus führungsbeispiels anhand der Zeichnung, in deren einziger
FIG Komponenten und Datenströme des erfindungsgemäßen Validierungssystems schematisch veranschaulicht sind .
Gemäß der Figur fährt ein teilweise dargestelltes Schienenfahrzeug RV mit einem frontseitig angeordneten Führerstand DRC auf einem Schienenweg RT nach rechts . Das Schienenfahrzeug RV kann beispielsweise ein Regional zug, aber auch eine Straßenbahn oder ein Hochgeschwindigkeits zug sein . Für einen teil- oder vollautomatisierten Betrieb ist auf dem Schienenfahrzeug RV eine Obj ekterkennungseinrichtung ORU installiert , um potenzielle Hindernisse auf dem vorausliegenden Schienenweg RT zu erkennen . Die Obj ekterkennungseinrichtung ORU weist hierzu eine frontseitig angeordnete Sensoranordnung SEN auf , die aus einem oder mehreren, nicht im Einzelnen dargestellten Umfeldsensoren auf gebaut ist . Als Umfeldsensoren können j e nach Erkennungsaufgabe ein oder mehrere Lidar- , Kamera- , Radar- und/oder Infrarotsensoren zur Anwendung kommen, deren Sichtbereiche hinsichtlich Reichweite und Öf fnungswinkel wenigstens teilweise überlappen und einen Erfassungsbereich FOV der Sensoranordnung SEN bilden . In Abhängigkeit der maximalen Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs RV kann der Erfassungsbereich FOV einen vor dem Schienenfahrzeug RV liegenden Gleisabschnitt von mindestens 5 m bis zu 500 m sowie seitlich dieses Gleisabschnitts liegende Umgebungsbereich abdecken. Die Sensoranordnung SEN dient zur Aufnahme von Sensordaten SD, die ein im Erfassungsbereich FOV befindliches Objekt repräsentieren. Im Erfassungsbereich FOV können sich auch mehrere Objekte befinden. Die auf genommenen Sensordaten SD werden in einer Auswertungseinheit EVU der Objekterkennungseinrichtung ORU verarbeitet, um aktuelle Ist-Werte des oder der Objekte zu ermitteln. Aus den Sensordaten SD einzelner Umfeldsensoren oder den fusionierten Sensordaten mehrerer Umfeldsensoren können als Ist-Werte des oder der Objekte jeweils ein aktueller Ist-Objektabstand D zwischen Schienenfahrzeug RV und Objekt sowie das Objekt charakterisierende Ist-Objektdaten M, T ermittelt werden, nämlich wenigstens eine Ist-Objektabmessung M sowie ein Ist-Objekttyp T eines Objekts. Als Ist-Objektabmessung M können ermittelt werden eine Ist-Objekthöhe und/oder eine Ist-Objektbreite und/oder eine Ist-Objektdiagonale und/oder ein Ist-Objektflächeninhalt und/oder eine Ist-Objektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Objektquerschnitts. Daraus kann der Ist-Objekttyp T eines Objekts erkannt werden, also ob es sich bei dem erfassten Objekt um ein anderes Schienenfahrzeug, welches auf dem befahrenen oder einem benachbarten Gleis verkehrt, einen Lastkraftwagen, einen Personenkraftwagen, einen Motorradfahrer, einen Fahrradfahrer, einen Fußgänger, etwa einen Erwachsenen oder ein Kind, einen Kinderwagen, ein Tier, insbesondere ein Wildtier, einen Laternenmast, einen Oberleitungsmast, einen Prellbock oder andere Objekte der gleisnahen Infrastruktur handelt. Eine verlässliche automatisierte Erfassung der Ist-Werte D, M, T vorausliegender Objekte ist für ein Schienenfahrzeug RV im automatisierten Betrieb von zentraler Bedeutung, wenn die Beobachtung des dem Schienenfahrzeug RV vorausliegenden Umfelds nicht mehr allein in den Aufgabenbereich eines Lokführers im Führerstand DRC fällt oder der Einsatz eines Lokführers völlig entfallen soll.
Erfindungsgemäß wird daher ein Validierungssystem 10 zur Funktionsüberprüfung der auf einem Schienenfahrzeug RV installierten Objekterkennungseinrichtung ORU vorgeschlagen. Das Validierungssystem 10 umfasst ein oder mehrere Referenzobj ekte 20 , die entlang des Schienenweges RT an einer oder mehreren Validierungsstellen positioniert sind . An einer Validierungsstelle können ein oder mehrere Referenzob ekte 20 positioniert sein . Die Validierungsstellen sind entlang des beispielsweise als Stichstrecke oder Rundstrecke ausgeführten Schienenwegs RT derart voneinander beabstandet eingerichtet , dass das Schienenfahrzeugs RV während seines Betriebs immer wieder eine der Validierungsstellen passiert , an welchen die Funktion der Obj ekterkennungseinrichtung ORU anhand bekannter Referenzobj ekte 20 überprüft werden kann .
Jedes Referenzobj ekt 20 ist derart an einer Obj ektposition P20 im Bereich des Schienenweges RT positioniert , dass es im Erfassungsbereich FOV der Sensoranordnung SEN des sich dem Referenzobj ekt 20 auf dem Schienenweg RT nähernden Schienenfahrzeugs RV liegt . Die j eweilige Obj ektposition P20 wird bei der Aufstellung eines Referenzobj ektes 20 mit hoher Genauigkeit eingemessen . Im dargestellten Aus führungsbeispiel weist das Referenzobj ekt 20 ein ref erenzob j ektseitiges Positionsbestimmungsmodul 21 mit einer Empfangseinheit 22 für Navigationssatellitensignale auf , womit die Obj ektposition P20 des Referenzobj ektes 20 nach dessen Positionierung automatisch mit der hohen Genauigkeit der GNSS-Signale bestimmt wird .
Jedes Referenzobj ekt 20 ist als künstliche Testattrappe , auch Dummy genannt , mit bestimmten Soll-Werten gestaltet . So hat ein Referenzobj ekt 20 einen bestimmten Soll-Obj ekttyp T-ref , etwa eine Person, ein Wildtier, ein Kraftfahrzeug, einen Kinderwagen, einen Lichtmast , einen Oberleitungsmast , und dergleichen, der durch eine oder mehrere Soll-Obj ektabmessungen M-ref definiert ist . Als Soll-Obj ektabmessung M-ref kommen beispielsweise eine Soll-Obj ekthöhe und/oder eine Soll- Obj ektbreite und/oder eine Soll-Obj ektdiagonale und/oder ein Soll-Obj ektflächeninhalt und/oder eine Soll-Obj ektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Obj ektquerschnitts in Betracht . So können Referenzobj ekte 20 unterschiedlicher Typen, Größen und Posen als Testattrappen gefer- tigt und an einer Validierungsstellte positioniert werden . Bei der Annäherung des Schienenfahrzeugs RV an ein Referenzobj ekt 20 oder an eine Gruppe von Referenzob ekten 20 dienen deren Soll-Werte als Vergleichsbasis für die entsprechenden, von der Obj ekterkennungseinrichtung ORU ermittelten I st- Werte .
Das Validierungssystem 10 umfasst auch eine Datenbank 30 , in welcher die Obj ektposition P20 und die Soll-Obj ektdaten M- ref , T-ref eines positionierten Referenzobj ekts 20 gespeichert sind . Bei mehreren Referenzobj ekten 20 sind Soll- Obj ektabmessungen M-ref und Soll-Obj ekttyp T-ref für j edes Referenzobj ekt 20 in der Datenbank 30 abgelegt . Je nach Ausgestaltung des Validierungssystems 10 ist die Datenbank 30 auf dem oder verteilt auf den Referenzobj ekten 20 angeordnet , kann aber auch auf dem Schienenfahrzeug RV angeordnet oder beispielsweise von einem Betreiber des Schienenfahrzeugs RV zentral oder über die eine Rechnerwolke bzw . Cloud OLD zur Verfügung gestellt sein .
Das Validierungssystem 10 umfasst darüber hinaus ein Abstandsbestimmungssystem 40 zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Obj ektabstandes D-ref zwischen Schienenfahrzeug RV und Referenzobj ekt 20 . Dieser hochgenau bestimmte Soll- Obj ektabstand D-ref dient als Referenzwert beziehungsweise Vergleichsbasis für den von der Obj ekterkennungseinrichtung ORU erfassten I st-Obj ektabstand D . Das Abstandsbestimmungssystem 40 weist hierzu ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul 41 mit einer Empfangseinheit 42 für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition PRV des Schienenfahrzeugs RV auf , dessen Genauigkeit durch die GNNS-Signale , beispielsweise von GPS oder GALILEO, vorgegeben ist . Im dargestellten Aus führungsbeispiel weist das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem 40 zusätzlich eine inertiale Messeinheit 44 mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren auf , um einen weiteren Fahrzeugpositionswert zu gewinnen . Die aktuelle Fahrzeugposition PRV wird dann mit hö- herer Genauigkeit aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert bestimmt . Das Abstandsbestimmungssystem 40 weist ferner eine Recheneinheit 43 zur Berechnung zur Berechnung des aktuellen Soll- Obj ektabstandes D-ref auf , der aus der bestimmten aktuellen Fahrzeugposition PRV und der Ob ektposition P20 des Referenzobj ektes 20 berechnet wird . Die Recheneinheit 43 kommuniziert hierzu mit der Datenbank 30 , um die dort hinterlegte Obj ektposition P20 des Referenzobj ektes 20 zu beziehen .
Liegt die Obj ektposition P20 auf einer Datenbank 30 im Referenzobj ekt 20 und die Recheneinheit 43 auf dem Schienenfahrzeug RV, so wird die Obj ektposition P20 beispielsweise per Funk vom Referenzobj ekt 20 an das Schienenfahrzeug RV übertragen . Hierzu umfasst das Validierungssystem 10 ferner ein Kommunikationssystem 60 mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul 61 und einem ref erenzob j ektseitigen Kommunikationsmodul 62 . Diese sind dazu eingerichtet , Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug RV und dem Referenzobj ekt 20 aus zutauschen, beispielsweise indem diese ein im Frequenzbereich 433 MHz oder 868 MHz arbeitendes Funksystem bilden .
Das Validierungssystem 10 umfasst ferner eine Prüfeinheit 50 , die ausgebildet ist , Abweichungen AD, AM, AT zwischen den ermittelten I st-Obj ektabständen D und den berechneten Soll- Obj ektabständen D-ref sowie zwischen den ermittelten I st- Obj ektdaten M, T und den Soll-Obj ektdaten M-ref , T-ref zu berechnen :
AD = D - D-ref
AM = M - M-ref AT = T - T-ref
Die Prüfeinheit 50 stellt dann fest , ob die berechneten Abweichungen AD, AM, AT innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen . Als Validitätsbereich VAL- D, VAL-M, VAL-T soll hier ein um einen Soll-Obj ektwert D-ref , M-ref , T-ref liegender Toleranzbereich für I st-Obj ektwerte D, M, T verstanden werden; von der Obj ekterkennungseinrichtung ORU ermittelte I st-Obj ektwerte D, M, T , die innerhalb des Toleranzbereichs liegen, werden dann als valide quali fi ziert . Liegen die für ein Referenzob ekt 20 ermittelten I st- Obj ektwerte D, M, T innerhalb der Toleranzbereiche , ist die Funktionsüberprüfung der Obj ekterkennungseinrichtung ORU positiv ausgefallen und es ist davon aus zugehen, dass die Obj ekterkennungseinrichtung ORU den Soll-Obj ekttyp T-ref mit seinen Soll-Obj ektabmessungen M-ref und den Soll- Obj ektabstand D-ref des Referenzobj ektes 20 richtig und genau genug erkennt .
Das dargestellte Validierungssystem 10 umfasst ferner eine mit der Prüfeinheit 50 verbundene Meldeeinheit 110 , welche dazu ausgebildet ist , eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit DIS im Führerstand DRC des Schienenfahrzeugs RV und/oder in die Betriebs zentrale OCL des Schienenfahrzeugs RV zu senden . Wenn die Überprüfung durch die Prüfeinheit 50 ergeben hat , dass eine oder mehrere Abweichungen AD, AM, AT außerhalb der j eweiligen Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, kann per E-Mail oder über einen anderen Nachrichtendienst eine Mitteilung versendet und mittels einer beispielsweise als Display oder Monitor ausgebildeten Ausgabeeinheit DIS an den Lokführer bei halbautomatisiertem Fahrzeugbetrieb und/oder an einen Zentralenmitarbeiter bei vollautomatisiertem Fahrzeugbetrieb ausgegeben werden . Die Mitteilung kann die Werte der Abweichungen AD, AM, AT in Bezug auf die Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T enthalten, aber auch die Größe der Abweichungen AD, AM, AT werten und Handlungsempfehlungen dahingehend enthalten, ob für die Obj ekterkennungseinrichtung ORU zum Beispiel eine baldige Wartung oder eine sofortige Außerbetriebnahme empfohlen wird .
Das Validierungssystem 10 kann ferner ein Wettersystem 100 mit einem oder mehreren Umgebungssensoren 101 zur Aufnahme von Umgebungsdaten U des Referenzobj ektes 20 umfassen . Wetterbedingte Umgebungsbedingungen können die Aufnahme von Sensordaten SD durch die Sensoranordnung SEN beeinflussen . So können die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder der Luftdruck und/oder der Niederschlag und/oder die Windgeschwindigkeit und/oder die Sonneneinstrahlung und dergleichen dazu führen, dass Sensordaten SD nicht vollständig oder fehlerhaft ist und eine Obj ekterkennung deswegen nicht zuverlässig oder gar nicht möglich ist . Zur Aufnahme dieser Umgebungsdaten U sind im Bereich des Referenzob ekts 20 ein oder mehrere Umgebungssensoren 101 angeordnet , die als Thermometer und/oder Hygrometer und/oder Barometer und/oder Ombrometer und/oder Anemometer und/oder Pyranometer ausgebildet sein können . Die Umgebungssensoren 101 können zu einer am Referenzobj ekt 20 angeordneten Wetterstation zusammengefasst sein . Liegen Abweichungen AD, AM, AT zwischen I st- und Soll- Werten außerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T , so kann anhand der Umgebungsdaten U eine mögliche Erklärung dafür gefunden werden, ohne dass die Obj ekterkennungseinrichtung ORU fehlerhaft gearbeitet haben muss . Anstelle eines negativen Ergebnisses für die Funktionsüberprüfung kann die Prüfeinheit 50 das Prüfergebnis bei Vorliegen schlechter Wettereinflüsse beispielsweise als ungültig verwerfen und eine entsprechende Mitteilung über die Meldeeinheit 110 ausgeben .
Das Validierungssystem 10 umfasst außerdem ein digitales Kartensystem 90 für ein den Schienenweg RT aufweisendes Schienennetz . Das digitale Kartensystem 90 kann direkt auf dem Schienenfahrzeug RV gespeichert sein, zumindest ist aber auf dieses vom Schienenfahrzeug RV aus zugrei fbar, wenn es an einem andern Ort gespeichert ist . In dem Kartensystem 90 sind aller positionierten Referenzobj ekte 20 verzeichnet . Dabei ist das Abstandsbestimmungssystem 40 dazu ausgebildet , ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands des Schienenfahrzeugs RV vor der Obj ektposition P20 fest zustellen . Ein Erreichen des Auslöseabstandes löst aus , dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs RV an ein Referenzobj ekt 20 fortlaufend Sensordaten SD durch die Sensoranordnung SEN aufgenommen werden, aktuelle I st-Obj ektabstände D und I st- Obj ektdaten M, T durch die Auswertungseinheit EVU ermittelt werden, aktuelle Soll-Obj ektabstände D-ref durch das Abstandsbestimmungssystem 40 bestimmt werden, Abweichungen AD, AM, AT berechnet werden, j eweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, und Umgebungsdaten U durch das Wettersystem 100 aufgenommen werden .
Das Validierungssystem 10 umfasst ferner ein Zeitsynchronisa- tionssystem 70 mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul 71 und mit einem ref erenzob ektseitigen Synchronisationsmodul 72 . Diese sind dazu ausgebildet , dass die Aufnahme der Sensordaten SD, die Ermittlung der I st-Ob ektabstände D und der I st-Obj ektdaten M, T , die Bestimmung der Soll- Obj ektabstände D-ref , die Berechnung der Abweichungen AD, AM, AT, die Feststellungen, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, und die Aufnahme der Umgebungsdaten U zeitsynchronisiert zueinander erfolgen . Die Synchronisationsmodule 71 , 72 verfügen über eigene interne Uhren, die über an sich bekannte Verfahren ( zum Beispiel das Precision Time Protocol nach IEEE 1588 oder das GPS- Zeitsignal ) synchronisiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Synchronisationsmodule 71 , 72 und die im Schienenfahrzeug RV beziehungsweise Referenzobj ekt 20 mit den Synchronisationsmodulen 71 , 72 verbundenen Komponenten aufeinander abgestimmt zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Aktionen aus führen .
Das Validierungssystem 10 umfasst noch einen Datenspeicher 80 zur zeitsynchronisierten Auf zeichnung der Sensordaten SD, der Ist-Obj ektabstände D, der I st-Obj ektdaten M, T , der Soll- Obj ektabstände D-ref , der Abweichungen AD, AM, AT, der Umgebungsdaten U und der Feststellungsergebnisse , ob die Abweichungen AD, AM, AT innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen . Die zeitsynchronisierte Vorgehensweise erlaubt es , zeitlich zueinander gehörige Daten in Beziehung zu setzen . Der Datenspeicher 80 kann dabei auf dem Schienenfahrzeug RV und/oder dem Referenzobj ekt 20 und/oder in der Cloud OLD liegen . Zum Übertragen oder Hochladen von Daten können drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) oder Mobil funksysteme nach dem Standard LTE oder 5G mittels des Kommunikations- systems 60 zur Anwendung kommen . Ebenso können die Kommunikationsmodule 61 , 62 als Endgeräte des Satellitennetzwerks ausgebildet sein . Der Datenspeicher 80 kann ein Managementsystem aufweisen, welches eine entsprechende Mitteilung versendet , wenn die im Datenspeicher 80 gespeicherte Datenmenge einen Schwellwert überschreitet , so dass Maßnahmen getrof fen werden können, damit stets genügend Speicherplatz im Datenspeicher 80 zur Verfügung steht .
Zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie kann das Referenzobj ekt 20 eine wiederaufladbare Energiequelle 21 aufweisen . Hierdurch sind Referenzobj ekte 20 in ihrer Energieversorgung zumindest vorübergehend frei von Energienetzanschlüssen und können flexibel entlang des Schienenwegs RT positioniert werden . Ein Managementsystem für eine als Akkumulator ausgebildete Energiequelle 21 erkennt , wenn der Ladezustand einen Schwellwert unterschreitet , worauf eine entsprechende Mitteilung versendet werden kann, um den Akkumulator wieder auf zuladen .
Das Validierungssystem 10 kann im laufenden Bahnbetrieb zu j eder Tages- und Nachtzeit und entsprechenden Umgebungsbedingungen zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Obj ekterkennungseinrichtung ORU eines Schienenfahrzeugs RV verwendet werden . Es kann aber auch bereits zur umfassenden Funktionsüberprüfung einer für Schienenfahrzeuge RV noch in Entwicklung befindlichen Obj ekterkennungseinrichtung ORU verwendet werden . Sollten sich die Abweichungen AD, AM, AT zwischen I st- und Soll-Obj ektwerten aus irgendeinem Grund außerhalb der zugeordneten Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T bewegen, können sofort Maßnahmen ergri f fen werden . Das erfindungsgemäße Validierungssystem 10 erhöht hierdurch die Betriebssicherheit eines teil- oder voll-automatisierten Schienenfahrzeugs RV mit einer Obj ekterkennungseinrichtung ORU für die Hinderniserkennung ganz erheblich .
Die in der Figurenbeschreibung verwendeten Bezugs zeichen ergeben sich in übersichtlicher Weise aus nachfolgender Bezugszeichenliste
RV Schienenfahrzeug
DRC Führerstand
RT Schienenweg
ORU Objekterkennungseinrichtung
SEN Sensoranordnung
FOV Erfassungsbereich
SD Sensordaten
D Ist-Wert: Ist-Ob ektabstand
M Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-Objektabmessung
T Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-Objekttyp
10 Validierungssystem
20 Referenzobjekt
21 Positionsbestimmungsmodul, referenzobjektseitig
22 Empfangseinheit
P20 Objektposition
T-ref Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-Objekttyp
M-ref Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-Objektabmessung
30 Datenbank
OLD Rechnerwolke
40 Abstandsbestimmungssystem
D-ref Soll-Objektabstand
41 Positionsbestimmungsmodul, fahrzeugseitig
42 Empfangseinheit
PRV Fahrzeugposition
43 Recheneinheit
44 Messeinheit, inertiale
60 Kommunikationssystem
61 Kommunikationsmodul, fahrzeugseitig
62 Kommunikationsmodul, referenzobjektseitig
OCL Betriebszentrale
DIS Ausgabeeinheit
EVU Auswertungseinheit
23 Energiequelle
50 Prüfeinheit
AD Abweichung zwischen D und D-ref AT Abweichung zwischen T und T-ref
AM Abweichung zwischen M und M-ref
VAL-D Validitätsbereich für Obj ektabstand
VAL-T Validitätsbereich für Obj ekttyp VAL-M Validitätsbereich für Obj ektabmessung
110 Meldeeinheit
100 Wettersystem
101 Umgebungssensor
U Umgebungsdaten 70 Zeitsynchronisationssystem
71 Synchronisationsmodul , fahrzeugseitig
72 Synchronisationsmodul , referenzobj ektseitig
80 Datenspeicher
90 Kartensystem

Claims

Patentansprüche
1. Validierungssystem (10) zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU) , welche
- eine einen Erfassungsbereich (FOV) aufweisende Sensoranordnung (SEN) zur Aufnahme von ein im Erfassungsbereich (FOV) befindliches Objekt repräsentierenden Sensordaten (SD) , und
- eine die auf genommenen Sensordaten (SD) verarbeitende Auswertungseinheit (EVU) zur Ermittlung eines aktuellen Ist-Objektabstandes (D) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Objekt sowie von das Objekt charakterisierenden Ist- Objektdaten (M, T) aufweist, wobei als Ist-Objektdaten (M, T) wenigstens eine Ist-Objektabmessung (M) und ein Ist-Objekttyp (T) ermittelt werden, umfassend
- ein Referenzobjekt (20) , welches
- derart an einer Objektposition (P20) im Bereich eines Schienenweges (RT) positioniert ist, dass es im Erfassungsbereich (FOV) der Sensoranordnung (SEN) des sich dem Referenzobjekt (20) auf dem Schienenweg (RT) nähernden Schienenfahrzeugs (RV) liegt, und
- wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) als Soll-Objektdaten (T-ref, M- ref) aufweist,
- eine Datenbank (30) , in welcher die Objektposition (P20) und die Soll-Objektdaten (T-ref, M-ref) des positionierten Referenzobjekts (20) gespeichert sind,
- ein Abstandsbestimmungssystem (40) zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstands (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20) , welches
- ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul (41) mit einer Empfangseinheit (42) für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) des Schienenfahrzeugs (RV) und
- eine mit der Datenbank (30) kommunizierende Recheneinheit (43) zur Berechnung des aktuellen Soll- Objektabstandes (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Ob ektposition (P20) aufweist, und
- eine Prüfeinheit (50) , die ausgebildet ist, Abweichungen (AD, AT, AM) zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll- Objektdaten (M-ref, T-ref) zu berechnen, und die ferner dazu ausgebildet ist, fest zustellen, ob die Abweichungen (AD, AT, AM) innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-T, VAL-M) liegen.
2. Validierungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend
- ein digitales Kartensystem (90) für ein den Schienenweg (RT) aufweisendes Schienennetz, in welchem die Objektposition (P20) des positionierten Referenzobjektes (20) verzeichnet ist,
- wobei das Abstandsbestimmungssystem (40) dazu ausgebildet ist, ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands (DT) des Schienenfahrzeugs (RV) vor der Objektposition (P20) festzustellen,
- wobei durch Erreichen des Auslöseabstandes (DT) ausgelöst wird, dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs (RV) an das Referenzobjekt (20) fortlaufend
- Sensordaten (SD) durch die Sensoranordnung (SEN) aufgenommen werden,
- aktuelle Ist-Objektabstände (D) und Ist-Objektdaten (M, T) durch die Auswertungseinheit (EVU) ermittelt werden,
- aktuelle Soll-Objektabstände (D-ref) durch das Abstandsbestimmungssystem (40) bestimmt werden, und
- Abweichungen (AD, AM, AT) berechnet werden und jeweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-M, VAL-T) liegen.
3. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kommunikationssystem (60) mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul (61) und einem re- f erenzob j ektseitigen Kommunikationsmodul (62) , welche dazu eingerichtet sind, Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug (RV) und dem Referenzobjekt (20) auszutauschen, und optional zusätzlich mit einer Betriebszentrale (OCL) und einem Datenspeicher (80) in einer Rechnerwolke (CLD) .
4. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Referenzob ekt (20) ein ref erenzob j ektsei- tiges Positionsbestimmungsmodul (21) mit einer Empfangseinheit (22) für Navigationssatellitensignale aufweist, welches dazu ausgebildet ist, die Objektposition (P20) des Referenzobjektes (20) nach dessen Positionierung im Bereich des Schienenweges (RT) zu bestimmen.
5. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem (40) zusätzlich eine inertiale Messeinheit (44) zur Messung eines Fahrzeugpositionswertes (PRV ) aufweist, wobei die aktuelle Fahrzeugposition (PRV) aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert (PRV ) bestimmt wird.
6. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend
- ein Zeitsynchronisationssystem (60) mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul (61) und mit einem referenzobjektseitigen Synchronisationsmodul (62) , welche dazu ausgebildet sind, dass die Aufnahme der Sensordaten (SD) , die Ermittlung der Ist-Objektabstände (D) und der Ist-Objektdaten
(T, M) , die Bestimmung der Soll-Objektabstände (D-ref) und die Berechnung der Abweichungen (AD, AT, AM) zeitsynchroni- siert erfolgen, und
- einen Datenspeicher (80) zur Aufzeichnung der zeitsynchronisierten Sensordaten (SD) , Ist-Objektabstände (D) , Ist- Objektdaten (T, M) , Soll-Objektabstände (D-ref) und Abweichungen (AD, AT, AM) .
7. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Wettersystem (100) mit einem Umgebungssensor (101) zur Aufnahme von Umgebungsdaten (U) des Referenzobjektes (20) , welche die Aufnahme von Sensordaten (SD) durch die Sensoranordnung (SEN) beeinflussen können, wobei die Umgebungsdaten (U) zeitsynchronisiert aufgenommen und im Datenspeicher (80) auf gezeichnet werden.
8. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine mit der Prüfeinheit (50) verbundene Meldeeinheit (110) , welche dazu ausgebildet ist, eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit (DIS) in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs (RV) und/oder in einer Betriebszentrale (OCL) des Schienenfahrzeugs (RV) zu senden, wenn die Überprüfung ergeben hat, dass Abweichungen (AD, AT, AM) außerhalb der jeweiligen Validitätsbereiche (VAL-D, VAL- T, VAL-M) liegen.
9. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Referenzobjekt (20) eine wiederaufladbare Energiequelle (23) zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie aufweist.
10. Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU) ,
- wobei ein Referenzobjekt (20) , welches wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) als Soll-Objektdaten (T-ref, M-ref) aufweist, an einer Objektposition (P20) im Bereich eines vom Schienenfahrzeug (RV) zu befahrenden Schienenweges (RT) positioniert wird,
- wobei das Referenzobjekt (20) charakterisierende Sensordaten (SD) durch eine Sensoranordnung (SEN) der Objekterkennungseinrichtung (ORU) aufgenommen werden,
- wobei aus den auf genommenen Sensordaten (SD) durch eine Auswertungseinheit (EVU) der Objekterkennungseinrichtung
(ORU) ein aktueller Ist-Objektabstand (D) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20) sowie wenigstens eine Ist-Objektabmessung (M) und ein Ist-Ob ekttyp (T) als Ist- Objektdaten (M, T) ermittelt werden,
- wobei ein aktueller Soll-Objektabstand (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20) bestimmt wird, indem mittels empfangener Navigationssatellitensignale die aktuelle Fahrzeugposition (PRV) des Schienenfahrzeugs (RV) bestimmt und der aktuelle Soll-Objektabstand (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Objektposition (P20) berechnet wird, - wobei Abweichungen (AD, AT, AM) zwischen dem ermittelten
Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll-Objektdaten (M-ref, T-ref) berechnet werden, und
- wobei feststellt wird, ob die Abweichungen (AD, AT, AM) in- nerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-T, VAL- M) liegen.
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