WO2007096273A1 - Verfahren zur rechnergestützten überwachung des betriebs eines einen vorgegebenen streckenverlauf fahrenden fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur rechnergestützten überwachung des betriebs eines einen vorgegebenen streckenverlauf fahrenden fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen schienenfahrzeugs Download PDF

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WO2007096273A1
WO2007096273A1 PCT/EP2007/051373 EP2007051373W WO2007096273A1 WO 2007096273 A1 WO2007096273 A1 WO 2007096273A1 EP 2007051373 W EP2007051373 W EP 2007051373W WO 2007096273 A1 WO2007096273 A1 WO 2007096273A1
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Jochen Bauer
Wendelin Feiten
Thomas WÖSCH
Gisbert Lawitzky
Manfred Wiesand
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for computer-aided monitoring of the operation of a given route running vehicle and a corresponding Vorrich- device and a corresponding vehicle.
  • the document [1] shows a protective device for a driverless transport system in which is monitored with a located at the front of the vehicle light sensor arrangement, the floor in front of the front side of the vehicle.
  • the range of the light sensor arrangement is low and serves only for short-range monitoring of the ground area in front of the vehicle, in order to ensure thereby a collision protection.
  • Document [2] discloses an automatically traveling train having a multi-sensor system comprising radar and video sensors. With the aid of this sensor system, objects located in front of the train are detected. A signal processor processes the sensor data to determine the exact position and velocity of the detected objects. Furthermore, with the sensor system, the track profile in front of the vehicle is detected in order to be able to judge whether an object is on the track. In this sensor system, therefore, track data determined during the journey of the train is always used. Since the course of tracks with the help of a sensor is not in any distance can be detected by the vehicle, the range of the system for detecting objects on the track is limited.
  • the document [3] shows an automatically moving rail vehicle in which reflectors are mounted along the rail, which are detected by a microwave radar on the vehicle. If there are deviations in the radar echo, it can be concluded that there are objects on the track. In addition, this system uses to detect objects at a greater distance from the vehicle
  • High frequency radar wherein the patterns of the waves reflected on the object are detected.
  • the method can also detect objects within a greater range of the vehicle, the exact spatial position of the objects with respect to the vehicle can not be determined.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for monitoring the operation of a vehicle without a running vehicle, which allows the accurate detection of the spatial position of objects in a long range in front of the vehicle.
  • the objects appearing in a given environment around the vehicle are detected with a sensor system positioned on the vehicle during travel, and their spatial position data relating to the route are calculated (step a)).
  • Spatial position data here are, in particular, three-dimensional spatial coordinates of the object with respect to the route, with the origin of the coordinate system of the position data lying, for example, at a fixed starting point of the route.
  • step b) the spatial position data of a respective object detected in step a) is compared with spatial position data of position marks of a stored geometric model of the given route course.
  • step b) If the comparison in step b) reveals that the spatial position data of a respective detected object essentially correspond to the spatial position data of a position mark from the stored geometric model, the detected object is assigned to the position mark in a step c). If a detected object can not be assigned to a position mark or if no object is detected for a position mark of the geometric model, a deviation from the normal operating state is determined in a step d).
  • the course of the track or track is not determined during the course of the method, but the course has already been recorded in advance and has been stored as a geometric model in a memory.
  • step b) it is established in comparison with step b) that the spatial position data of a respective detected object substantially correspond to the spatial position data of a position mark if the deviation between the position data of the detected object and the position mark lies within a predetermined tolerance measure .
  • a part of the position marks is classified as measuring marks, wherein in the case that in step c) an object is assigned to a measuring mark, from the detected by the sensor system distance between the vehicle and the measuring mark associated object the position of the vehicle along the course of the route is determined with the aid of the spatial position data of the measuring mark.
  • Vehicle be carried along the route.
  • appropriately selected objects are selected as measuring marks, which have a limited extent such that when the object is detected by the sensor system, essentially always the same location of the measuring mark is detected and thus always the same position is detected by the sensor.
  • the position determination of the vehicle takes place with the help of the well of the prior
  • the spatial position data of the detected object and / or the position of the vehicle are calculated using an estimated instantaneous position of the vehicle along the route.
  • the estimated instantaneous position of the vehicle along the route is in this case preferably determined with the aid of the distance covered on the vehicle.
  • the estimated instantaneous position is preferably used as an input of the Kalman filter, and with the aid of the Kalman filter this estimated position is corrected accordingly to obtain the exact position of the vehicle.
  • the estimated instantaneous position is determined by adding to the last ascertained exact position of the vehicle the meanwhile traveled distance.
  • the spatial position data of the detected object is checked on the basis of the stored geometric model to determine whether the detected object is located on the route , If this is the case, in particular a warning signal is output from the vehicle and / or the vehicle is braked in order to avoid a collision with the object.
  • one or more further characteristic features of the detected objects are detected in step a) of the method with the sensor system in addition to the spatial position data, wherein for the position marks of the stored geometric model, the corresponding further characteristic features determined in a training run are stored.
  • These further characteristic features include, for example, one or more signal strengths of the signals detected by the sensor system and reflected and / or emitted by the detected object.
  • a deviation from the normal operating state can furthermore be determined when the further characteristic features of the detected object and the position mark assigned to the detected object deviate from one another by a predetermined amount. The deviation can be analyzed by known methods, such as statistical methods, to determine its cause.
  • a sensor system which comprises at least one laser sensor and / or at least one radar sensor is used in the detection of the objects in step a). With the help of a laser sensor, in particular far away objects can be detected.
  • the at least one laser sensor and / or radar sensor hereby continuously pivots a detection beam field in a predetermined area in front of the vehicle for the detection of objects, whereby a very rapid detection of a newly emerging object in front of the vehicle is ensured.
  • the invention further relates to a device for monitoring the operation of a vehicle driving a given course of the route, wherein the device according to the invention, the method according to the invention isteurbigbar.
  • the device comprises: a sensor system for detecting objects emerging during the journey in a predetermined environment around the vehicle; a computer unit which, during operation, i) calculates the spatial position data of a respective detected object along the route and compares it with spatial position data of position marks of a stored geometric model of the given route; ii) if the comparison in step i) shows that the spatial position data of the respective detected object essentially correspond to the spatial position data of a position marker which associates respective detected object with the position marker; iii) determines a deviation from the normal operating state if a detected object can not be assigned to a position mark or if no object is detected for a position mark of the geometric model.
  • the sensor system of the device preferably includes at least one laser sensor and / or at least one radar sensor.
  • the radar sensor preferably includes at least
  • the invention further relates to a vehicle for driverless driving on a predetermined route, wherein the vehicle includes the above-defined device for monitoring the operation of the vehicle.
  • the vehicle is preferably a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle, such as a railway locomotive.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a vehicle traveling along a route for clarifying the course of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the spatial orientation of a sensor system to illustrate localization errors of the vehicle occurring in the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows in plan view a partial section of a route 1, which is a track section that is traversed by a track-bound vehicle 2.
  • the vehicle 2 is shown only schematically and it is in particular a train locomotive, which can drive the track course 1 without a driver according to the inventive method.
  • the route Course 1 departed with the vehicle 2.
  • a sensor system 3 located in the direction of travel F at the front end, which is also indicated only schematically in FIG. 1, the objects are detected during the course of the training run.
  • the sensor system in this case preferably comprises a pivotable laser sensor, which emits a detection laser beam L with a relatively long range forward and continuously pivoted, so that the environment in front of the vehicle 2 is substantially "scanned" by the laser beam.
  • further sensors for example radar sensors or combinations of a plurality of radar sensors for detecting the environment lying in front of the vehicle may also be provided.
  • the objects detected during the training run are detected by the sensor system 3 and their spatial three-dimensional positions are calculated in a computer unit in the vehicle. This is made possible by virtue of the fact that the course of the route is detected by cartography and a position of the vehicle can be determined upon detection of an object over the distance covered. The distance traveled can be determined for example via wheel sensors on the vehicle. With the aid of the position of the vehicle and the direction of the laser beam as well as the distance of the vehicle 2 to the object which can be determined via the sensor system 3, the three-dimensional position of the object can then be calculated.
  • masts 4 on the left-hand side of the track and a transformer 5 on the right-hand track edge are detected as objects. These objects represent the position marks in the sense of claim 1. From these position marks, in turn, measuring marks, which are also referred to as landmarks, are selected. There are used position marks as measuring marks, which are particularly well suited to the position of the vehicle described below with the help of the sensor system. In particular, these are posi- tion marks, which have a small spatial extent parallel to the route, so that when measuring the marks small measurement errors occur. In the example of FIG. 1, the measuring marks are the masts 4.
  • the transformer 5 is not suitable as a measuring mark, since it has a large width in the direction of the route, so that when measuring with the laser beam L large measuring tolerances occur.
  • a geometrical model of the route is generated with the aid of the cartographically stored route as well as the information about the positions of the position markers.
  • this model contains all spatial 3D positions of the position marks detected in the training run.
  • the geometric model is stored in the memory of a computer unit in the vehicle 2 and is used in the inventive method described below to monitor the driving of the vehicle and to locate the instantaneous position of the vehicle.
  • the vehicle starts at a known position on the route.
  • the environment in front of the vehicle for objects.
  • the spatial position of the object along the course of the route in the computer unit of the vehicle 2 is calculated.
  • the data of wheel sensors are evaluated in the vehicle, which is used to record which route was covered. Since the starting point of the route is known, an approximate position of the vehicle on the route can hereby be determined with the aid of the geometric model of the route stored in the memory of the computer unit.
  • the orientation of the sensor in the detection of the object as well as its distance to the object is known, ie the spatial position of the detected object with respect to the instantaneous position of the vehicle is known. Consequently, the spatial position of the detected object along the route are determined using the vehicle position.
  • the spatial position of the object calculated in this way is compared with the spatial position data of the stored geometric model. In this case, it is checked whether a spatial position of a stored position mark coincides with the spatial position of the detected object within a predetermined tolerance range.
  • the detected object is assigned this position mark, that is, it is assumed that the detected object corresponds to this position mark. Should the position mark now be a landmark, it is suitable for precise localization of the vehicle 2 along the route 1.
  • a correction of the estimated instantaneous position of the vehicle is then carried out. The correction takes place in such a way that the spatial position data of the assigned measuring mark are assigned to the object, whereby errors with regard to the localization of the sensor system or of the vehicle are compensated.
  • a new corrected position of the vehicle on the route can then be determined with the aid of a Kalman filter.
  • the Kalman filter is well known in the art.
  • the state variable used is the position of the vehicle along the route.
  • the estimated instantaneous position of the vehicle 2 is used.
  • the instantaneous position of the vehicle can again be estimated with the aid of the newly determined position of the vehicle and the distance traveled since the detection of the last landmark, this instantaneous position then being used in the calculation of the new position of the vehicle using the Kalman filter.
  • a warning signal can first be output by the vehicle.
  • the object 6 is, for example, an animal
  • the animal may be signaled by the warning signal startled and moved away from the course.
  • Another consequence is that the vehicle is decelerated when the distance to the object falls below a certain value in order to avoid collisions with the object.
  • the spatial positions of the position markers are determined
  • other characteristic features of the position markers can optionally also be determined.
  • the signal strengths of the detected sensor signals can be detected at different distances from the detected objects. It is important that the training run is carried out with the same sensor system, with which objects are detected later during operation. The in the
  • Training ride detected further characteristic features of the position marks are also stored.
  • the same characteristic features are detected during the detection of an object and compared with the stored in memory characteristics.
  • further irregularities can be detected by the normal operating state. For example, the case may occur that a spatial coincidence is detected between the detected object and a stored position mark during the detection of the object, although the signal strengths in the detection differ greatly from the signal strengths stored in the memory. If the signal strengths during operation are significantly lower than the signal strengths stored in the memory, it can be concluded that there are changed environmental conditions, in particular fog. If the strong signal deviations are very large, it can further be concluded that there is a malfunction of the sensor.
  • the operation of a vehicle can be monitored in a variety of ways.
  • it can be detected very early by the use of sensors with a long range, whether objects are on the track.
  • the use of long-range sensors is made possible by the fact that it is not necessary in the inventive method to detect the track itself, because in advance a geometric model of the route and thus the track history is stored in a memory in the vehicle.
  • sensors are used with short range, which also always include the track history at the same time. This requires a high computing capacity and there is the danger that objects on the route will be detected too late due to the short range of the sensors. Thus, collisions can occur.
  • the positions of the objects must be determined with sufficient accuracy.
  • An error in determining the position of the objects can in principle originate from three sources.
  • measurement errors of the sensor can occur
  • approximation errors can occur in the numerical calculation of the position.
  • localization errors may occur whose cause is an incorrect or inaccurate localization of the detecting sensor during the measurement.
  • six spatial magnitudes are to be taken into account, namely the translational position of the sensor in the x-direction (scanning direction). the course of the route), in the y-direction (across the track) and in the z-direction (high-direction perpendicular to the track).
  • the angles denote the inclination of the coordinate system of the sensor relative to the horizontal or vertical.
  • the roll angle p describes the rotation of the coordinate system about the x-axis
  • the pitch angle v denotes the rotation of the coordinate system about the y-axis
  • the yaw angle ⁇ denotes the rotation of the coordinate system about the z-axis.
  • FIG. 2 again illustrates the statements just made concerning the localization errors.
  • FIG. 2 schematically shows a coordinate system with x-axis, y-axis and z-axis of a sensor 3. It is also indicated by which rotations yaw angle, pitch angle and roll angle are defined. Localization errors can now occur in such a way that the sensor is positioned inaccurate in the translational direction along the x-axis, the y-axis or z-axis. In addition, errors can be caused by inaccurately setting the orientation of the sensor, defined by the yaw angle, pitch angle, and roll angle.
  • the inventors have checked by simulations in which tolerance range localization errors may occur to still ensure a sufficiently accurate measured value tolerance in the position mood of an object.
  • the inventors considered two prototypical cases of a high-speed line and a shunting route. It was assumed that the measured value tolerance, that is, the deviations of the detected object from the actual position in the x direction may be 0.6 m and in the y and z directions 0.3 m.
  • the following table shows the results of the simulations for the high speed line and the shunting distance.
  • the Great xL ⁇ , ⁇ y L, z L ⁇ , ⁇ ⁇ L, vL ⁇ ⁇ pL give this location tolerances in relation to a translational displacement of the sensor in x-, y- and z-directions as well as with respect to the orientation of the sensor in the direction Angle ⁇ and v and p.
  • the simulated from these tolerances localization measurement tolerances in relation to the position of the detected object are shown in the table as ⁇ x ⁇ IyRr Zr.
  • a sensor range of 120 m was assumed for the high-speed section and a sensor range of 40 m for the marshalling section.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebenen Streckenverlauf (1) fahrenden Fahrzeugs (2), insbesondre eines spurgebundenen Schienenfahrzeugs, bei dem: a) mit einem auf dem Fahrzeug (2) positionierten Sensorsystem (3) während der Fahrt die in einer vorgegebenen Umgebung um das Fahrzeug auftauchenden Objekte (4, 5, 6) detektiert werden und deren räumliche Positionsdaten in Bezug auf den Streckenverlauf (1) berechnet werden; b) die räumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) mit räumlichen Positionsdaten von Positionsmarken (4, 5) eines gespeicherten geometrischen Modells des vorgegebenen Streckenverlaufs (1) verglichen werden; c) falls der Vergleich in Schritt b) ergibt, dass die räumlichen Positionsdaten des jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) im Wesentlichen den räumlichen Positionsdaten einer Positionsmarke (4, 5) entsprechen, das detektierte Objekt (4, 5, 6) der Positionsmarke (4, 5) zugeordnet wird; d) falls das jeweilige detektierte Objekt (4, 5, 6) keiner Positionsmarke (4, 5) zuordenbar ist oder für eine Positionsmarke (4, 5) des geometrischen Modells kein Objekt (4, 5, 6) detektiert wird, eine Abweichung vom Normalbetriebszustand festgestellt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur rechnergestutzten Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebenen Streckenverlauf fahrenden Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestutzten Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebenen Streckenverlauf fahrenden Fahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrich- tung und ein entsprechendes Fahrzeug.
Beim fuhrerlosen Betrieb von Fahrzeugen, welche einen vorgegebenen Streckenverlauf abfahren, muss kontinuierlich der Betrieb des Fahrzeugs dahingehend überwacht werden, dass sich auf dem Streckenverlauf keine Hindernisse befinden, welche zu einer Kollision mit dem Fahrzeug fuhren wurden.
Die Druckschrift [1] zeigt eine Schutzeinrichtung für ein fahrerloses Transportsystem, bei welchem mit einer an der Stirnseite des Fahrzeugs befindlichen Lichttaster-Anordnung der Boden vor der Stirnseite des Fahrzeugs überwacht wird. Die Reichweite der Lichttaster-Anordnung ist gering und dient lediglich zur kurzreichweitigen Überwachung des Bodenbereichs vor dem Fahrzeug, um hierdurch einen Auffahrschutz zu gewahr- leisten.
Die Druckschrift [2] offenbart einen automatisch fahrenden Zug mit einem Multi-Sensorsystem umfassend Radar- und Videosensoren. Mit Hilfe dieses Sensorsystems werden vor dem Zug befindliche Objekte detektiert. Mit einem Signalprozessor werden die Sensordaten verarbeitet, um die genaue Position und Geschwindigkeit der detektierten Objekte zu bestimmen. Ferner wird mit dem Sensorsystem der vor dem Fahrzeug liegende Gleisverlauf erfasst, um beurteilen zu können, ob sich ein Objekt auf dem Gleis befindet. In diesem Sensorsystem wird somit immer auch auf wahrend der Fahrt des Zugs ermittelte Streckenverlaufsdaten zurückgegriffen. Da der Verlauf von Gleisen mit Hilfe eines Sensors nicht in beliebiger Entfer- nung vom Fahrzeug erfasst werden kann, ist die Reichweite des Systems zur Detektion von Objekten auf dem Gleis begrenzt.
Das Dokument [3] zeigt ein automatisch fahrendes Schienen- fahrzeug, bei dem entlang der Schiene Reflektoren angebracht sind, welche über ein Mikrowellenradar am Fahrzeug detektiert werden. Sollten hierbei Abweichungen im Radarecho auftreten, kann darauf geschlossen werden, dass sich Gegenstande auf der Strecke befinden. Darüber hinaus verwendet dieses System zur Detektion von Objekten im größeren Abstand vom Fahrzeug ein
Hochfrequenzradar, wobei die Muster der am Objekt reflektierten Wellen erfasst werden. Mit dem Verfahren können zwar auch Objekte in größerer Reichweite vom Fahrzeug detektiert werden, jedoch kann nicht die genaue raumliche Position der Ob- jekte in Bezug auf das Fahrzeug ermittelt werden.
Alle aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zur Überwachung des Betriebs eines fuhrerlosen Fahrzeugs weisen den Nachteil auf, dass sie in ihrer Reichweite beschrankt sind bzw. keine genauen raumlichen Positionsdaten der detektierten Objekte ermitteln.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines fuhrerlos fahrenden Fahrzeugs zu schaffen, welches die genaue Detektion der raumlichen Position von Objekten in großer Reichweite vor dem Fahrzeug ermöglicht.
In dem erfindungsgemaßen Verfahren werden mit einem auf dem Fahrzeug positionierten Sensorsystem wahrend der Fahrt die in einer vorgegebenen Umgebung um das Fahrzeug auftauchenden Objekte detektiert, und deren raumliche Positionsdaten in Bezug auf den Streckenverlauf werden berechnet (Schritt a) ) . Raumliche Positionsdaten sind hierbei insbesondere dreidimensio- nale Ortskoordinaten des Objekts in Bezug auf den Streckenverlauf, wobei der Ursprung des Koordinatensystems der Positionsdaten beispielsweise in einem festgelegten Startpunkt des Streckenverlaufs liegt. In einem nächsten Schritt b) werden die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen, in Schritt a) detektierten Objekts mit raumlichen Positionsdaten von Positionsmarken eines gespeicherten geometrischen Modells des vorgegebenen Streckenverlaufs verglichen. Falls der Ver- gleich in Schritt b) ergibt, dass die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detektierten Objekts im Wesentlichen den raumlichen Positionsdaten einer Positionsmarke aus dem gespeicherten geometrischen Modell entsprechen, wird in einem Schritt c) das detektierte Objekt der Positionsmarke zugeord- net . Falls ein detektiertes Objekt keiner Positionsmarke zu- ordenbar ist oder für eine Positionsmarke des geometrischen Modells kein Objekt detektiert wird, wird in einem Schritt d) eine Abweichung vom Normalbetriebszustand festgestellt.
In dem erfindungsgemaßen Verfahren wird nicht beim Ablauf des Verfahrens der Strecken- bzw. Schienenverlauf ermittelt, sondern der Verlauf ist bereits vorab erfasst worden und als geometrisches Modell in einem Speicher hinterlegt worden. Dies hat den Vorteil, das in dem erfindungsgemaßen Verfahren der Streckenverlauf mit dem verwendeten Sensorsystem nicht
"online" detektiert werden muss. Die Erfassung des Streckenverlaufs ist oft mit Schwierigkeiten verbunden, da hierbei insbesondere der Schienenverlauf auf dem Boden erfasst werden muss, was hohe Anforderungen an das Sensorsystem stellt. Ins- besondere ist es auch nicht möglich, den Streckenverlauf über eine große Reichweite vom Fahrzeug zu detektieren.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird im Vergleich in Schritt b) festgestellt, dass die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detektierten Objekts im Wesentlichen den raumlichen Positionsdaten einer Positionsmarke entsprechen, wenn die Abweichung zwischen den Positionsdaten des detektierten Objekts und der Positionsmarke innerhalb eines vorgegebenen Toleranzmaßes liegt. Hier- durch wird die Tatsache berücksichtigt, dass bei der Positionsbestimmung zu einem gewissen Grad immer Fehler auftreten, wobei je nach Anwendung ein gewisses Toleranzmaß für die Fehler festgelegt wird. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird ein Teil der Positionsmarken als Messmarken eingestuft, wobei im Falle, dass in Schritt c) ein Objekt ei- ner Messmarke zugeordnet wird, aus der durch das Sensorsystem erfassten Entfernung zwischen Fahrzeug und dem der Messmarke zugeordneten Objekt die Position des Fahrzeugs entlang des Streckenverlaufs mit Hilfe der raumlichen Positionsdaten der Messmarke ermittelt wird. Auf diese Weise kann mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens eine genaue Lokalisation des
Fahrzeugs entlang des Streckenverlaufs durchgeführt werden. Hierbei werden als Messmarken entsprechend geeignete Objekte ausgewählt, welche eine begrenzte Ausdehnung derart aufweisen, dass bei einer Detektion des Objekts durch das Sensor- System im Wesentlichen immer die gleiche Stelle der Messmarke detektiert wird und somit immer die gleiche Position durch den Sensor erfasst wird.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens erfolgt die Positionsermittlung des Fahrzeugs mit Hilfe des hinlänglich aus dem Stand der
Technik bekannten Kaiman-Filters .
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform werden die raumlichen Positionsdaten des detektierten Objekts und/oder die Position des Fahrzeugs mit Hilfe einer geschätzten Momentanposition des Fahrzeugs entlang des Streckenverlaufs berechnet. Die geschätzte Momentanposition des Fahrzeugs entlang des Streckenverlaufs wird hierbei vorzugsweise mit Hilfe der auf dem Fahrzeug erfassten zurückgelegten Fahrtstrecke ermittelt. Die geschätzte Momentanposition wird vorzugsweise als eine Eingangsgroße des Kaiman-Filters verwendet, wobei mit Hilfe des Kaiman-Filters diese geschätzte Position entsprechend korrigiert wird, um die exakte Position des Fahr- zeugs zu erhalten. Vorzugsweise wird die geschätzte Momentanposition dadurch bestimmt, dass zu der zuletzt ermittelten exakten Position des Fahrzeugs die zwischenzeitlich zurückgelegte Fahrtstrecke hinzugefugt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungs- gemaßen Verfahrens werden im Falle, dass in Schritt d) ein detektiertes Objekt keiner Positionsmarke zuordenbar ist, die raumlichen Positionsdaten des detektierten Objekts anhand des gespeicherten geometrischen Modells dahingehend überprüft, ob sich das detektierte Objekt auf dem Streckenverlauf befindet. Sollte dies der Fall sein, wird insbesondere ein Warnsignal von dem Fahrzeug ausgegeben und/oder das Fahrzeug wird abge- bremst, um eine Kollision mit dem Objekt zu vermeiden.
In einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens werden im Schritt a) des Verfahrens mit dem Sensorsystem neben den raumlichen Positionsdaten ein oder mehrere weitere charakteristische Merkmale der detektierten Objekte erfasst, wobei für die Positionsmarken des gespeicherten geometrischen Modells die entsprechenden, in einer Trainingsfahrt ermittelten weiteren charakteristischen Merkmale gespeichert sind. Diese weiteren charakteristischen Merkmale umfassen beispielsweise eine oder mehrere Signalstarken der durch das Sensorsystem erfassten, vom detektierten Objekt reflektierten und/oder ausgesendeten Signale. In dem erfindungsgemaßen Verfahren kann hierbei eine Abweichung vom Normalbetriebszustand ferner dann festgestellt werden, wenn die weiteren charakteristischen Merkmale des detektierten Objekts und der dem detektierten Objekt zugeordneten Positionsmarke über ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Die Abweichung kann mit bekannten Methoden, beispielsweise mit statistischen Verfahren, analysiert werden, um ihre Ursache festzustellen. Bei der Analyse kann beispielsweise festgestellt werden, dass schlechte Sichtbedingungen vorliegen, wenn die Signalstarke der vom detektierten Objekt reflektierten Signale um einen vorbestimmten Faktor kleiner ist als die entsprechende Signalstarke der dem detektierten Objekt zuge- ordneten Positionsmarke. Ferner konnte durch die Analyse festgestellt werden, dass ein Defekt des Sensorsystems vorliegt, wenn die Abweichung der charakteristischen Merkmale einen vorgegebenen Wert überschreitet. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Verfahrens wird bei der Detektion der Objekte in Schritt a) ein Sensorsystem eingesetzt, welches wenigstens einen Lasersensor und/oder wenigstens einen Radarsensor um- fasst. Mit Hilfe eines Lasersensors können insbesondere weit entfernte Objekte detektiert werden. Der wenigstens eine Lasersensor und/oder Radarsensor verschwenkt hierbei zur Detektion von Objekten ein Detektions-Strahlfeld kontinuierlich in einem vorbestimmten Bereich vor dem Fahrzeug, wodurch eine sehr rasche Detektion eines neu auftauchenden Objekts vor dem Fahrzeug gewahrleistet ist.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebenen Streckenverlauf fahrenden Fahrzeugs, wobei mit der Vorrichtung das erfindungsgemaße Verfahren durchfuhrbar ist. Die Vorrichtung umfasst insbesondere: ein Sensorsystem zur Detektion von wahrend der Fahrt in einer vorgegeben Umgebung um das Fahrzeug auftauchenden Objekten; eine Rechnereinheit, welche im Betrieb i) die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detek- tierten Objekts entlang des Streckenverlaufs berechnet und mit raumlichen Positionsdaten von Positionsmarken eines gespeicherten geometrischen Modells des vorgegebenen Streckenverlaufs vergleicht; ii) falls der Vergleich in Schritt i) ergibt, dass die raumlichen Positionsdaten des jeweiligen detektierten Objekts im Wesentlichen den raumlichen Positionsdaten einer Positionsmarke entsprechen, das jeweilige detek- tierte Objekt der Positionsmarke zuordnet; iii) eine Abweichung vom Normalbetriebszustand feststellt, falls ein detektiertes Objekt keiner Positions- marke zuordenbar ist oder für eine Positionsmarke des geometrischen Modells kein Objekt detektiert wird. Das Sensorsystem der Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise wenigstens einen Lasersensor und/oder wenigstens einen Radarsensor. Insbesondere wird zur effektiven Detektion von Objekten das Sensorsystem wahrend des Betriebs des Fahrzeugs kon- tinuierlich verschwenkt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug zum fuhrerlosen Fahren auf einem vorgegebenen Streckenverlauf, wobei das Fahrzeug die oben definierte Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs des Fahrzeugs beinhaltet. Das Fahrzeug ist dabei vorzugsweise ein spurgebundenes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Eisenbahnlokomotive.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefugten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Draufsicht auf ein entlang ei- nes Streckenverlaufs fahrenden Fahrzeugs zur Verdeutlichung des Ablaufs des erfindungsgemaßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der raumlichen Aus- richtung eines Sensorsystems zur Verdeutlichung von in dem erfindungsgemaßen Verfahren auftretenden Lokalisierungsfehlern des Fahrzeugs.
In Fig. 1 ist in Draufsicht ein Teilstuck eines Streckenver- laufs 1 wiedergegeben, bei dem es sich um eine Gleisstrecke handelt, welche von einem spurgebundenen Fahrzeug 2 abgefahren wird. Das Fahrzeug 2 ist nur schematisiert wiedergegeben und es handelt sich insbesondere um eine Zuglokomotive, welche gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren fuhrerlos den Stre- ckenverlauf 1 abfahren kann.
Um das erfindungsgemaße Verfahren zu verwenden, wurde zunächst in einem oder mehreren Trainingslaufen der Strecken- verlauf 1 mit dem Fahrzeug 2 abgefahren. Mithilfe eines sich in Fahrtrichtung F am vorderen Ende befindlichen Sensorsystems 3, das in Fig. 1 auch nur schematisch angedeutet ist, werden wahrend der Trainingslaufe die Objekte am Streckenver- lauf detektiert. Das Sensorsystem umfasst hierbei vorzugsweise einen verschwenkbaren Lasersensor, der einen Detektions- Laserstrahl L mit relativ großer Reichweite nach vorne abstrahlt und kontinuierlich verschwenkt, so dass die Umgebung vor dem Fahrzeug 2 durch den Laserstrahl im Wesentlichen "gescannt" wird. Zusatzlich und gegebenenfalls auch alternativ zum Lasersensor können auch noch weitere Sensoren, beispielsweise Radarsensoren oder Kombinationen aus mehreren Radarsensoren zur Erfassung der vor dem Fahrzeug liegenden Umgebung vorgesehen sein.
Die wahrend des Trainingslaufs detektierten Objekte werden mit dem Sensorsystem 3 erfasst und ihre raumlichen dreidimensionalen Positionen werden in einer Rechnereinheit im Fahrzeug berechnet. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Stre- ckenverlauf kartographisch erfasst ist und eine Position des Fahrzeugs beim Detektieren eines Objekts über die zurückgelegte Fahrstrecke feststellbar ist. Die zurückgelegte Fahrtstrecke kann dabei beispielsweise über Radsensoren am Fahrzeug ermittelt werden. Mit Hilfe der Position des Fahr- zeugs und der Richtung des Laserstrahls sowie der über das Sensorsystem 3 ermittelbaren Entfernung des Fahrzeugs 2 zum Objekt kann dann die dreidimensionale Position des Objekts berechnet werden.
In dem Beispiel der Fig. 1 werden Masten 4 am linken Streckenrand sowie ein Transformator 5 am rechten Streckenrand als Objekte erfasst. Diese Objekte stellen die Positionsmarken im Sinne von Anspruch 1 dar. Aus diesen Positionsmarken werden wiederum Messmarken, welche auch als Landmarken be- zeichnet werden, ausgewählt. Es werden dabei Positionsmarken als Messmarken verwendet, die sich besonders gut zur weiter unten beschriebenen Positionsbestimmung des Fahrzeugs mit Hilfe des Sensorsystems eignen. Insbesondere sind dies Posi- tionsmarken, die eine geringe raumliche Ausdehnung parallel zum Streckenverlauf aufweisen, so dass beim Detektieren der Messmarken geringe Messfehler auftreten. In dem Beispiel der Fig. 1 sind die Messmarken die Masten 4. Der Transformator 5 eignet sich nicht als Messmarke, da er eine große Breite in Richtung des Streckenverlaufs aufweist, so dass bei der Erfassung mit dem Laserstrahl L große Messtoleranzen auftreten.
Nach der Durchfuhrung von Trainingsfahrten wird mit Hilfe des kartographisch hinterlegten Streckenverlaufs sowie der Informationen über die Positionen der Positionsmarken ein geometrisches Modell des Streckenverlaufs erzeugt. Dieses Modell enthalt insbesondere alle raumlichen 3D-Positionen der in der Trainingsfahrt erfassten Positionsmarken. Das geometrische Modell ist in dem Speicher einer Rechnereinheit in dem Fahrzeug 2 hinterlegt und wird im nachfolgend beschriebenen er- findungsgemaßen Verfahren dazu verwendet, die Fahrt des Fahrzeugs zu überwachen und die momentane Position des Fahrzeugs zu lokalisieren.
Im fuhrerlosen Betrieb des Fahrzeugs startet das Fahrzeug an einer bekannten Position am Streckenverlauf. Beim Fahren wird die ganze Zeit mit dem Sensorsystem die Umgebung vor dem Fahrzeug nach Objekten abgesucht. Sobald ein Objekt detek- tiert ist, wird die raumliche Position des Objekts entlang des Streckenverlaufs in der Rechnereinheit des Fahrzeugs 2 berechnet. Hierzu werden in dem Fahrzeug z.B. die Daten von Radsensoren ausgewertet, mit denen erfasst wird, welche Strecke zurückgelegt wurde. Da der Anfangspunkt der Strecke be- kannt ist, kann hierdurch mit Hilfe des im Speicher der Rechnereinheit hinterlegten geometrischen Modells des Streckenverlaufs eine ungefähre Position des Fahrzeugs auf der Strecke bestimmt werden. Aufgrund der Messung mit dem Sensorsystem ist die Ausrichtung des Sensors bei der Detektion des Ob- jekts sowie seine Entfernung zum Objekt bekannt, d.h. die raumliche Position des detektierten Objektes in Bezug auf die Momentanposition des Fahrzeugs ist bekannt. Folglich kann auch die raumliche Position des detektierten Objekts entlang des Streckenverlaufs mit Hilfe der Fahrzeugposition bestimmt werden. Die auf diese Weise berechnete raumliche Position des Objekts wird mit den raumlichen Positionsdaten des gespeicherten geometrischen Modells verglichen. Es wird hierbei u- berpruft, ob eine raumliche Position einer gespeicherten Positionsmarke innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs mit der raumlichen Position des detektierten Objektes übereinstimmt .
Wird eine solche Übereinstimmung gefunden, wird dem detektierten Objekt diese Positionsmarke zugeordnet, das heißt es wird davon ausgegangen, dass das detektierte Objekt dieser Positionsmarke entspricht. Sollte die Positionsmarke nunmehr eine Landmarke sein, eignet sich diese zur genauen Lokalisie- rung des Fahrzeugs 2 entlang der Strecke 1. Es wird dann eine Korrektur der abgeschätzten Momentanposition des Fahrzeugs durchgeführt. Die Korrektur erfolgt derart, dass dem Objekt die raumlichen Positionsdaten der zugeordneten Messmarke zugewiesen werden, wodurch Fehler in Bezug auf die Lokalisie- rung des Sensorsystems bzw. des Fahrzeugs ausgeglichen werden. Mit Hilfe der durch den Sensor ermittelten Entfernung zwischen dem detektierten Objekt und dem Fahrzeug kann dann mit Hilfe eines Kaiman-Filters eine neue korrigierte Position des Fahrzeugs auf der Strecke bestimmt werden. Der Kalman- Filter ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Es handelt sich dabei um einen stochastischen Zustandsschatzer für dynamische Systeme, der Zustande oder Parameter des Systems aufgrund von teils redundanten Messungen abschätzt. In der hier beschriebenen Ausfuhrungsform wird als Zustandsgroße die Position des Fahrzeugs entlang der Strecke verwendet. Als Eingangsgroße für die Berechnung mittels des Kaiman-Filters wird die abgeschätzte Momentanposition des Fahrzeugs 2 verwendet. Bei der Detektion der nächsten Landmarke kann mit Hilfe der neu bestimmten Position des Fahrzeugs und der seit der Detektion der letzten Landmarke zurückgelegten Strecke wiederum die Momentanposition des Fahrzeugs abgeschätzt werden, wobei diese Momentanposition dann bei der Berechnung der neuen Position des Fahrzeugs mit Hilfe des Kaiman-Filters verwendet wird.
Mit dem soeben beschriebenen Verfahren kann im ordnungsgema- ßen Betrieb, das heißt wenn die raumliche Position des detek- tierten Objekts mit der in dem Speicher hinterlegten raumlichen Position einer Landmarke innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs übereinstimmt, eine Lokalisation des Fahrzeugs auf der Strecke vorgenommen werden. Sollten jedoch Ab- weichungen zwischen den raumlichen Positionsdaten auftreten, die großer als der Toleranzbereich sind, wird mit dem erfin- dungsgemaßen Verfahren festgestellt, dass eine Abweichung vom Normalbetriebszustand vorliegt. Eine solche Abweichung vom Normalbetriebszustand wird auch immer dann festgestellt, wenn für eine gemäß dem geometrischen Modell erwartete Positionsmarke kein entsprechendes Objekt detektiert wird.
In dem Beispiel der Fig. 1 wird eine solche Abweichung vom Normalbetriebszustand beispielsweise bei der Detektion des Objektes 6 festgestellt, bei dem es sich um einen auf der
Strecke befindlichen Gegenstand handelt. In dieser Situation wird durch das erfindungsgemaße Verfahren festgestellt, dass der durch das Sensorsystem 3 detektierte Gegenstand 6 keiner Positionsmarke entspricht. In einem nächsten Schritt kann dann durch Vergleich der Position des Objekts mit dem geometrischen Modell des Streckenverlaufs ermittelt werden, dass sich das Objekt auf dem Streckenverlauf befindet. Insbesondere wird die raumliche Position des Objektes 6 dahingehend u- berpruft, ob sie im so genannten Lichtraumprofil der Strecke liegt. Das Lichtraumprofil gibt für den vorgegebenen Streckenverlauf an, in welchem Querschnittsbereich sich keine Gegenstande befinden dürfen, um hierdurch Gefahren für den Fahrzeugbetrieb zu vermeiden. Es können dann hieraus Konsequenzen gezogen werden, um eine Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt zu vermeiden. Insbesondere kann ein Warnsignal zunächst von dem Fahrzeug ausgegeben werden. Sollte es sich bei dem Objekt 6 beispielsweise um ein Tier handeln, kann unter Umstanden erreicht werden, dass das Tier durch das Warnsignal aufgeschreckt wird und sich von dem Streckenverlauf wegbewegt. Eine weitere Konsequenz ist, dass das Fahrzeug abgebremst wird, wenn die Entfernung zum Objekt einen bestimmten Wert unterschreitet, um hierdurch Kollisionen mit dem Objekt zu vermeiden.
Bei den oben beschriebenen Trainingsfahrten, bei dem die raumlichen Positionen der Positionsmarken bestimmt werden, können gegebenenfalls auch noch weitere charakteristische Merkmale der Positionsmarken ermittelt werden. Insbesondere können die Signalstarken der erfassten Sensorsignale bei unterschiedlichen Entfernungen von den detektierten Objekten erfasst werden. Hierbei ist es wichtig, dass die Trainingsfahrt mit dem gleichen Sensorsystem durchgeführt wird, mit dem spater im Betrieb Objekte detektiert werden. Die in der
Trainingsfahrt erfassten weiteren charakteristischen Merkmale der Positionsmarken werden ebenfalls abgespeichert. Im tatsachlichen Betrieb werden die gleichen charakteristischen Merkmale bei der Detektion eines Objekts erfasst und mit den im Speicher hinterlegten Merkmalen verglichen. Auf diese Weise können weitere Unregelmäßigkeiten vom Normalbetriebs zustand erfasst werden. Beispielsweise kann der Fall auftreten, dass bei der Detektion des Objekts zwar eine raumliche Übereinstimmung zwischen dem detektierten Objekt und einer ge- speicherten Positionsmarke festgestellt wird, wobei sich jedoch die Signalstarken bei der Detektion von den im Speicher hinterlegten Signalstarken stark unterscheiden. Sind die Signalstarken im Betrieb wesentlich geringer als die im Speicher hinterlegten Signalstarken, kann darauf geschlossen werden, dass veränderte Umgebungsbedingungen, insbesondere Nebel, vorliegen. Sollten die Signalstarkenabweichungen sehr groß sein, kann ferner darauf geschlossen werden, dass eine Funktionsstörung des Sensors vorliegt. Es sind hierbei beliebige Methoden der Auswertung von derartigen charakteristischen Merkmalen denkbar und die obigen genannten Methoden sind lediglich Beispiele solcher Auswertungen. Mit dem soeben beschriebenen erfindungsgemaßen Verfahren kann auf vielfaltige Weise der Betrieb eines Fahrzeugs überwacht werden. Insbesondere kann durch die Verwendung von Sensoren mit großer Reichweite bereits sehr früh erkannt werden, ob sich Objekte auf der Strecke befinden. Die Verwendung von langreichweitigen Sensoren wird dadurch ermöglicht, dass es in dem erfindungsgemaßen Verfahren nicht notwendig ist, den Gleisverlauf selbst zu erfassen, weil bereits vorab ein geometrisches Modell des Streckenverlaufs und somit des Gleis- Verlaufs in einem Speicher im Fahrzeug hinterlegt ist. Im Gegensatz hierzu werden in bekannten Systemen nur Sensoren mit kurzer Reichweite verwendet, welche auch immer gleichzeitig den Gleisverlauf miterfassen. Dies erfordert eine hohe Re- chenkapazitat und es besteht die Gefahr, dass Objekte auf dem Streckenverlauf aufgrund der kurzen Reichweite der Sensoren zu spat erfasst werden. Es können somit Kollisionen auftreten .
Bei dem Betrieb des Fahrzeugs müssen die Positionen der Ob- jekte mit einer ausreichenden Genauigkeit bestimmt werden.
Sollte diese Genauigkeit nicht gewahrleistet sein, kann insbesondere der Fall auftreten, dass aufgrund eines zu großen Fehlers bei der Positionsbestimmung detektiert wird, dass ein Objekt nicht in das Lichtraumprofil hineinragt, obwohl es sich tatsachlich im Lichtraumprofil befindet. Im Bereich des Schienenverkehrs sollte bei einer Sensorreichweite von 240 m ein gemessener Punkt vom wahren Hindernispunkt um höchstens 50 cm abweichen.
Ein Fehler bei der Positionsbestimmung der Objekte kann grundsatzlich aus drei Quellen stammen. Zum einen können Messfehler des Sensors auftreten, zum anderen können Approximationsfehler bei der numerischen Berechnung der Position auftreten. Ferner können Lokalisationsfehler auftreten, deren Ursache eine falsche bzw. ungenaue Lokalisation des detektie- renden Sensors bei der Messung ist. Bei den Lokalisationsfeh- lern sind sechs raumliche Großen zu berücksichtigen, und zwar die translatorische Position des Sensors in x-Richtung (Rieh- tung des Streckenverlaufs), in y-Richtung (quer zum Gleis) und in z-Richtung (Hoch-Richtung senkrecht zum Gleis) . Weitere Lokalisationsfehler werden durch eine ungenaue Ausrichtung des Sensors bei der Messung verursacht, wobei die Ausrichtung durch den Gierwinkel γ, den Nickwinkel v und den Rollwinkel p erfasst wird. Die Winkel bezeichnen die Neigung des Koordinatensystems des Sensors gegenüber der Horizontalen bzw. Vertikalen. Der Rollwinkel p beschreibt hierbei die Drehung des Koordinatensystems um die x-Achse, der Nickwinkel v bezeich- net die Drehung des Koordinatensystems um die y-Achse und der Gierwinkel γ bezeichnet die Drehung des Koordinatensystems um die z-Achse.
Fig. 2 verdeutlicht nochmals die soeben gemachten Ausfuhrun- gen betreffend die Lokalisierungsfehler. In Fig. 2 ist schematisch ein Koordinatensystem mit x-Achse, y-Achse und z- Achse eines Sensors 3 gezeigt. Ferner ist angedeutet, durch welche Drehungen Gierwinkel, Nickwinkel und Rollwinkel definiert sind. Es können nun Lokalisationsfehler dahingehend auftreten, dass der Sensor entlang der x-Achse, der y-Achse bzw. z-Achse ungenau in translatorischer Richtung positioniert ist. Darüber hinaus können Fehler dadurch entstehen, dass die Ausrichtung des Sensors, definiert durch Gierwinkel, Nickwinkel und Rollwinkel, ungenau festgelegt ist.
Bei der Entwicklung des erfindungsgemaßen Verfahrens haben die Erfinder durch Simulationen überprüft, in welchem Toleranzbereich Lokalisierungsfehler auftreten dürfen, um noch eine ausreichend genaue Messwerttoleranz bei der Positionsbe- Stimmung eines Objekts zu gewahrleisten. Die Erfinder haben hierbei zwei prototypische Falle einer Schnellfahrstrecke und einer Rangierstrecke betrachtet. Es wurde dabei davon ausgegangen, dass die Messwerttoleranz, das heißt die Abweichungen des detektierten Objekts von der tatsachlichen Position in x- Richtung 0,6 m und in y- und z-Richtung 0,3 m betragen darf. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Simulationen für die Schnellfahrstrecke und die Rangierstrecke wiedergegeben .
Figure imgf000017_0001
Tabelle: Lokalisierungs-Toleranzen
Die Großen ΔxL, ΔyL, ΔzL, ΔγL, ΔvL ΔpL geben hierbei Lokalisierungstoleranzen in Bezug auf einen translatorischen Versatz des Sensors in x-, y- und z-Richtung sowie in Bezug auf die Ausrichtung des Sensors in Richtung der Winkel γ und v und p an. Die aus diesen Lokalisierungstoleranzen simulierten Messwerttoleranzen in Bezug auf die Position des detektierten Objekts sind in der Tabelle als Δx IyRr ΔzR angegeben. Es wurde für die Schnellfahrstrecke von einer Sensorreichweite von 120 m und für die Rangierstrecke von einer Sensorreichweite von 40 m ausgegangen. Wie der Tabelle entnommen werden kann, wurden für die dort genannten Lokalisierungstoleranzen immer Mess- werttoleranzen ermittelt, welche innerhalb der vorgegebenen Messwerttoleranzen von 0,6 m in x-Richtung und 0,3 m in y- und z-Richtung lagen. Bei der Implementierung des erfindungs- gemaßen Verfahrens wurde darauf geachtet, dass die auftretenden Lokalisierungsfehler immer innerhalb des vorgegebenen To- leranzbereichs gemäß obiger Tabelle lagen.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur rechnergestutzten Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebenen Streckenverlauf (1) fahrenden Fahr- zeugs (2), insbesondre eines spurgebundenen Schienenfahrzeugs, bei dem: a) mit einem auf dem Fahrzeug (2) positionierten Sensorsystem (3) wahrend der Fahrt die in einer vorgegebenen Umgebung um das Fahrzeug auftauchenden Objekte (4, 5, 6) detektiert werden und deren raumliche Positionsdaten in Bezug auf den Streckenverlauf (1) berechnet werden; b) die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detek- tierten Objekts (4, 5, 6) mit raumlichen Positionsdaten von Positionsmarken (4, 5) eines gespeicherten geometri- sehen Modells des vorgegebenen Streckenverlaufs (1) verglichen werden; c) falls der Vergleich in Schritt b) ergibt, dass die raumlichen Positionsdaten des jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) im Wesentlichen den raumlichen Positi- onsdaten einer Positionsmarke (4, 5) entsprechen, das detektierte Objekt (4, 5, 6) der Positionsmarke (4, 5) zugeordnet wird; d) falls das jeweilige detektierte Objekt (4, 5, 6) keiner Positionsmarke (4, 5) zuordenbar ist oder für eine Posi- tionsmarke (4, 5) des geometrischen Modells kein Objekt (4, 5, 6) detektiert wird, eine Abweichung vom Normalbe- triebszustand festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Vergleich gemäß Schritt b) festgestellt wird, dass die raumlichen Positionsdaten des jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) im Wesentlichen den raumlichen Positionsdaten einer Positionsmarke (4, 5) entsprechen, wenn die Abweichung zwischen den Positionsdaten des detektierten Objekts (4, 5, 6) und der Positi- onsmarke (4, 5) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzmaßes liegt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens ein Teil der Positionsmarken (4, 5) als Messmarken (4) eingestuft wird, wobei im Falle, dass in Schritt c) ein Objekt (4, 5, 6) einer Messmarke (4) zugeordnet wird, aus der durch das Sen- sorsystem erfassten Entfernung zwischen Fahrzeug (2) und dem der Messmarke (4) zugeordneten Objekt (4, 5, 6) die Position der Fahrzeugs (2) entlang des Streckenverlaufs (1) mit Hilfe der raumlichen Positionsdaten der Messmarke (4) ermittelt wird .
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Ermittlung der Position des Fahrzeugs (2) mit Hilfe eines Kaiman-Filters durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die raumlichen Positionsdaten des detektierten Objekts (4, 5, 6) in Schritt a) des Anspruchs 1 und/oder die Position des Fahrzeugs (2) gemäß Anspruch 3 mit Hilfe einer geschätzten Momentanposition des Fahrzeugs (2) entlang des Streckenver- laufs (1) berechnet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die geschätzte Momentanposition des Fahrzeugs (2) entlang des Streckenverlaufs
(1) mit Hilfe der auf dem Fahrzeug erfassten zurückgelegten Fahrtstrecke ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 in Kombination mit Anspruch 3 oder 4, bei dem nach einer Ermittlung der Position des Fahrzeugs (2) eine geschätzte Momentanposition des Fahrzeugs (2) mit Hilfe der ermittelten Position des Fahrzeugs (2) und der nach Ermittlung der Position zurückgelegten Fahrtstrecke des Fahrzeugs (2) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, falls im Schritt d) des Anspruchs 1 ein detektiertes Objekt (4, 5, 6) keiner Positionsmarke (4, 5) zuordenbar ist, die raumlichen Positionsdaten des detektierten Objekts (4, 5, 6) anhand des gespeicherten geometrischen Modells dahingehend überprüft werden, ob sich das detektierte Objekt (4, 5, 6) auf dem Streckenverlauf (1) befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem im Falle, dass festge- stellt wird, dass sich das detektierte Objekt (4, 5, 6) auf dem Streckenverlauf (1) befindet, ein Warnsignal von dem Fahrzeug (2) ausgegeben wird und/oder das Fahrzeug (2) abgebremst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit dem Sensorsystem (3) in Schritt a) des Anspruchs 1 neben den raumlichen Positionsdaten ein oder mehrere weitere charakteristische Merkmale der detektierten Objekte (4, 5, 6) erfasst werden, wobei für die Positionsmarken (4, 5) des ge- speicherten geometrischen Modells die entsprechenden, in einer Trainingsfahrt ermittelten weiteren charakteristischen Merkmale gespeichert sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die weiteren charak- teristischen Merkmale eine oder mehrere Signalstarken der durch das Sensorsystem (3) erfassten, vom detektierten Objekt (4, 5, 6) reflektierten und/oder ausgesendeten Signale umfassen .
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem in Schritt d) des Anspruchs 1 eine Abweichung vom Normalbetriebszustand ferner dann festgestellt wird, wenn die weiteren charakteristischen Merkmale des detektierten Objekts (4, 5, 6) und der dem detektierten Objekt (4, 5, 6) zugeordneten Positionsmarke (4, 5) über ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Abweichung der charakteristischen Merkmale analysiert wird, um die Ursache der Abweichung festzustellen.
14. Verfahren nach Anspruch 13 in Kombination mit Anspruch 11, bei dem die Analyse feststellt, dass schlechte Sichtbedingungen vorliegen, wenn die Signalstarke der vom detektier- ten Objekt (4, 5, 6) reflektierten Signale um einen vorbestimmten Faktor kleiner ist als die entsprechende Signalstarke der dem detektierten Objekt zugeordneten Positionsmarke (4, 5) .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Analyse einen Defekt des Sensorsystems feststellt, wenn die Abweichung der charakteristischen Merkmale einen vorgegebenen Wert überschreitet .
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Detektion der Objekte (4, 5, 6) in Schritt a) des Anspruchs 1 ein Sensorsystem eingesetzt wird, welches wenigstens einen Lasersensor und/oder wenigstens einen Radarsensor umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der wenigstens eine Lasersensor und/oder Radarsensor zur Detektion der Objekte
(4, 5, 6) ein Detektions-Strahlfeld kontinuierlich in einem vorbestimmten Bereich vor dem Fahrzeug (2) verschwenkt.
18. Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines einen vorgegebene Streckenverlauf (1) fahrenden Fahrzeugs (2) zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: ein Sensorsystem (3) zur Detektion von wahrend der Fahrt in einer vorgegeben Umgebung um das Fahrzeug auftauchenden Objekten (4, 5, 6) ; eine Rechnereinheit, welche im Betrieb i) die raumlichen Positionsdaten eines jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) entlang des Streckenverlaufs (1) berechnet und mit raumlichen Positionsdaten von Positionsmarken (4, 5) eines gespeicherten geometrischen Modells des vorgegebenen Streckenverlaufs (1) ver- gleicht; ii) falls der Vergleich in Schritt i) ergibt, dass die raumlichen Positionsdaten des jeweiligen detektierten Objekts (4, 5, 6) im Wesentlichen den raumlichen Positi- onsdaten der Positionsmarke (4, 5) entsprechen, das jeweilige detektierte Objekt (4, 5, 6) der Positionsmarke (4, 5) zuordnet; iii) eine Abweichung vom Normalbetriebszustand fest- stellt, falls das jeweilige detektierte Objekt (4, 5, 6) keiner Positionsmarke (4, 5) zuordenbar ist oder für eine Positionsmarke (4, 5) des geometrischen Modells kein Objekt (4, 5, 6) detektiert wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei dem das Sensorsystem (3) wenigstens einen Lasersensor und/oder wenigstens einen Radarsensor umfasst.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das Sensor- System (3) wahrend des Betriebs des Fahrzeugs zur Detektion von Objekten (4, 5, 6) verschwenkt wird.
21. Fahrzeug zum fuhrerlosen Fahren auf einem vorgegebenen Streckenverlauf (1), umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20.
22. Fahrzeug nach Anspruch 21, wobei das Fahrzeug (2) ein spurgebundenes Schienenfahrzeug, insbesondere eine Zuglokomotive, ist.
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