WO2016096306A1 - Verfahren und vorrichtung zur relativen zuglagenbestimmung zweier züge - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur relativen zuglagenbestimmung zweier züge Download PDF

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Ralf Pinger
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    • B61L15/0062—On-board target speed calculation or supervision
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/34—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for indicating the distance between vehicles or trains by the transmission of signals therebetween

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for relative Switzerlandlagenbetician two trains, in which a parking or coupling of trains using sensors and special electronic components takes place.
  • the invention relates in essence to a method for determining the relative position of two trains in which image data from at least one sign of a second train are received by cameras of the first train, in which sign information of the second train is determined with an object recognition, in which a first relative position is determined between a camera of the first train to at least one shield of the second train and the second train mitge ⁇ shares, simultaneously determined in the second train, a second relative position between a camera of the second train and at least one shield of the first train and the first Train is communicated, in which in the first and second train, a balance of the distance measurements of the two trains takes place and in which in at least one of the two trains ent ⁇ neither a brake curve calculation for a clutch of the two trains or a brake curve calculation for close parking of the two trains a certain ideal distance is performed.
  • Video ⁇ based monitoring systems often are anyway available and / or there is a general realization based on low-cost commodity hardware possible.
  • the invention provides, inter alia, a possible requirement for automatic coupling, without manual interaction.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a single position system for explaining the system according to the invention.
  • FIG. 1 shows an overall system with a railroad track on which a first, for example, stationary train with, for example, two carriages TU and T12 is located, the right end of the first train occupying the position X firmly , and also a second, for example, non-stationary train likewise with example two Carriage T21 and T22 is located, the left end of the second train has the position X ak ti.
  • a camera system Cll, C12, C21 and C22 and in each case a shield Sil, S12, S21 and S22 is respectively ⁇ introduced .
  • the camera systems are typically stereo camera systems.
  • the signs have a clearly identifiable form and each contain at least one location and route information, for example in the form of a QR code.
  • the sign information can also be divided, for example, on several adjacent individual signs.
  • Optional lighting on the trains is available in addition to the camera systems. Sufficient lighting can also be provided by daylight, ambient lighting or special lighting from the other train.
  • optical information carrier z. B. a local paint according to the o. G. Shield information or even the form and / or the externally visible equipment of the relevant towing vehicle as a source of information in the sense of the invention find use.
  • FIG. 2 shows by way of example a position system SYS of a train, for example the train TU and T12, of the system according to the invention.
  • a first input module 1 image data for example, the cameras Cll and C12 of the first train and with a second input module 2 information, whether, for example, domes or parking is desired accepted.
  • a recognition module 3 from the image data respective signs are detected by means of an object recognition and with the help of a read module 4, the shield information, for. B. which type of coupling, the other train determined.
  • a position determination module 5 of the location system SYS the position, z. B. X fe s t / a camera, z. C12, relative to
  • Shield e.g. Shield S21
  • the other train T21 u. T22 determined and communicated to the other train.
  • Redundancy of the system creates the necessary conditions for use in the safety-relevant environment.
  • the quality of the input data ie the quality of the image information or sign information
  • a contamination of the cameras can be eliminated by regular cleaning and maintenance and optionally available windshield wiper and thus represents norankrisi ⁇ ko.
  • a regular or redundant signage also allows defects on the part of the signage to control safely, for example.
  • On the data of the previous Shield is gripped . By a corresponding coding of the positions also a use in curved stations or curved routes is easily possible.
  • the visual video-based sensor system acquires more information, for example an image or a video stream of the situation, than in the case of known solutions.
  • Video-based surveillance systems for example. For Security, ste ⁇ hen often anyway available.
  • In the implementation can be used on inexpensive standard hardware from mass production, on standard cameras, especially standard 3D cameras as they are used in Smartphone, and standard processors.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge, bei dem Bilddaten von mindestens einem Schild eines zweiten Zuges von Kameras des ersten Zuges entgegengenommen werden, bei dem mit einer Objekterkennung Schildinformationen des zweiten Zuges ermittelt werden, bei dem im ersten Zug eine erste relative Position zwischen einer Kamera des ersten Zuges zu mindestens einem Schild des zweiten Zuges bestimmt und dem zweiten Zug mitgeteilt wird, bei dem gleichzeitig im zweiten Zug eine zweite relative Position zwischen einer Kamera des zweiten Zuges und mindestens einem Schild des ersten Zuges ermittelt und dem ersten Zug mitgeteilt wird, bei dem im ersten und zweiten Zug ein Abgleich der Abstandsmessungen der beiden Züge erfolgt und bei dem in mindestens einem der beiden Züge jeweils entweder eine Bremskurvenberechnung für eine Kupplung der beiden Züge oder eine Bremskurvenberechnung für nahes Parken der beiden Züge mit einem bestimmten Idealabstand durchgeführt wird. Durch die visuelle videobasierte Sensorik wird bspw. ein Bild bzw. ein Videostrom erfasst und sowohl eine schnelle Reaktion durch Informationsreduktion als auch eine Nachkontrolle mit Hilfe des vollen Kamerabildes ermöglicht. Videobasierte Überwachungssysteme stehen oft sowieso schon zur Verfügung und/oder es ist eine Gesamtrealisierung auf der Basis preiswerter Standardhardware möglich. Die Erfindung bietet u. a. eine mögliche Voraussetzung für das automatische Kuppeln, ohne manuelle Interaktion.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge, bei dem ein Abstellen bzw. Koppeln von Zügen mit Hilfe von Sensoren und speziellen elektronischen Bausteinen erfolgt.
Das Abstellen bzw. Kuppeln wird bislang im einfachsten Fall manuell durchgeführt oder eine Zuglagenbestimmung bspw. mit Hilfe von teurerer Spezialhardware realisiert, wobei FPGAs oder spezielle ASICS mit spezieller Sensorik, wie Radar- und Ultraschall- oder Lasersensoren, kombiniert werden.
Durch nichtoptimiertes Abstellen von Zügen können große Lücken in den Abstellbahnhöfen entstehen. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun da¬ rin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge anzugeben, bei dem/der ein Abstellen bzw. enges Parken von Zügen und ein automatisches Kuppeln von Zügen kostengünstig erleichtert und die o. g. Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrich¬ tung durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausge¬ staltungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft im Wesentlichen ein Verfahren zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge bei dem Bilddaten von mindestens einem Schild eines zweiten Zuges von Kameras des ersten Zuges entgegengenommen werden, bei dem mit einer Objekterkennung Schildinformationen des zweiten Zuges ermittelt werden, bei dem im ersten Zug eine erste relative Position zwischen einer Kamera des ersten Zuges zu mindestens einem Schild des zweiten Zuges bestimmt und dem zweiten Zug mitge¬ teilt wird, bei dem gleichzeitig im zweiten Zug eine zweite relative Position zwischen einer Kamera des zweiten Zuges und mindestens einem Schild des ersten Zuges ermittelt und dem ersten Zug mitgeteilt wird, bei dem im ersten und zweiten Zug ein Abgleich der Abstandsmessungen der beiden Züge erfolgt und bei dem in mindestens einem der beiden Züge jeweils ent¬ weder eine Bremskurvenberechnung für eine Kupplung der beiden Züge oder eine Bremskurvenberechnung für nahes Parken der beiden Züge mit einem bestimmten Idealabstand durchgeführt wird. Durch die visuelle videobasierte Sensorik wird bspw. ein Bild bzw. ein Videostrom erfasst und sowohl eine schnelle Reaktion durch Informationsreduktion als auch eine Nachkont- rolle mit Hilfe des vollen Kamerabildes ermöglicht. Video¬ basierte Überwachungssysteme stehen oft sowieso schon zur Verfügung und/oder es ist eine Gesamtrealisierung auf der Basis preiswerter Standardhardware möglich. Die Erfindung bietet u. a. eine mögliche Voraussetzung für das automatische Kuppeln, ohne manuelle Interaktion.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine Übersichtsdarstellung zur Erläuterung des Gesamtsystems und
Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines einzelnen Lagesystems zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 1 zeigt ein Gesamtsystem mit einem Bahngleis auf dem sich ein erster bspw. feststehender Zug mit beispielhaft zwei Wagen TU und T12 befindet, wobei das rechte Ende des ersten Zuges die Position Xfest einnimmt, und sich ferner ein zweiter bspw. nicht feststehender Zug ebenfalls mit beispielhaft zwei Wagen T21 und T22 befindet, wobei das linke Ende des zweiten Zuges die Position Xakti aufweist.
An den jeweiligen Enden der beiden Züge bzw. an den freien Enden der Wagen ist jeweils ein Kamerasystem Cll, C12, C21 und C22 und jeweils ein Schild Sil, S12, S21 und S22 ange¬ bracht. Bei den Kamerasystemen handelt es sich typischerweise um Stereokamerasysteme. Die Schilder weisen eine eindeutig identifizierbare Form auf und beinhalten jeweils mindestens eine Orts- und Streckeninformation, bspw. in Form eines QR Codes .
Optional kann die Schildinformation auch bspw. auf mehrere nebeneinander liegende Einzelschilder aufgeteilt sein.
Optional sind an den Zügen entsprechende Beleuchtungen neben den Kamerasystemen vorhanden. Eine ausreichende Beleuchtung kann auch durch Tageslicht, durch eine Umgebungsbeleuchtung oder eine spezielle Beleuchtung vom jeweils anderen Zug aus erfolgen.
Anstelle von den hier im Beispiel verwendeten Schildern können auch andere optische Informationsträger, z. B. einer lokalen Lackierung entsprechend der o. g. Schildinformation oder aber sogar die Form und/oder die außen sichtbare Ausstattung des betreffenden Zugwagens als Informationsquelle im Sinne der Erfindung Verwendung finden.
Die jeweilige Beleuchtung bspw. so ausgestaltet sein, dass sie immer eingeschaltet ist oder optional so ausgelegt sein, dass sie nur aktiv ist, wenn keine ausreichende indirekte Be¬ leuchtung, bspw. durch das Tageslicht oder eine Bahnhofsbe¬ leuchtung, des jeweiligen Schilds vorhanden ist. Figur 2 zeigt beispielhaft ein Lagesystem SYS eines Zuges, bspw. des Zuges TU und T12, des erfindungsgemäßen Systems. Hierbei werden zunächst mit einem ersten Eingangsmodul 1 Bilddaten bspw. der Kameras Cll und C12 des ersten Zuges und mit einem zweiten Eingangsmodul 2 Informationen, ob bspw. Kuppeln oder Parken gewünscht wird, entgegengenommen.
Daraufhin werden in einem Erkennungsmodul 3 aus den Bilddaten jeweilige Schilder mit Hilfe einer Objekterkennung erkannt und mit Hilfe eines Lesemoduls 4 die Schildinformationen, z. B. welche Kupplungsart, des jeweils anderen Zuges ermittelt.
In einem Lageermittlungsmodul 5 des Lagesystems SYS wird die Position, z. B. Xfe st / einer Kamera, z. C12, relativ zum
Schild, z.B. Schild S21, des jeweiligen anderen Zuges T21 u. T22 bestimmt und dem anderen Zug mitgeteilt. Parallel dazu wird auch im entsprechenden Lagesystem des anderen Zuges, bspw. von der Kamera C21 die relative Position X aktl Zum
Schild S12 ermittelt und dem Zug TU u. T12 mitgeteilt.
Durch Redundanz des Systems werden die erforderlichen Voraussetzungen für einen Einsatz im sicherheitsrelevanten Umfeld geschaffen.
In einem Vergleichsmodul 6 des jeweiligen Lagesystems erfolgt ein Abgleich der Abstandsmessungen der beiden Züge. Abhängig von den durch das zweite Eingangsmodul 2 entgegenge¬ nommenen Informationen, wird dann entweder in einem Berechnungsmodul 7 eine Bremskurvenberechnung für eine Kupplung der Züge oder in einem weiteren Berechnungsmodul 8
eine Bremskurvenberechnung für nahes Parken mit einem be- stimmten Idealabstand durchgeführt.
Die Bearbeitung der oben beschriebenen Schritte erfolgt zyklisch in einem entsprechenden Takt, so dass eine ausreichend genaue Lageermittlung ermöglicht wird.
Die Qualität der Eingangsdaten, also die Qualität der Bildinformation bzw. Schildinformation, wird durch ausreichende Be- leuchtungsverhältnisse, bspw. im Umfeld U-Bahn, Bahnhof, Mon¬ tagehallen, entlang der Bahnstrecke oder aber durch entsprechende Lampen am eigenen bzw. am weiteren Zug sichergestellt. Eine Verschmutzung der Kameras kann durch regelmäßige Reinigung und Wartung sowie durch optional vorhandene Scheibenwischer beseitigt werden und stellt somit kein Sicherheitsrisi¬ ko dar. Eine regelmäßige bzw. redundante Beschilderung ermöglicht auch Defekte seitens der Beschilderung sicher zu beherrschen, wobei bspw. auf die Daten des vorherigen Schildes zurückge¬ griffen wird. Durch eine entsprechende Kodierung der Positionen ist auch eine Verwendung in gekrümmten Bahnhöfen oder gekrümmten Strecken problemlos möglich.
Durch die visuelle videobasierte Sensorik werden vorteilhaf- ter Weise mehr Informationen, bspw. ein Bild bzw. ein Videostrom der Situation, als bei bekannten Lösungen erfasst.
Durch Reduktion der zu verarbeitenden Daten auf relevante Informationen ist zum einen eine schnelle Reaktion möglich aber es steht zum anderen auch für eine visuelle bzw. manuelle Nachkontrolle das volle Kamerabild zur Verfügung.
Video-basierte Überwachungssysteme, bspw. für Security, ste¬ hen oft sowieso schon zur Verfügung.
Bei der Implementierung kann auf preiswerte Standardhardware aus der Massenproduktion, auf Standardkameras, insbesondere Standard-3D-Kameras wie sie auch in Smartphone eingesetzt werden, und Standardprozessoren zurückgegriffen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge (TU ..T22) ,
- bei dem in einem ersten Zug (TU, Tl) zunächst Bilddaten von mindestens einem optischen Informationsträger (S21) eines zweiten Zuges (T21, T22) von Kameras (Cll, C12) des ersten Zuges und Informationen, ob ein Kuppeln oder Parken gewünscht wird, entgegengenommen werden,
- bei dem daraufhin im ersten Zug aus den Bilddaten mit Hilfe einer Objekterkennung Informationen des optischen Informationsträger des zweiten Zuges ermittelt werden,
- bei dem im ersten Zug eine Position ( Xfe st ) einer Kamera (C12) des ersten Zuges (TU, T12) relativ zu dem mindestens einen optischen Informationsträger (S21) des zweiten Zuges (T21,T22) bestimmt und dem zweiten Zug mitgeteilt wird,
- bei dem gleichzeitig im zweiten Zug von einer Kamera (C21) des zweiten Zuges eine relative Position ( Xak i ) zu mindestens einem optischen Informationsträger (S12) des ersten Zuges er- mittelt und dem ersten Zug (TU, T12) mitgeteilt wird,
- bei dem im ersten und zweiten Zug ein Abgleich der Abstandsmessungen der beiden Züge erfolgt und
- bei dem in mindestens einem der beiden Züge (T21, T22) jeweils entweder eine Bremskurvenberechnung für eine Kupplung der beiden Züge oder eine Bremskurvenberechnung für nahes Parken der beiden Züge mit einem bestimmten Idealabstand durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem der optische Informationsträger in Form mindestens eines Schildes ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem aus der Information des optischen Informationsträgers (S21) die Kupplungsart des jeweils anderen Zuges (T21, T22) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3,
bei dem das mindestens eine Schild durch eine eigene direkte Beleuchtung beleuchtet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Beleuchtungen neben den Kamerasystemen derart vorhanden sind, dass damit eine indirekte Beleuchtung des mindes¬ tens einen optischen Informationsträgers des anderen Zuges bewirkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Beleuchtung so ausgelegt ist, dass sie nur aktiviert wird, wenn keine ausreichende Beleuchtung des jeweiligen optischen Informationsträgers vorhanden ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Verschmutzung der Kameras durch vorhandene
Scheibenwischer beseitigt werden.
8. Vorrichtung (SYS) zur relativen Zuglagenbestimmung zweier Züge (T11..T22),
- bei der ein erstes Eingangsmodul (1) zur Entgegennahme von Bilddaten von Kameras (Cll, C12) eines ersten Zuges vorhanden ist,
- bei der ein zweites Eingangsmodul (2) zur Entgegennahme von Betriebsmodi vorhanden ist,
- bei der ein Erkennungsmodul (3) derart vorhanden ist, dass Bilddaten von mindestens einem optischen Informationsträger (S21) eines zweiten Zuges (T21, T22) mit Hilfe einer Objekt¬ erkennung erkennbar sind,
- bei der ein Lesemodul (4) derart vorhanden ist, dass aus den Bilddaten des mindestens einen optischen Informationsträgers Informationen des zweiten Zuges ermittelt werden,
- bei der ein Lageermittlungsmodul (5) derart vorhanden ist, dass eine erste relative Position ( Xfe st ) einer Kamera (C12) des ersten Zuges relativ zu dem mindestens einen optischen Informationsträger (S21) des zweiten Zuges bestimmbar und dem zweiten Zug mitteilbar ist,
- bei der ein Vergleichsmodul (6) derart vorhanden ist, dass eine mit Hilfe von einer Kamera (C21) des zweiten Zuges und mindestens einem optischen Informationsträger (S12) des ersten Zuges ermittelte zweite relative Position ( Xak i )
empfangbar ist und mit Hilfe der beiden relativen Positionen ein Abgleich der Abstandsmessungen durchführbar ist und
- bei der Berechnungsmodul (7) zur Bremskurvenberechnung für eine Kupplung der beiden Züge und ein weiteres Berechnungsmo¬ dul (8) zur Bremskurvenberechnung für nahes Parken der beiden Züge mit einem bestimmten Idealabstand derart vorhanden sind, dass, je nach Betriebsmodus des zweiten Eingangsmoduls (2), entweder das Berechnungsmodul (7) oder das weitere Berech- nungsmodul (8) aktivierbar ist.
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