WO2018095939A1 - Distance and speed measurement using captured images - Google Patents

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WO2018095939A1
WO2018095939A1 PCT/EP2017/079991 EP2017079991W WO2018095939A1 WO 2018095939 A1 WO2018095939 A1 WO 2018095939A1 EP 2017079991 W EP2017079991 W EP 2017079991W WO 2018095939 A1 WO2018095939 A1 WO 2018095939A1
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WO
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distance
rail vehicle
determined
structures
determining
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/079991
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gisbert Berger
Jürgen REISIG
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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 vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed
    • 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 vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle 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
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a traveled distance of a rail vehicle.
  • the invention meets a means for determining covered a distance of a railway vehicle.
  • the invention meets a rail vehicle.
  • the odometry has fundamentally ⁇ additionally a different character than measuring methods for the direct positioning, such as the triangulation to landmarks and survey points, a Dahlman Eisen or navigation uses satellite signals, such as GPS, on.
  • high demands on accuracy must be met, since small deviations over time or the path to large errors can accumulate, in particular for locating purposes.
  • the schlupfbe ⁇ -related errors for driving and driven wheels can be strong in different ways and also depend on entirely different factors.
  • the slip of the driving wheel ⁇ depends not only on the axle load, but more of the total inertia of the vehicle or the team of Zu ⁇ ges, while the size of the slip of the driven Ra ⁇ plays no role.
  • the consideration of the said deviations is complicated and requires additional information, such as the mass of the vehicle and overhanging at ⁇ wagons.
  • additional sensors such as force sensors
  • the load changes or changes in speed forces more fixes for the driving wheel are erforder ⁇ lich for the contributions by acceleration.
  • friction coeffi ⁇ cients come with different friction coeffi ⁇ cients, by different
  • US 2004/0 221 790 A1 describes a vehicle which measures its driving speed with the aid of optical detection of the traveled subsoil.
  • EP 1 865 465 A1 describes a device for determining a speed of a vehicle, which is set up to take pictures of a traveled route and to compensate for changes in distance to the ground.
  • a direct position determination e.g. by triangulation, is too time-consuming and often too, such as in satellite navigation, not comprehensively feasible.
  • This object is achieved by a method for determining a traveled distance of a rail vehicle according to Pa 1, a device for determining a distance traveled by a rail vehicle according to patent ⁇ claim 11 and a rail vehicle according to claim 12 solved.
  • a plurality of images of the running surfaces of the rails traveled by the rail vehicle at a known distance from the rails are detected on the vehicle side at predetermined, successive points in time.
  • the distance to the environment is kon ⁇ stant.
  • the distance to the rails in particular is to be understood from a ⁇ stand between a sensor unit or image detection unit of the rail vehicle, which is adapted for detecting the images of the running surfaces of the rails, and the Laufflä ⁇ surfaces of the rails.
  • the sensor unit or image acquisition unit of the rail vehicle can be mounted on an unsprung ⁇ th element of the rail vehicle.
  • an unsprung member can be, for example a bogie in case of a rail vehicle ⁇ zeugs having a defined distance to the traffic rails.
  • Parts of the tracks, such as the running surface of the rails, can be regarded as being erfas ⁇ send objects or structures for distance measurement are used.
  • the running surfaces of the rails as they have a largely identical,-fault ⁇ free normally and freed of impurities or foreign matter surface, in particular after passing through at least a wheel, so that the function of the sensor unit advantageously to this surface texture in With regard to a high measuring accuracy can be optimized.
  • the attachment of the sensors between two wheels for example, the two wheels of a Bogie, especially advantageous. Also, this results in a certain protection against whirled objects or dirt particles from which the housing of the sensor unit can otherwise be hit.
  • rooms are to be understood as meaning any type of spatially resolved sensor measured values corresponding to a projection and corresponding to a projection with sensors having a plurality of sensor pixels or, for example, such an “image” may also comprise only two pixels.
  • a "picture” a greater to ⁇ number of pixels, which positions of objects and patterns are easier to identify the objects.
  • image is intended to include optical images in this context, but it is not an optical sensor accommodation be limited in the visible wavelength range, but also other spatially resolving, based on projections sensoriel ⁇ le method should also be included.
  • structures such as certain patterns to said running surfaces of the rails ⁇ identified.
  • the images recorded at different points in time thus comprise one and the same pattern, which occur offset in the images by a displacement path. Furthermore, the positions of the identified structures in the respective images are determined.
  • a displacement path of the structures is determined.
  • Closing lent is determined a traveling distance between the predetermined times path based on the displacement path and the most ⁇ th distance between the vehicle and rails.
  • the method according to the invention is advantageously independent of wheel-specific variables, such as the wheel circumference or the friction of the wheels. Consequently, changes in these variables in the distance measurement must also not be taken into account, simplifying the measurement process and still allows a high Exactly ⁇ ness in the measurement.
  • the distance traveled is measured directly, can Störef ⁇ fect and inaccuracies as they occur with indirect measurement methods can be avoided. Due to the sensorial projective measurement, wear of mechanical components is avoided.
  • the sensors can be selected to be small. As a result, they are easier to protect against environmental influences. For example, the sensors can be protected from frost damage or icing by a small-sized heater. Furthermore, the sensors are also easier to maintain. As bankss-, the sensors with the help of an air conditioner, advantageously by air the air stream, clean, can be eliminated so as to ⁇ additional maintenance facilities or appropriate measures to clean the sensors.
  • the device according to the invention for determining a distance traveled by a rail vehicle has a vehicle-side sensor unit for detecting a plurality of images of the running surfaces of the rails traveled by the vehicle at a known distance between the vehicle and rails at predetermined, successive points in time.
  • Part of the device according to the invention is also a pattern identification unit, which is set up to identify structures which occur in several of the captured images.
  • the device according to the invention also comprises a position determination unit for determining the positions of the identified structures in the respective images.
  • the inventive device also comprises a displacement detecting unit for detecting a displacement path of the structures based on the determined positions of the structures, and a path determination unit for determining an interim ⁇ rule the predetermined times traveled by the vehicle path based on the displacement path and be ⁇ knew the distance between the vehicle and the rails.
  • a displacement detecting unit for detecting a displacement path of the structures based on the determined positions of the structures
  • a path determination unit for determining an interim ⁇ rule the predetermined times traveled by the vehicle path based on the displacement path and be ⁇ knew the distance between the vehicle and the rails.
  • the rail vehicle according to the invention has at least one device according to the invention for determining a distance traveled by a rail vehicle.
  • Some essential components of the device according to the invention for determining a traveled distance of a rail vehicle may be designed in the form of software components. This relates in particular to the pattern identification unit, the position determination unit, the displacement determination unit and the path determination unit.
  • these components can also be partly realized, in particular in the case of particularly fast calculations, in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like.
  • a largely software-based implementation has the advantage that even previously used control systems for a corresponding equipment with a suitable sensor unit in a simple manner by a software update nachgerüs ⁇ tet can be to work in the inventive way to work ⁇ .
  • the object is also achieved by a computer program product which can be loaded directly into a memory of a control system of a rail vehicle
  • Such a computer program product can next to the computer program ⁇ any additional ingredients such as egg ⁇ ne documentation and / or additional components, including hardware components, such as hardware keys (dongles, etc.) to use the software.
  • a computer-readable medium for example a memory stick, a hard disk or other transportable or permanently installed data carrier can be used, on which the program sections of the computer which can be read and executed by a computer unit - Programs are stored.
  • the computer unit may e.g.
  • a surface of the driving ⁇ path is detected visually than ambient.
  • the track is always approximately the same distance to the vehicle.
  • the sensor unit for example an image recording unit, is positioned in the region of the unsprung masses, ie on unsprung elements, such as the axles or the axle suspension of the vehicle, in order to minimize changes in distance between the sensor unit and the roadway. Nevertheless, slight differences in distance occur between the ground or the surface of the track and one on the
  • Vehicle mounted sensor unit so ei ⁇ ne distance measuring device may be additionally arranged on the vehicle, with a distance between the sensor unit and the upper area of the driveway is measured. The measured Abstandsän ⁇ tion is then taken into account in the determination of the distance traveled. Is it especially in two-wheeled vehicles due to
  • the known distance to the rails or the running surfaces of the rails encompasses the object width of the captured images.
  • the known distance comprises the distance between a detected object and the pictures of a sensor unit, or in this case of the image pickup ver ⁇ applied image pickup unit.
  • the object width has the same value in the different images. That is, the objects taken for the distance measurement on the images are always at a constant distance from the image acquisition unit.
  • the distance between the area and the imaging unit need not be constantly measured in this variant, as it currency ⁇ rend remains constant driving.
  • Rail-bound vehicles have the advantage that they have a particularly pronounced fixation between the vehicle and the track. Thus the steering movements occurring in other vehicle types ⁇ fall away or are greatly reduced. Any pendulum movements that occur can be taken into consideration in the case of rail-bound vehicles in a speed-dependent manner. Consequently, the cost of Cor ⁇ corrections in this type of vehicles is significantly lower than for road vehicles.
  • rail vehicles there are more design options for tion of objects at defined distances, as mentioned above.
  • the speed of the rail ⁇ vehicle is determined based on the distance covered and the predetermined times. As speed in this connexion to ⁇ the average speed to be understood between the front ⁇ specific times. Using the speed data, the dynamic behavior of the vehicle can be adapted to a schedule or on an individual devissi ⁇ situation zeugs.
  • an absolute position of the rail vehicle is determined on the basis of track-side markings and the absolute position of the rail vehicle at other times is determined on the basis of the absolute position determined at the predetermined time determined since the predetermined time determined path traveled by the rail vehicle.
  • Anchor points in the vicinity of the slide ⁇ nenhuss be used to advantage for determining the position of the rail vehicle, which are provided with corresponding markings.
  • the track-side markings comprise one of the following objects or are arranged on one of the following objects:
  • balise is a kind of information transmission device, wel che are arranged on sleepers. Since the aforementioned Whether ⁇ projects are by design provided in the application of the method, on rail vehicles, no additional devices must be installed in the track area to locate the markers mentioned.
  • At least one of the following devices is used for image recording:
  • the senor types mentioned can also be combined with one another as desired in order to achieve an increased robustness of the system against disturbances which can be caused, for example, by weather influences.
  • known measuring methods used for measuring mouse movements and based on optical lasers or light-emitting diodes are used in computer technology.
  • the device used for carrying out the method according to the invention for measuring a distance traveled can be kept particularly simple.
  • it comprises an optical sensor unit, wel ⁇ che may detect the area illuminated by a light emitting diode or a laser base, and additionally a Ausireein- direction.
  • the evaluation device can also be arranged in a central computing device of the vehicle.
  • the optical sensor delivers patterns at defined intervals, which are evaluated in the evaluation device. Under use The pattern recognition determines the movement as well as the speed of the rail vehicle from the pattern sequences.
  • the sampling rate can adapt by a controller using the data of the evaluation device to the VELOCITY automatically, so that an optimal sampling rate for a ge ⁇ precise velocity determination can be determined.
  • a light source here red or blue LEDs or a laser can be used.
  • the evaluation device can be a Digital Signal Processor (DSP), which is programmed accordingly. In the case of application to a shift ⁇ nenaff the images can be recorded directly from the top of the rail.
  • DSP Digital Signal Processor
  • a defined distance Zvi ⁇ rule of the sensor unit and the object which allows an optimum focus position of the sensor unit.
  • the placement of the sensor unit on bogies of the rail vehicle he ⁇ leaves it a virtually unchanged distance to the rail.
  • an adaptation of the optics of the sensor unit can be made. So that the sensor unit works even at higher speeds, the illumination area can be increased. In this way, successive images comprise a sufficiently large overlap, so that a shift between the two images can be determined.
  • Wear-related possible changes in the distance between the wheel and rail by reducing the wheel diameter can be advantageously compensated by a suitable depth of field reserve of the optical imaging system or if this reserve is no longer sufficient during prolonged operation, by a possible readjustment of the optical imaging system of the sensor unit in the context of vehicle maintenance.
  • a check or readjustment of the optical imaging system takes place in particular when wheel tires or wheels changed (eg twisting of bumps) or be changed.
  • a pattern recognition is carried out to identify the structures on the basis of the captured images, and a shift of the recognized patterns is used to determine the displacement path.
  • Images can then be analyzed in a computing unit by means of image processing, from which the forward movement of the camera and thus the distance covered by the rail ⁇ vehicle is determined in the manner described.
  • an image pickup rate in dependence on the determined speed of the rail vehicle is turned ⁇ represents.
  • the image recording rate is adjusted to the speed of the vehicle, so that sufficient for ei ⁇ ne speed number of images per time is taken ⁇ interval to eg make out a pattern on a plurality of successively captured images and so a shift of this Pattern.
  • a comparison of the traveled distance determined on the basis of the acquired images and the known position of the mark-side markings is carried out and parameters for correction calculations for determining the distance traveled are adapted on the basis of the comparison.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a rail-bound transport system with a path-determining device moves according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a sensor unit for
  • FIG 3 is a plan view of a rail of a Schienenab ⁇ section
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of images taken at different points in time of a rail pattern
  • FIG. 5 shows a flow chart which illustrates a method for determining a traveled distance of a rail vehicle
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a path-determining ⁇ device according to an embodiment of the invention.
  • FIG 1 is a rail-bound transport system 1 with a means 60 for determining a distance traveled by a vehicle, hereinafter referred to briefly as a path-Determined ⁇ averaging means 60, in accordance illustrates a perpetratsbei ⁇ play of the invention.
  • Part of the Transportsys ⁇ tems 1 is a vehicle, in this case, a locomotive 10, which moves on a rail track.
  • the locomotive ⁇ ve 10 includes two chassis 12, with wheels 13. At one of the chassis 13 is a Weg- Detektorsein ⁇ direction 60 according to an embodiment of the invention.
  • the path detection means 60 is such arranged on the alternate Fahrge- 12 that may be created by their image recordings from the running surface of the rails ⁇ .
  • 11 Part of the locomotive 10 are still structures 14, including a Drive device and a driver's cab (not shown in detail) include.
  • a chassis 12 is shown with a path-determining device 60 according to an embodiment of the invention.
  • the path determining device 60 comprises an off ⁇ evaluation unit 61, an illumination unit 62 and an image pickup unit 63.
  • the evaluation unit 61 detects from the image pickup unit 63, captured image data and ermit- telt on the basis of a between two image pickup time points ti and t2 distance traveled R.
  • Image recording ⁇ unit 63 has an objective 63 a, which is at a fes ⁇ th distance d from the tread of the rail 11.
  • the illumination unit 62 illuminates a rail portion of the rail 11, which is recorded as an image ⁇ Lich of the image pickup unit 63rd
  • the evaluation unit 61 comprises a plurality of functional units, which are illustrated in detail in FIG.
  • FIG. 3 shows a plan view of the running surface of a rail track 11.
  • On the running surface of the track rail 11 are patterns M at positions P, which are captured with the image pickup unit 63 shown in FIG 2.
  • FIG. 4 shows two images B (ti), B (t 2 ) recorded at the different times ti and t 2 .
  • To set individual posi ⁇ tions in the two images B (t), B (t 2), the two images are integrated in each case in an xy coordinate system.
  • first picture B (ti) is a recorded pattern M at a first position with a first x-coordinate x (ti) and the second image B (t 2) be ⁇ takes the same pattern M with at a second position a second x-coordinate x (t 2 ).
  • the pattern in the second image B (t 2 ) has shifted to the left. Based on the coordinate shift results in a shift W of the pattern M in the two images
  • a flow chart 500 which illustrates an Ver ⁇ drive for determining a distance traveled R of a rail vehicle according to an embodiment of OF INVENTION ⁇ dung.
  • step 5.1 initially while driving a rail vehicle with the aid of an image recording unit as a sensor unit of the Schienenfahr ⁇ convincing at a first time ti and a second time point t 2 images B (ti), B (t 2 ) of a straight überfah ⁇ ren rail section created.
  • this is the lens of the image pickup unit down towards the running surface of railroad rail traversed ge ⁇ directed.
  • step 5 II in the two ertude- th images B (t), B (t 2) in common pattern occurring M iden tified ⁇ .
  • This process is done automatically using a pattern recognition algorithm.
  • This algorithm can, for example, with the help of a machine learning process, which also a
  • Training phase may have been adapted to the existing pattern on the tread of the railroad tracks.
  • step 5 III positions x (ti), x (t 2 ) of the identified patterns M in the respective images B (ti), B (t 2 ) are determined. Based on the detected positions x (t), x (t 2) is then W explained in the Step 5. IV a displacement in the image on ⁇ took B (ti), B (t 2), as described in connection with FIG 4, calculated.
  • a distance R traveled between the predetermined times ti, t 2 is calculated on the basis of the displacement path W and the known distance d between the lens of the image pickup unit and the running surface of the railway rail.
  • a device 60 for determining a traveled distance of a rail vehicle comprises a sensor unit 63, which is arranged on the rail vehicle.
  • the sensor unit 63 is used to capture a plurality of images B (ti), B (t 2 ) of the running surface of a Schie ⁇ ne, which is traveled by the rail vehicle.
  • the running ⁇ surface of the rail is located in a known and con- stant distance from the sensor unit 63.
  • the sensor ⁇ unit 63 mounted on one of the chassis, which are themselves unsprung and therefore perform any spring or roll motion.
  • the images B (t), B (t 2) to be predetermined, on successive ⁇ times ti, t 2 was added and transmitted to an input interface 61 of a vehicle-mounted evaluation means ⁇ 61st
  • the image data B (t), B (t 2) to a pattern ⁇ identifying unit 61b transmits, which is Kne- to directed, B (ti), B (t 2) after together emerging patterns M to analyze the captured images and to identify them.
  • the determined patterns M are transmitted to a position detection unit 61c, which is set up for this purpose is to determine the positions x (ti), x (t 2 ) of the identified patterns M in the respective images B (ti), B (t 2 ).
  • He ⁇ mediated positions x (t), x (t 2) of the identified patterns M are then transmitted to an integrated Verschiebungsappsein- 61d, which is adapted to a
  • Displacement path W of the pattern M on the basis of the determined Po ⁇ positions x (ti), x (t 2 ) of the pattern M to determine.
  • the data relating to the displacement path W are transmitted to a road-Determined ⁇ averaging unit oils, which is adapted to in connection with Figures 4 and 5 the manner described a between the predetermined times t, t 2 covered path R on the basis of of the displacement path W and the known distance d between the vehicle and the environment.

Abstract

A method for determining a distance (R) travelled by a rail vehicle (10) is described. A plurality of images (B(t1), B(t2)) of the running faces of the rails travelled on by the rail vehicle (10) with known clearance (d) between the vehicle (10) and rails are captured at successive predetermined times (t1, t2) on the vehicle side. Furthermore, commonly occurring structures (M) are identified in a plurality of the captured images B(t1), B(t2). Subsequently, the positions (x(t1), x(t2)) of the identified structures (M) in the respective images (B(t1), B(t2)) are determined. On the basis of the determined positions (x(t1), x(t2)) of the structures (M), a displacement (W) of the structures (M) is determined. Finally, a distance (R) travelled between the predetermined times (t1, t2) is determined on the basis of the displacement (W) and the known clearance (d) between the vehicle (10) and the rails (11). A device (60) for determining a distance (R) travelled by a rail vehicle (10) is also determined. In addition, a rail vehicle (10) is described.

Description

Beschreibung description
Wegstrecken- und Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe von Bild- aufnahmen Distance and speed measurement with the aid of image recordings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs. Zudem be¬ trifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln einer zu- rückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs. Überdies be¬ trifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug. The invention relates to a method for determining a traveled distance of a rail vehicle. In addition, be ¬ the invention meets a means for determining covered a distance of a railway vehicle. Moreover, be ¬ the invention meets a rail vehicle.
Bei dem Einsatz von Fahrzeugen ist es notwendig, deren Geschwindigkeit zu kennen. Weiterhin ist es wünschenswert, auch deren exakte Position zu kennen. Eine Methode zur Ermittlung dieser Daten ist die Odometrie. Die Odometrie weist grund¬ sätzlich einen anderen Charakter als Messmethoden zur direkten Positionsbestimmung, wie z.B. die Triangulation zu Landmarken und Vermessungspunkten, einen Kartenangleich oder eine Navigation anhand von Satellitensignalen, wie z.B. GPS, auf. Die Odometrie verwendet für die Positions- und Geschwindig¬ keitsermittlung Daten des Vortriebssystems. Um odometrische Verfahren für eine Geschwindigkeits- oder Ortsermittlung nutzen zu können, müssen hohe Anforderungen an die Genauigkeit erfüllt werden, da sich insbesondere für die Ortsermittlung auch kleine Abweichungen über die Zeit oder die Wegstrecke zu großen Fehlern akkumulieren können. When using vehicles, it is necessary to know their speed. Furthermore, it is desirable to know their exact position. One method of determining this data is odometry. The odometry has fundamentally ¬ additionally a different character than measuring methods for the direct positioning, such as the triangulation to landmarks and survey points, a Kartenangleich or navigation uses satellite signals, such as GPS, on. The odometry used for position and VELOCITY ¬ keitsermittlung data of the propulsion system. In order to be able to use odometric methods for determining speed or location, high demands on accuracy must be met, since small deviations over time or the path to large errors can accumulate, in particular for locating purposes.
Ein Beispiel für eine odometrische Ermittlung von Wegstrecken und Geschwindigkeitswerten ist die Zählung von Umdrehungen eines Rades von bekanntem Umfang. Allerdings ist diese Vor¬ gehensweise für viele Anwendungen zu ungenau, da sich die Fehler durch den Schlupf des Rades, dessen Umdrehungen gezählt werden, akkumulieren. Außerdem ändert sich der Radum- fang allmählich aufgrund von Abnutzung. Daher muss der Radumfang von Zeit zu Zeit neu bestimmt werden, damit der Messfeh¬ ler nicht zu groß wird. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit kann die Umdrehungszahl gleichzeitig von einem treibenden und einem getriebenen Rad, idealerweise mit gleichen Reibungskoeffizienten, erfasst werden. Da der Schlupf bei dem treibenden Rad positive Abwei- chungen bewirkt, bei dem getriebenen Rad dagegen negative Abweichungen bewirkt, kompensieren sich die schlupfbedingten Fehler zumindest teilweise. Allerdings können die schlupfbe¬ dingten Fehler für treibende und getriebene Räder zum Teil stark unterschiedlich sein und auch von ganz anderen Faktoren abhängig sein. Beispielsweise hängt der Schlupf des treiben¬ den Rads nicht nur von der Achslast, sondern mehr noch von der gesamten Trägheit des Fahrzeugs bzw. des Gespanns des Zu¬ ges ab, während die Größe für den Schlupf des getriebenen Ra¬ des keine Rolle spielt. Mithin ist die Berücksichtigung der genannten Abweichungen kompliziert und erfordert zusätzliche Informationen, wie z.B. die Masse des Fahrzeugs und der an¬ hängenden Waggons. Hierfür können z.B. zusätzliche Sensoren, beispielsweise Kraftsensoren, für die Ermittlung der tatsächlichen Anhängelasten verwendet werden, die nicht nur durch die Massen der angehängten Fahrzeuge beeinflusst werden, sondern auch z.B. von den durch unterschiedliche Neigungen des Fahrweges unter dem Gespann oder Zug verursachten Schwer- kraftbeiträgen abhängen. Bei Lastwechseln oder Geschwindigkeitswechseln sind wegen der Beiträge durch Beschleunigungs- kräfte weitere Korrekturen für das treibende Rad erforder¬ lich. Ferner kommen durch unterschiedliche Reibungskoeffi¬ zienten, z.B. durch unterschiedlichen An example of odometrical determination of distances and speeds is the counting of revolutions of a wheel of known magnitude. However, this pre ¬ go as too inaccurate for many applications because the errors caused by the slip of the wheel whose revolutions are counted accumulate. In addition, the wheel circumference gradually changes due to wear. Therefore, the circumference of time must be resized to time so that the Messfeh ¬ ler is not too large. To improve the accuracy of measurement, the number of revolutions can be simultaneously detected by one driven and one driven wheel, ideally with the same coefficient of friction. Since the slip causes positive deviations in the driving wheel, but causes negative deviations in the driven wheel, the slip-related errors at least partially compensate each other. However, the schlupfbe ¬-related errors for driving and driven wheels can be strong in different ways and also depend on entirely different factors. For example, the slip of the driving wheel ¬ depends not only on the axle load, but more of the total inertia of the vehicle or the team of Zu ¬ ges, while the size of the slip of the driven Ra ¬ plays no role. Thus, the consideration of the said deviations is complicated and requires additional information, such as the mass of the vehicle and overhanging at ¬ wagons. For this purpose, for example, additional sensors, such as force sensors, can be used for determining the actual trailer loads, which are not only influenced by the masses of the attached vehicles, but also depend, for example, on the gravity contributions caused by different inclinations of the travel path under the vehicle or train , When the load changes or changes in speed forces more fixes for the driving wheel are erforder ¬ lich for the contributions by acceleration. Further, for example, come with different friction coeffi ¬ cients, by different
Untergrundbeschaffenheiten, für die jeweiligen Räder des Gespanns oder Zuges weitere Beiträge hinzu, welche wieder un- terschiedlich auf getriebene und treibende Räder wirken. Mit¬ hin verbleibt als Hauptursache der Ungenauigkeiten die indi¬ rekte und dadurch fehlerbehaftete Messung über das Rad, wel¬ che nur schwer und ungenau mittels Korrekturen verbessert werden kann. Underground conditions, for the respective wheels of the car or train added further contributions, which act again differently on driven and driving wheels. With ¬ out remains as the main cause of inaccuracies indi ¬ rect and thus error-prone measurement on the wheel, wel ¬ che can be improved only with difficulty and inaccurate by means of corrections.
Ein anderes Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung ist in DE 10 2010 022 592 AI beschrieben. Hierbei kommt eine soge¬ nannte Rolling-Shutter-Kamera zum Einsatz, bei der ein Bild zeilenweise sequenziell aufgenommen wird. Werden damit stre- ckenseitige Objekte aufgenommen, so kommt es aufgrund der Be¬ wegung des Fahrzeugs und damit auch der Kamera zu Bildverzer¬ rungen, deren Ausmaß zur Ermittlung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs genutzt werden kann. Dabei ergeben sich jedoch Unsicherheiten bezüglich der Entfernung zwischen der Kamera und den von den Bildverzerrungen betroffenen Objekten, welche direkte Auswirkungen auf den Grad der Verzerrung und damit auf das Messergebnis bzw. dessen Genauigkeit haben. Ferner können auf manchen Strecken auch geeignete Objekte für eine Messung fehlen oder zu selten auftreten. Another method for speed measurement is described in DE 10 2010 022 592 AI. Here, a so-called ¬ rolling shutter camera is used, in which an image is recorded sequentially line by line. Be so stre- ckenseitige objects added, the result is due to the Be ¬ movement of the vehicle and thus the camera Bildverzer ¬ conclusions, the extent of which can be used to determine a speed of the vehicle. However, uncertainties arise with regard to the distance between the camera and the objects affected by the image distortions, which have direct effects on the degree of distortion and thus on the measurement result or its accuracy. Furthermore, suitable objects for a measurement may also be missing or occur infrequently on some routes.
In EP 1 981 748 Bl wird die Geschwindigkeit eines Schienen¬ fahrzeugs gemessen, wobei eine Bildfolge der Umgebung des Schienenfahrzeugs aufgenommen wird und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs anhand der Bewegung von Objekten in den Bildern ermittelt wird. In EP 1981748 Bl, the speed of a rail ¬ vehicle is measured, wherein a sequence of images of the surroundings of the railway vehicle is received and the speed of the rail vehicle is determined from the movement of objects in the images.
In US 2004/0 221 790 AI wird ein Fahrzeug beschrieben, wel- ches mit Hilfe optischer Erfassung des befahrenen Untergrunds seine Fahrgeschwindigkeit misst. US 2004/0 221 790 A1 describes a vehicle which measures its driving speed with the aid of optical detection of the traveled subsoil.
In EP 1 865 465 AI wird eine Einrichtung zum Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs beschrieben, welche dazu ein- gerichtet ist, Bilder von einer befahrenen Strecke aufzunehmen und Abstandsänderungen zum Boden zu kompensieren. EP 1 865 465 A1 describes a device for determining a speed of a vehicle, which is set up to take pictures of a traveled route and to compensate for changes in distance to the ground.
Eine direkte Positionsbestimmung, z.B. durch Triangulation, ist zu aufwändig und oft auch, wie z.B. bei der Satellitenna- vigation, nicht flächendeckend durchführbar. A direct position determination, e.g. by triangulation, is too time-consuming and often too, such as in satellite navigation, not comprehensively feasible.
Es besteht also ein Problem, ein ausreichend genaues, mög¬ lichst flächendeckend verfügbares und gleichzeitig möglichst einfach durchzuführendes Verfahren zur Wegmessung und Ge- schwindigkeitsmessung anzugeben. So there is a problem that a sufficiently accurate, mög ¬ lichst coverage available yet simple as possible to be implemented method for measuring displacement and overall specify schwindigkeitsmessung.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs gemäß Pa- tentanspruch 1, eine Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs gemäß Patentan¬ spruch 11 und ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst . This object is achieved by a method for determining a traveled distance of a rail vehicle according to Pa 1, a device for determining a distance traveled by a rail vehicle according to patent ¬ claim 11 and a rail vehicle according to claim 12 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs werden fahr- zeugseitig mehrere Bilder von den Laufflächen der von dem Schienenfahrzeug befahrenen Schienen in bekanntem Abstand zu den Schienen zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst. Vorzugsweise ist der Abstand zur Umgebung kon¬ stant. Als Abstand zu den Schienen soll insbesondere ein Ab¬ stand zwischen einer Sensoreinheit oder Bilderfassungseinheit des Schienenfahrzeugs, welche zum Erfassen der Bilder von den Laufflächen der Schienen eingerichtet ist, und den Laufflä¬ chen der Schienen verstanden werden. Um einen festen Abstand zwischen der Sensoreinheit oder Bilderfassungseinheit des Schienenfahrzeugs und einer Struktur der Laufflächen der Schienen zu erreichen, kann z.B. die Sensoreinheit oder Bil- derfassungseinheit des Schienenfahrzeugs an einem ungefeder¬ ten Element des Schienenfahrzeugs montiert sein. Ein solches ungefedertes Element kann z.B. im Fall eines Schienenfahr¬ zeugs ein Drehgestell sein, welches einen definierten Abstand zu den befahrenen Gleisen aufweist. Teile der Gleise, wie z.B. die Lauffläche der Schienen, können dann als zu erfas¬ sende Objekte bzw. Strukturen für die Wegstreckenmessung genutzt werden. In the method according to the invention for determining a distance traveled by a rail vehicle, a plurality of images of the running surfaces of the rails traveled by the rail vehicle at a known distance from the rails are detected on the vehicle side at predetermined, successive points in time. Preferably, the distance to the environment is kon ¬ stant. As the distance to the rails in particular, is to be understood from a ¬ stand between a sensor unit or image detection unit of the rail vehicle, which is adapted for detecting the images of the running surfaces of the rails, and the Laufflä ¬ surfaces of the rails. In order to achieve a fixed distance between the sensor unit or image acquisition unit of the rail vehicle and a structure of the running surfaces of the rails, for example, the sensor unit or image acquisition unit of the rail vehicle can be mounted on an unsprung ¬ th element of the rail vehicle. Such an unsprung member can be, for example a bogie in case of a rail vehicle ¬ zeugs having a defined distance to the traffic rails. Parts of the tracks, such as the running surface of the rails, can be regarded as being erfas ¬ send objects or structures for distance measurement are used.
Besonders geeignet sind hierbei die Laufflächen der Schienen, da sie, insbesondere nach dem Überfahren durch mindestens ein Rad eine weitestgehend gleichartige, in der Regel störungs¬ freie und von Verunreinigungen oder Fremdkörpern befreite Oberfläche aufweisen, so dass die Funktion der Sensoreinheit vorteilhaft auf diese Oberflächenbeschaffenheit im Hinblick auf eine hohe Messgenauigkeit optimiert werden kann. Um den Zustand des vorherigen Überfahrens auch im Zweirichtungsbe¬ trieb zu gewährleisten, ist die Anbringung der Sensoren zwischen zwei Rädern, beispielsweise den beiden Rädern eines Drehgestells, besonders vorteilhaft. Auch ergibt sich hierbei ein gewisser Schutz vor aufgewirbelten Objekten oder Schmutzpartikeln von denen das Gehäuse der Sensoreinheit andernfalls getroffen werden kann. Especially suitable are the running surfaces of the rails, as they have a largely identical,-fault ¬ free normally and freed of impurities or foreign matter surface, in particular after passing through at least a wheel, so that the function of the sensor unit advantageously to this surface texture in With regard to a high measuring accuracy can be optimized. In order to ensure the state of the previous pass also in Zweirichtungsbe ¬ drive, the attachment of the sensors between two wheels, for example, the two wheels of a Bogie, especially advantageous. Also, this results in a certain protection against whirled objects or dirt particles from which the housing of the sensor unit can otherwise be hit.
Als „Büder" sollen in diesem Zusammenhang jede Art von mit Sensoren mit mehreren Sensorpixeln oder mehreren Sensorelementen erfassten, einer Projektion entsprechenden, ortsaufgelösten Sensormesswerten verstanden werden. Beispielsweise kann ein solches „Bild" auch nur zwei Bildpunkte umfassen.In this context, "brooms" are to be understood as meaning any type of spatially resolved sensor measured values corresponding to a projection and corresponding to a projection with sensors having a plurality of sensor pixels or, for example, such an "image" may also comprise only two pixels.
Bevorzugt jedoch umfasst ein solches „Bild" eine größere An¬ zahl von Bildpunkten, wodurch Positionen von Objekten und Mustern auf den Objekten leichter zu ermitteln sind. Der Begriff „Bild" soll in diesem Zusammenhang optische Aufnahmen umfassen, soll aber nicht auf eine optische Sensoraufnahme im sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt sein, sondern auch andere ortsauflösende, auf Projektionen basierende sensoriel¬ le Verfahren sollen davon ebenfalls umfasst sein. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dann in mehreren der erfassten Bilder gemeinsam auftretende Strukturen, beispielsweise bestimmte Muster auf den genannten Lauf¬ flächen der Schienen, identifiziert. Die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder umfassen also ein und die- selben Muster, welche in den Bildern um einen Verschiebungsweg versetzt auftreten. Weiterhin werden die Positionen der identifizierten Strukturen in den jeweiligen Bildern ermittelt. Auf Basis der ermittelten Positionen der Strukturen wird ein Verschiebungsweg der Strukturen ermittelt. Schließ- lieh wird ein zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten zurückgelegter Weg auf Basis des Verschiebungswegs und des bekann¬ ten Abstands zwischen Fahrzeug und Schienen ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft unabhängig von radspezifischen Größen, wie z.B. dem Radumfang oder der Rei- bung der Räder. Mithin müssen Änderungen dieser Größen bei der Wegstreckenmessung auch nicht berücksichtigt werden, was das Messverfahren vereinfacht und trotzdem eine hohe Exakt¬ heit bei der Messung erlaubt. Da im Rahmen des Verfahrens die zurückgelegte Wegstrecke direkt gemessen wird, können Störef¬ fekte und Ungenauigkeiten, wie sie bei indirekten Messverfahren auftreten, vermieden werden. Aufgrund der sensoriellen projektiven Messung wird ein Verschleiß von mechanischen Kom- ponenten vermieden. Wird bei dem Verfahren eine kleine Gegenstandsweite für die Aufnahme der Bilder gewählt, so können Umwelteinflüsse und damit verbundene Störungen der Wegstre¬ ckenmessung minimiert werden. Aufgrund des geringen Abstands zwischen Sensoren und abzubildenden Strukturen können die Ab- messungen der Sensoren klein gewählt werden. Mithin lassen sich diese leichter vor Umwelteinflüssen schützen. Beispielsweise lassen sich die Sensoren durch eine klein dimensionierte Heizung vor Frostschäden oder Vereisung schützen. Weiterhin lassen sich die Sensoren auch leichter warten. Beispiels- weise können die Sensoren mit Hilfe einer Luftspülung, vorteilhaft durch Luft des Fahrtwindes, reinigen, so dass zu¬ sätzliche Wartungseinrichtungen oder entsprechende Maßnahmen zur Reinigung der Sensoren entfallen können. Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs weist eine fahr- zeugseitige Sensoreinheit zum Erfassen von mehreren Bildern von den Laufflächen der von dem Fahrzeug befahrenen Schienen in bekanntem Abstand zwischen Fahrzeug und Schienen zu vorbe- stimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auf. Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist außerdem eine Musteridentifizierungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, in mehreren der erfassten Bilder gemeinsam auftretende Strukturen zu identifizieren. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst auch eine Positionsermittlungseinheit zum Ermitteln der Positionen der identifizierten Strukturen in den jeweiligen Bildern. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist zudem eine Verschiebungs- ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Verschiebungswegs der Strukturen auf Basis der ermittelten Positionen der Struktu- ren und eine Weg-Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines zwi¬ schen den vorbestimmten Zeitpunkten durch das Fahrzeug zurückgelegten Wegs auf Basis des Verschiebungswegs und des be¬ kannten Abstands zwischen Fahrzeug und Schienen auf. Auf Grund des bekannten Zeitabstandes zwischen zwei Messungen und des ermittelten Weges kann auch eine Durchschnittsgeschwindigkeit für den ermittelten Wegabschnitt bestimmt werden und, bei kleinen Messabständen, als hinreichend genaue Näherung für die Momentangeschwindigkeit angegeben werden. But preferably comprises such a "picture" a greater to ¬ number of pixels, which positions of objects and patterns are easier to identify the objects. The term "image" is intended to include optical images in this context, but it is not an optical sensor accommodation be limited in the visible wavelength range, but also other spatially resolving, based on projections sensoriel ¬ le method should also be included. As part of the process of the invention are then in a number of the captured images together occurring structures such as certain patterns to said running surfaces of the rails ¬ identified. The images recorded at different points in time thus comprise one and the same pattern, which occur offset in the images by a displacement path. Furthermore, the positions of the identified structures in the respective images are determined. On the basis of the determined positions of the structures, a displacement path of the structures is determined. Closing lent is determined a traveling distance between the predetermined times path based on the displacement path and the most ¬ th distance between the vehicle and rails. The method according to the invention is advantageously independent of wheel-specific variables, such as the wheel circumference or the friction of the wheels. Consequently, changes in these variables in the distance measurement must also not be taken into account, simplifying the measurement process and still allows a high Exactly ¬ ness in the measurement. As part of the procedure, the distance traveled is measured directly, can Störef ¬ fect and inaccuracies as they occur with indirect measurement methods can be avoided. Due to the sensorial projective measurement, wear of mechanical components is avoided. If you select a small object distance for taking pictures in the process, so environmental factors and related disorders Wegstre ¬ ckenmessung can be minimized. Due to the small distance between sensors and structures to be imaged, the dimensions of the sensors can be selected to be small. As a result, they are easier to protect against environmental influences. For example, the sensors can be protected from frost damage or icing by a small-sized heater. Furthermore, the sensors are also easier to maintain. As Beispiels-, the sensors with the help of an air conditioner, advantageously by air the air stream, clean, can be eliminated so as to ¬ additional maintenance facilities or appropriate measures to clean the sensors. The device according to the invention for determining a distance traveled by a rail vehicle has a vehicle-side sensor unit for detecting a plurality of images of the running surfaces of the rails traveled by the vehicle at a known distance between the vehicle and rails at predetermined, successive points in time. Part of the device according to the invention is also a pattern identification unit, which is set up to identify structures which occur in several of the captured images. The device according to the invention also comprises a position determination unit for determining the positions of the identified structures in the respective images. The inventive device also comprises a displacement detecting unit for detecting a displacement path of the structures based on the determined positions of the structures, and a path determination unit for determining an interim ¬ rule the predetermined times traveled by the vehicle path based on the displacement path and be ¬ knew the distance between the vehicle and the rails. On Because of the known time interval between two measurements and the determined path, an average speed for the determined path section can also be determined and, for small measuring distances, given as a sufficiently accurate approximation for the instantaneous speed.
Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug weist zumindest eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs auf. The rail vehicle according to the invention has at least one device according to the invention for determining a distance traveled by a rail vehicle.
Einige wesentliche Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Musteridentifi- zierungseinheit , die Positionsermittlungseinheit , die Ver- schiebungsermittlungseinheit und die Weg-Ermittlungseinheit. Some essential components of the device according to the invention for determining a traveled distance of a rail vehicle may be designed in the form of software components. This relates in particular to the pattern identification unit, the position determination unit, the displacement determination unit and the path determination unit.
Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. In principle, however, these components can also be partly realized, in particular in the case of particularly fast calculations, in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuerungssysteme nach ei- ner entsprechenden Ausrüstung mit einer geeigneten Sensoreinheit auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüs¬ tet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu ar¬ beiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher eines Steuerungssystems eines Schienenfahrzeugs ladbar ist, mitA largely software-based implementation has the advantage that even previously used control systems for a corresponding equipment with a suitable sensor unit in a simple manner by a software update nachgerüs ¬ tet can be to work in the inventive way to work ¬ . In this respect, the object is also achieved by a computer program product which can be loaded directly into a memory of a control system of a rail vehicle
Programmcodeabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Steuerungssystem ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer¬ programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. ei¬ ne Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hard- ware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen. Program code portions when the program is executed in the control system all the steps of the inventive method perform ¬ SEN. Such a computer program product can next to the computer program ¬ any additional ingredients such as egg ¬ ne documentation and / or additional components, including hardware components, such as hardware keys (dongles, etc.) to use the software.
Zum Transport zu dem Steuerungssystem und/oder zur Speiche- rung an oder in dem Steuerungssystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computer- programms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. For transport to the control system and / or for storage on or in the control system, a computer-readable medium, for example a memory stick, a hard disk or other transportable or permanently installed data carrier can be used, on which the program sections of the computer which can be read and executed by a computer unit - Programs are stored. The computer unit may e.g.
hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. for this purpose have one or more cooperating microprocessors or the like.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhän¬ gigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weiterge¬ bildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die ver- schiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden . The dependent claims and the following description each contain particularly advantageous embodiments and further developments of the invention. The demands of a particular category of claim can also be analogous to the depen ¬ Gigen claims of a different category of claim weiterge ¬ forms. In addition, in the context of the invention, the various features of different embodiments and claims can also be combined to form new embodiments.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah- rens, bei der als Fahrzeug ein fahrspurgebundenes Fahrzeug verwendet wird, wird als Umgebung eine Oberfläche des Fahr¬ wegs bildlich erfasst. Vorteilhaft befindet sich der Fahrweg stets in etwa dem gleichen Abstand zu dem Fahrzeug. Besonders bevorzugt wird die Sensoreinheit, beispielsweise eine Bild- aufnahmeeinheit , im Bereich der ungefederten Massen, d.h. an ungefederten Elementen, wie z.B. den Achsen oder der Achsaufhängung des Fahrzeugs positioniert, um Abstandsänderungen zwischen der Sensoreinheit und der Fahrbahn zu minimieren. Treten trotzdem leichte Abstandsschwankungen zwischen dem Un- tergrund bzw. der Oberfläche des Fahrwegs und einer an demIn a preferred variant of the procedure according to the invention Rens, in which a lane bound vehicle is used as a vehicle, a surface of the driving ¬ path is detected visually than ambient. Advantageously, the track is always approximately the same distance to the vehicle. Particularly preferably, the sensor unit, for example an image recording unit, is positioned in the region of the unsprung masses, ie on unsprung elements, such as the axles or the axle suspension of the vehicle, in order to minimize changes in distance between the sensor unit and the roadway. Nevertheless, slight differences in distance occur between the ground or the surface of the track and one on the
Fahrzeug montierten Sensoreinheit auf, so kann zusätzlich ei¬ ne Abstandsmesseinrichtung an dem Fahrzeug angeordnet sein, mit der ein Abstand zwischen der Sensoreinheit und der Ober- fläche des Fahrwegs gemessen wird. Die gemessene Abstandsän¬ derung wird dann bei der Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke mit berücksichtigt. Kommt es insbesondere bei Zweiradfahrzeugen aufgrund vonVehicle mounted sensor unit, so ei ¬ ne distance measuring device may be additionally arranged on the vehicle, with a distance between the sensor unit and the upper area of the driveway is measured. The measured Abstandsän ¬ tion is then taken into account in the determination of the distance traveled. Is it especially in two-wheeled vehicles due to
Lenkbewegungen zu einem Pendeln des Fahrzeugs um eine zu vermessende Trajektorie herum, werden für die zurückgelegte Weg¬ strecke zu große Werte ermittelt. Zur Korrektur dieser Abwei¬ chungen können die Lenkbewegungen mittels geeigneter Sensoren gemessen und durch entsprechende Korrekturwerte berücksich¬ tigt werden. Steering movements to a pendulum of the vehicle around a trajectory to be measured around, too large values are determined for the distance traveled ¬ distance. In order to correct these deviations ¬ deviate the steering movements can be measured by means of suitable sensors and actuated by respective ¬ into account correction values.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens um- fasst der bekannte Abstand zu den Schienen bzw. den Laufflä- chen der Schienen die Gegenstandsweite der erfassten Bilder. Anders ausgedrückt, umfasst der bekannte Abstand den Abstand zwischen einem auf den Bildern erfassten Gegenstand und einer Sensoreinheit bzw. in diesem Fall einer zur Bildaufnahme ver¬ wendeten Bildaufnahmeeinheit. Besonders bevorzugt weist die Gegenstandsweite in den unterschiedlichen Bildern den gleichen Wert auf. D.h., die zur Wegstreckenmessung auf den Bildern aufgenommenen Objekte befinden sich stets in einem konstanten Abstand zur Bildaufnahmeeinheit. Vorteilhaft muss bei dieser Variante der Abstand zwischen der Umgebung und der Bildaufnahmeeinheit nicht ständig gemessen werden, da er wäh¬ rend der Fahrt konstant bleibt. In one embodiment of the method according to the invention, the known distance to the rails or the running surfaces of the rails encompasses the object width of the captured images. In other words, the known distance comprises the distance between a detected object and the pictures of a sensor unit, or in this case of the image pickup ver ¬ applied image pickup unit. Particularly preferably, the object width has the same value in the different images. That is, the objects taken for the distance measurement on the images are always at a constant distance from the image acquisition unit. Advantageously, the distance between the area and the imaging unit need not be constantly measured in this variant, as it currency ¬ rend remains constant driving.
Das Verfahren lässt sich vorteilhaft auf Schienenfahrzeuge anwenden. Schienengebundene Fahrzeuge haben den Vorteil, dass diese eine besonders ausgeprägte Fixierung zwischen Fahrzeug und Fahrweg aufweisen. Damit fallen die bei anderen Fahrzeug¬ arten auftretenden Lenkbewegungen weg bzw. sind stark reduziert. Eventuell auftretende Pendelbewegungen können bei schienengebundenen Fahrzeugen geschwindigkeitsabhängig pau- schal berücksichtigt werden. Mithin ist der Aufwand für Kor¬ rekturen bei dieser Art von Fahrzeugen deutlich geringer als bei Straßenfahrzeugen. Außerdem ergeben sich für Schienenfahrzeuge konstruktionsbedingt mehr Möglichkeiten zur Abtas- tung von Objekten in definierten Entfernungen, wie sie vorstehend genannt wurden. The method can be advantageously applied to rail vehicles. Rail-bound vehicles have the advantage that they have a particularly pronounced fixation between the vehicle and the track. Thus the steering movements occurring in other vehicle types ¬ fall away or are greatly reduced. Any pendulum movements that occur can be taken into consideration in the case of rail-bound vehicles in a speed-dependent manner. Consequently, the cost of Cor ¬ corrections in this type of vehicles is significantly lower than for road vehicles. In addition, for rail vehicles there are more design options for tion of objects at defined distances, as mentioned above.
Vorzugsweise wird auf Basis des zurückgelegten Wegs und der vorbestimmten Zeitpunkte die Geschwindigkeit des Schienen¬ fahrzeugs ermittelt. Als Geschwindigkeit soll in diesem Zu¬ sammenhang die Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen den vor¬ bestimmten Zeitpunkten verstanden werden. Mit Hilfe der Geschwindigkeitsdaten kann das dynamische Verhalten des Fahr- zeugs an einen Fahrplan oder an eine individuelle Verkehrssi¬ tuation angepasst werden. Preferably, the speed of the rail ¬ vehicle is determined based on the distance covered and the predetermined times. As speed in this connexion to ¬ the average speed to be understood between the front ¬ specific times. Using the speed data, the dynamic behavior of the vehicle can be adapted to a schedule or on an individual Verkehrssi ¬ situation zeugs.
Besonders bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eine Er- mittlung einer absoluten Position des Schienenfahrzeugs anhand von streckenseitigen Markierungen vorgenommen und es wird die absolute Position des Schienenfahrzeugs zu anderen Zeitpunkten auf Basis der zu dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelten absoluten Position und des seit dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelten zurückgelegten Wegs des Schienenfahrzeugs ermittelt. Vorteilhaft werden zur Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs Ankerpunkte in der Umgebung des Schie¬ nenfahrzeugs genutzt, welche mit entsprechenden Markierungen versehen sind. Mithin können Abweichungen bei der Ermittlung des zurückgelegten Fahrwegs mit Hilfe der aufgenommenen Bilder korrigiert werden bzw. es können diese Abweichungen auf ein vorbestimmtes Ausmaß beschränkt werden. In the context of the inventive method, in addition to a predetermined point in time, an absolute position of the rail vehicle is determined on the basis of track-side markings and the absolute position of the rail vehicle at other times is determined on the basis of the absolute position determined at the predetermined time determined since the predetermined time determined path traveled by the rail vehicle. Anchor points in the vicinity of the slide ¬ nenfahrzeugs be used to advantage for determining the position of the rail vehicle, which are provided with corresponding markings. Thus, deviations in the determination of the traveled travel path can be corrected with the aid of the recorded images or these deviations can be limited to a predetermined extent.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens umfassen die streckenseitigen Markierungen eines der folgenden Objekte oder sind an einem der folgenden Objekte angeordnet : In a preferred embodiment of the method according to the invention, the track-side markings comprise one of the following objects or are arranged on one of the following objects:
- eine Weiche,  - a switch,
- eine Balise,  - a balise,
- eine Gleiskreuzung, - a track crossing,
- ein Schienenstoß,  - a rail joint,
wobei jeweils die Positionen der Objekte bekannt sind. Eine Balise ist eine Art Informationsübertragungseinrichtung, wel- che an Gleisschwellen angeordnet sind. Da die genannten Ob¬ jekte bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Schienenfahrzeuge konstruktionsbedingt vorhanden sind, müssen keine zusätzlichen Vorrichtungen im Streckenbereich montiert werden, um die genannten Markierungen anzuordnen. wherein each of the positions of the objects are known. A balise is a kind of information transmission device, wel che are arranged on sleepers. Since the aforementioned Whether ¬ projects are by design provided in the application of the method, on rail vehicles, no additional devices must be installed in the track area to locate the markers mentioned.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bildaufnahme mindestens eine der folgenden Einrichtungen verwendet : In one embodiment of the method according to the invention, at least one of the following devices is used for image recording:
- eine hochauflösende Kamera, - a high-resolution camera,
- Ultraschallsensoren,  - ultrasonic sensors,
- Schallsensoren,  - sound sensors,
- Infraschallsensoren,  - infrasonic sensors,
- Magnetsensoren,  - magnetic sensors,
- Infrarotsensoren - Infrared sensors
- optische Sensoren,  - optical sensors,
- Laser und/oder Leuchtdioden, deren reflektiertes Licht über optische Sensoren erfasst wird. Die genannten Sensorarten können auch beliebig miteinander kombiniert werden, um eine erhöhte Robustheit des Systems ge¬ gen Störungen, die z.B. durch Witterungseinflüsse bewirkt werden können, zu erreichen. In einer besonders einfach zu realisierenden Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus der Computertechnik bekannte, zur Vermessung von Mausbewegungen eingesetzte, auf optische Laser oder Leuchtdioden gestützte Messverfahren eingesetzt. Dabei kann die für die Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens verwendete Einrichtung zur Messung einer zurückgelegten Wegstrecke besonders einfach gehalten werden. Sie umfasst in diesem Fall eine optische Sensoreinheit, wel¬ che den durch eine Leuchtdiode oder einen Laser beleuchteten Untergrund erfassen kann, und zusätzlich eine Auswerteein- richtung. Die Auswerteeinrichtung kann auch in einer zentralen Recheneinrichtung des Fahrzeugs angeordnet sein. Der optische Sensor liefert in definierten Abständen Muster, die in der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Unter Verwendung der Mustererkennung werden aus Musterfolgen die Bewegung und auch die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ermittelt. Die Abtastrate kann sich automatisch durch eine Steuerung mit Hilfe der Daten der Auswerteeinrichtung an die Geschwindig- keit anpassen, so dass eine optimale Abtastrate für eine ge¬ naue Geschwindigkeitsbestimmung ermittelt werden kann. Als Lichtquelle können hier rote oder blaue Leuchtdioden oder auch ein Laser eingesetzt werden. Als Auswerteeinrichtung kann ein Digital Signal Prozessor (DSP) dienen, der entspre- chend programmiert ist. Im Fall der Anwendung auf ein Schie¬ nenfahrzeug können die Bilder direkt von der Oberkante der Schiene aufgenommen werden. Besonders vorteilhaft für eine hohe Messgenauigkeit ist hierbei ein definierter Abstand zwi¬ schen der Sensoreinheit und dem Objekt, der eine optimale ScharfStellung der Sensoreinheit erlaubt. Die Unterbringung der Sensoreinheit auf Drehgestellen des Schienenfahrzeugs er¬ laubt dabei einen nahezu unveränderten Abstand zur Schiene. Zur Anpassung der Sensoreinheit an die bei Schienenfahrzeugen größeren Abstände zwischen Sensor und Umgebung kann z.B. eine Anpassung der Optik der Sensoreinheit vorgenommen werden. Damit die Sensoreinheit auch bei höheren Geschwindigkeiten funktioniert, kann die Beleuchtungsfläche vergrößert werden. Auf diese Weise umfassen aufeinanderfolgende Bilder einen ausreichend großen Überlapp, so dass eine Verschiebung zwi- sehen den beiden Bildern ermittelt werden kann. - Laser and / or LEDs whose reflected light is detected by optical sensors. The sensor types mentioned can also be combined with one another as desired in order to achieve an increased robustness of the system against disturbances which can be caused, for example, by weather influences. In a variant of the method according to the invention which is particularly easy to implement, known measuring methods used for measuring mouse movements and based on optical lasers or light-emitting diodes are used in computer technology. In this case, the device used for carrying out the method according to the invention for measuring a distance traveled can be kept particularly simple. In this case it comprises an optical sensor unit, wel ¬ che may detect the area illuminated by a light emitting diode or a laser base, and additionally a Auswerteein- direction. The evaluation device can also be arranged in a central computing device of the vehicle. The optical sensor delivers patterns at defined intervals, which are evaluated in the evaluation device. Under use The pattern recognition determines the movement as well as the speed of the rail vehicle from the pattern sequences. The sampling rate can adapt by a controller using the data of the evaluation device to the VELOCITY automatically, so that an optimal sampling rate for a ge ¬ precise velocity determination can be determined. As a light source here red or blue LEDs or a laser can be used. The evaluation device can be a Digital Signal Processor (DSP), which is programmed accordingly. In the case of application to a shift ¬ nenfahrzeug the images can be recorded directly from the top of the rail. Particularly advantageous for a high measuring accuracy is in this case a defined distance Zvi ¬ rule of the sensor unit and the object, which allows an optimum focus position of the sensor unit. The placement of the sensor unit on bogies of the rail vehicle he ¬ leaves it a virtually unchanged distance to the rail. For adaptation of the sensor unit to the larger distance between sensor and environment in rail vehicles, for example, an adaptation of the optics of the sensor unit can be made. So that the sensor unit works even at higher speeds, the illumination area can be increased. In this way, successive images comprise a sufficiently large overlap, so that a shift between the two images can be determined.
Abnutzungsbedingte mögliche Änderungen des Abstandes zwischen Rad und Schiene durch die Verringerung des Raddurchmessers können vorteilhaft durch eine geeignete Tiefenschärfenreserve des optischen Abbildungssystems oder falls diese Reserve bei längerem Betrieb nicht mehr ausreicht, durch eine mögliche Nachjustierung des optischen Abbildungssystems der Sensoreinheit im Rahmen der Fahrzeugwartung kompensiert werden. Eine Kontrolle oder Nachjustierung des optischen Abbildungssystems erfolgt dabei insbesondere, wenn Radreifen oder Räder verändert (z.B. Abdrehen von Unebenheiten) oder gewechselt werden. In einer besonders effektiven Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Identifizierung der Strukturen anhand der erfassten Bilder eine Mustererkennung vorgenommen und es wird eine Verschiebung der erkannten Muster zur Ermittlung des Verschiebungswegs verwendet. Wear-related possible changes in the distance between the wheel and rail by reducing the wheel diameter can be advantageously compensated by a suitable depth of field reserve of the optical imaging system or if this reserve is no longer sufficient during prolonged operation, by a possible readjustment of the optical imaging system of the sensor unit in the context of vehicle maintenance. A check or readjustment of the optical imaging system takes place in particular when wheel tires or wheels changed (eg twisting of bumps) or be changed. In a particularly effective variant of the method according to the invention, a pattern recognition is carried out to identify the structures on the basis of the captured images, and a shift of the recognized patterns is used to determine the displacement path.
Eine solche Mustererkennung funktioniert besonders gut, wenn die Bilderfassung mit Hilfe von hochauflösenden Kameras erfolgt, welche den Fahrweg bzw. die im Bereich des Fahrwegs vorhandenen Strukturen erfassen. Die erfasste Abfolge vonSuch pattern recognition works particularly well if the image acquisition takes place with the aid of high-resolution cameras which record the travel path or the structures present in the area of the travel path. The recorded sequence of
Bildern kann dann in einer Recheneinheit mittels Bildverarbeitung analysiert werden, woraus die Vorwärtsbewegung der Kamera und damit die zurückgelegte Wegstrecke des Schienen¬ fahrzeugs auf die beschriebene Art und Weise ermittelt wird. Images can then be analyzed in a computing unit by means of image processing, from which the forward movement of the camera and thus the distance covered by the rail ¬ vehicle is determined in the manner described.
In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Bildaufnahmerate in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs einge¬ stellt. Bei dieser Variante wird die Bildaufnahmerate an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst, so dass eine für ei¬ ne Geschwindigkeit hinreichende Anzahl von Bildern pro Zeit¬ intervall aufgenommen wird, um z.B. ein Muster noch auf mehreren hintereinander aufgenommenen Bildern erkennen zu können und so eine Verschiebung dieses Musters erfassen zu können. In a specific embodiment of the method according to the invention an image pickup rate in dependence on the determined speed of the rail vehicle is turned ¬ represents. In this variant, the image recording rate is adjusted to the speed of the vehicle, so that sufficient for ei ¬ ne speed number of images per time is taken ¬ interval to eg make out a pattern on a plurality of successively captured images and so a shift of this Pattern.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Vergleich der auf Basis der erfassten Bilder ermittelten zurückgelegten Wegstrecke und der bekannten Position der stre- ckenseitigen Markierungen durchgeführt und es werden Para- meter für Korrekturberechnungen zur Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke auf Basis des Vergleichs angepasst. Vor¬ teilhaft werden bei dieser Variante die absoluten Streckenpo¬ sitionen der streckenseitigen Markierungen nicht nur zur Korrektur der ermittelten zurückgelegten Wegstrecke genutzt, sondern zusätzlich zur Korrektur des für künftige Wegstreckenmessungen angewendeten Rechenverfahrens, wodurch die Orts- und Geschwindigkeitsmessung auch in den Streckenab- schnitten zwischen den einzelnen streckenseitigen Markierungen weiter verbessert bzw. präzisiert wird. In a variant of the method according to the invention, a comparison of the traveled distance determined on the basis of the acquired images and the known position of the mark-side markings is carried out and parameters for correction calculations for determining the distance traveled are adapted on the basis of the comparison. Before ¬ geous absolute Streckenpo ¬ sitions trackside markers are used not only to correct the determined distance traveled in this variant, but in addition to the correction of the applied for future distance measurement calculation procedure whereby spatial and velocity measurement in the stretches of road cut between the individual trackside markings further improved or specified.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige- fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the attached figures using exemplary embodiments. Show it:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines schienengebundenen Transportsystems mit einer Weg-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bewegt, FIG 2 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit zum1 shows a schematic representation of a rail-bound transport system with a path-determining device moves according to an embodiment of the invention, Figure 2 is a schematic representation of a sensor unit for
Erfassen von Bildaufnahmen von einem Schienenabschnitt, FIG 3 eine Draufsicht auf eine Schiene eines Schienenab¬ schnitts, Acquiring image recordings of a rail portion, FIG 3 is a plan view of a rail of a Schienenab ¬ section,
FIG 4 schematische Darstellungen von zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern eines Schienenmusters, FIG 5 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs veranschaulicht,  4 shows a schematic diagram of images taken at different points in time of a rail pattern, FIG. 5 shows a flow chart which illustrates a method for determining a traveled distance of a rail vehicle,
FIG 6 eine schematische Darstellung einer Weg-Ermittlungs¬ einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung . 6 shows a schematic representation of a path-determining ¬ device according to an embodiment of the invention.
In FIG 1 ist ein schienengebundenes Transportsystem 1 mit ei- ner Einrichtung 60 zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, im Folgenden kurz als Weg-Ermitt¬ lungseinrichtung 60 bezeichnet, gemäß einem Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung veranschaulicht. Teil des Transportsys¬ tems 1 ist ein Fahrzeug, in diesem Fall eine Lokomotive 10, welche sich auf einem Schienenstrang 11 bewegt. Die Lokomoti¬ ve 10 umfasst zwei Fahrgestelle 12, mit Rädern 13. An einem der Fahrgestelle 13 befindet sich eine Weg-Ermittlungsein¬ richtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Weg-Ermittlungseinrichtung 60 ist derart an dem Fahrge- stell 12 angeordnet, dass von ihr Bildaufnahmen von der Lauf¬ fläche der Schienen 11 erstellt werden können. Teil der Lokomotive 10 sind weiterhin Aufbauten 14, die unter anderem eine Antriebseinrichtung und einen Führerstand (nicht im Detail gezeigt) umfassen. In FIG 1 is a rail-bound transport system 1 with a means 60 for determining a distance traveled by a vehicle, hereinafter referred to briefly as a path-Determined ¬ averaging means 60, in accordance illustrates a Ausführungsbei ¬ play of the invention. Part of the Transportsys ¬ tems 1 is a vehicle, in this case, a locomotive 10, which moves on a rail track. 11 The locomotive ¬ ve 10 includes two chassis 12, with wheels 13. At one of the chassis 13 is a Weg- Detektorsein ¬ direction 60 according to an embodiment of the invention. The path detection means 60 is such arranged on the alternate Fahrge- 12 that may be created by their image recordings from the running surface of the rails ¬. 11 Part of the locomotive 10 are still structures 14, including a Drive device and a driver's cab (not shown in detail) include.
In FIG 2 ist ein Fahrgestell 12 mit einer Weg-Ermittlungs- einrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Weg-Ermittlungseinrichtung 60 umfasst eine Aus¬ wertungseinheit 61, eine Beleuchtungseinheit 62 und eine Bildaufnahmeeinheit 63. Die Auswertungseinheit 61 erfasst von der Bildaufnahmeeinheit 63 aufgenommene Bilddaten und ermit- telt auf deren Basis eine zwischen zwei Bildaufnahmezeitpunkten ti und t2 zurückgelegte Wegstrecke R. Die Bildaufnahme¬ einheit 63 weist ein Objektiv 63a auf, welches in einem fes¬ ten Abstand d von der Lauffläche der Schiene 11 entfernt ist. Die Beleuchtungseinheit 62 beleuchtet einen Schienenabschnitt der Schiene 11, welcher von der Bildaufnahmeeinheit 63 bild¬ lich erfasst wird. Die Auswertungseinheit 61 umfasst eine Mehrzahl von Funktionseinheiten, welche im Detail in FIG 6 veranschaulicht sind. In FIG 3 ist Draufsicht auf die Lauffläche einer Bahnschiene 11 gezeigt. Auf der Lauffläche der Bahnschiene 11 befinden sich Muster M an Positionen P, die mit der in FIG 2 gezeigten Bildaufnahmeeinheit 63 bildlich erfasst werden. In FIG 4 sind zwei zu den unterschiedlichen Zeiten ti und t2 aufgenommene Bilder B(ti), B(t2) gezeigt. Um einzelne Posi¬ tionen in den beiden Bildern B(ti), B(t2) festlegen zu können, sind die beiden Bilder jeweils in ein x-y-Koordinaten- system integriert. Bei dem ersten Bild B(ti) befindet sich ein aufgenommenes Muster M an einer ersten Position mit einer ersten x-Koordinate x(ti) und bei dem zweiten Bild B(t2) be¬ findet sich dasselbe Muster M an einer zweiten Position mit einer zweiten x-Koordinate x(t2). Wie in FIG 4 zu erkennen ist, hat sich das Muster in dem zweiten Bild B(t2) nach links verschoben. Auf Basis der Koordinatenverschiebung ergibt sich eine Verschiebung W des Musters M in den beiden Bildern In FIG 2, a chassis 12 is shown with a path-determining device 60 according to an embodiment of the invention. The path determining device 60 comprises an off ¬ evaluation unit 61, an illumination unit 62 and an image pickup unit 63. The evaluation unit 61 detects from the image pickup unit 63, captured image data and ermit- telt on the basis of a between two image pickup time points ti and t2 distance traveled R. Image recording ¬ unit 63 has an objective 63 a, which is at a fes ¬ th distance d from the tread of the rail 11. The illumination unit 62 illuminates a rail portion of the rail 11, which is recorded as an image ¬ Lich of the image pickup unit 63rd The evaluation unit 61 comprises a plurality of functional units, which are illustrated in detail in FIG. FIG. 3 shows a plan view of the running surface of a rail track 11. On the running surface of the track rail 11 are patterns M at positions P, which are captured with the image pickup unit 63 shown in FIG 2. FIG. 4 shows two images B (ti), B (t 2 ) recorded at the different times ti and t 2 . To set individual posi ¬ tions in the two images B (t), B (t 2), the two images are integrated in each case in an xy coordinate system. In the first picture B (ti) is a recorded pattern M at a first position with a first x-coordinate x (ti) and the second image B (t 2) be ¬ takes the same pattern M with at a second position a second x-coordinate x (t 2 ). As can be seen in FIG. 4, the pattern in the second image B (t 2 ) has shifted to the left. Based on the coordinate shift results in a shift W of the pattern M in the two images
B(ti), B(t2) zu: W = x (ti) - x (t2) . (1) B (ti), B (t 2 ) to: W = x (ti) - x (t 2 ). (1)
Aus der Linsengleichung mit 1/b + 1/g = 1/f, wobei b die Bildweite, g die Gegenstandsweite, d.h. der Abstand d zwi- sehen dem Objektiv der Sensoreinheit und dem abzubildendemFrom the lens equation with 1 / b + 1 / g = 1 / f, where b is the image width, g is the object width, i. the distance d between see the lens of the sensor unit and the abzubildendem
Gegenstand ist, und f die Brennweite ist, ergibt sich für den zurückgelegten Weg R: Is object, and f is the focal length, is given for the distance traveled R:
R = g*f*W/(g-f) = d*f*W/(d-f). Wählt man f = d/2 ergibt sich z.B. R = W. R = g * f * W / (g-f) = d * f * W / (d-f). If one chooses f = d / 2, e.g. R = W.
In FIG 5 ist ein Flussdiagramm 500 gezeigt, welches ein Ver¬ fahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke R eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin¬ dung veranschaulicht. Bei dem Schritt 5.1 werden zunächst während der Fahrt eines Schienenfahrzeugs mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit als Sensoreinheit von dem Schienenfahr¬ zeug aus zu einem ersten Zeitpunkt ti und einem zweiten Zeit- punkt t2 Bildaufnahmen B(ti), B(t2) von einem gerade überfah¬ renen Schienenabschnitt erstellt. Wie bereits erwähnt, ist dafür das Objektiv der Bildaufnahmeeinheit nach unten in Richtung der Lauffläche der überfahrenen Eisenbahnschiene ge¬ richtet . In FIG 5, a flow chart 500 is shown which illustrates an Ver ¬ drive for determining a distance traveled R of a rail vehicle according to an embodiment of OF INVENTION ¬ dung. In step 5.1, initially while driving a rail vehicle with the aid of an image recording unit as a sensor unit of the Schienenfahr ¬ convincing at a first time ti and a second time point t 2 images B (ti), B (t 2 ) of a straight überfah ¬ ren rail section created. As already mentioned, this is the lens of the image pickup unit down towards the running surface of railroad rail traversed ge ¬ directed.
Nachfolgend werden bei dem Schritt 5. II in den beiden erfass- ten Bildern B(ti), B(t2) gemeinsam auftretende Muster M iden¬ tifiziert. Dieser Vorgang erfolgt automatisch mit Hilfe eines Mustererkennungsalgorithmus. Dieser Algorithmus kann z.B. mit Hilfe eines maschinellen Lernprozesses, welcher auch eineSubsequently, at step 5. II in the two erfass- th images B (t), B (t 2) in common pattern occurring M iden tified ¬. This process is done automatically using a pattern recognition algorithm. This algorithm can, for example, with the help of a machine learning process, which also a
Trainingsphase enthalten kann, an die auf der Lauffläche der Eisenbahnschienen vorhandenen Muster angepasst worden sein. Training phase may have been adapted to the existing pattern on the tread of the railroad tracks.
Weiterhin werden bei dem Schritt 5. III Positionen x(ti), x(t2) der identifizierten Muster M in den jeweiligen Bildern B(ti), B(t2) ermittelt. Auf Basis der ermittelten Positionen x(ti), x(t2) wird dann bei dem Schritt 5. IV ein Verschiebungsweg W in den Bildauf¬ nahmen B(ti), B(t2), wie im Zusammenhang mit FIG 4 erläutert, berechnet . Furthermore, in step 5, III positions x (ti), x (t 2 ) of the identified patterns M in the respective images B (ti), B (t 2 ) are determined. Based on the detected positions x (t), x (t 2) is then W explained in the Step 5. IV a displacement in the image on ¬ took B (ti), B (t 2), as described in connection with FIG 4, calculated.
Bei dem Schritt 5.V wird schließlich ein zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten ti, t2 zurückgelegter Weg R auf Basis des Verschiebungswegs W und des bekannten Abstands d zwischen dem Objektiv der Bildaufnahmeeinheit und der Lauffläche der Eisenbahnschiene berechnet. Finally, at step 5.V, a distance R traveled between the predetermined times ti, t 2 is calculated on the basis of the displacement path W and the known distance d between the lens of the image pickup unit and the running surface of the railway rail.
Zusätzlich ergibt sich die Geschwindigkeit v des Schienen¬ fahrzeugs zu v = R/ (ti - t2) . (3) In addition, the velocity v of the rail vehicle to ¬ v = R / (ti - t 2). (3)
In FIG 6 ist eine Einrichtung 60 zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Aus¬ führungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Einrichtung 60 umfasst eine Sensoreinheit 63, welche an dem Schienenfahrzeug angeordnet ist. Die Sensoreinheit 63 dient dem Erfassen von mehreren Bildern B(ti), B(t2) von der Lauffläche einer Schie¬ ne, welche von dem Schienenfahrzeug befahren wird. Die Lauf¬ fläche der Schiene befindet sich in einem bekannten und kon- stanten Abstand zur Sensoreinheit 63. Dafür ist die Sensor¬ einheit 63 an einem der Fahrgestelle montiert, welche selbst ungefedert sind und daher keine Feder- oder Wankbewegung ausführen. Die Bilder B(ti), B(t2) werden zu vorbestimmten, auf¬ einanderfolgenden Zeitpunkten ti, t2 aufgenommen und an eine Eingangsschnittstelle 61a einer fahrzeugseitigen Auswertungs¬ einrichtung 61 übermittelt. In FIG. 6, a device 60 for determining a traveled distance of a rail vehicle according to an exemplary embodiment of the invention is shown. The device 60 comprises a sensor unit 63, which is arranged on the rail vehicle. The sensor unit 63 is used to capture a plurality of images B (ti), B (t 2 ) of the running surface of a Schie ¬ ne, which is traveled by the rail vehicle. The running ¬ surface of the rail is located in a known and con- stant distance from the sensor unit 63. For this purpose, the sensor ¬ unit 63 mounted on one of the chassis, which are themselves unsprung and therefore perform any spring or roll motion. The images B (t), B (t 2) to be predetermined, on successive ¬ times ti, t 2 was added and transmitted to an input interface 61 of a vehicle-mounted evaluation means ¬ 61st
Von dort werden die Bilddaten B(ti), B(t2) an eine Muster¬ identifizierungseinheit 61b übermittelt, welche dazu einge- richtet ist, die erfassten Bilder B(ti), B(t2) nach gemeinsam auftretenden Mustern M zu untersuchen und diese zu identifizieren. Die ermittelten Muster M werden an eine Positionser- mittlungseinheit 61c übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, die Positionen x(ti), x(t2) der identifizierten Muster M in den jeweiligen Bildern B(ti), B(t2) zu ermitteln. Die er¬ mittelten Positionen x(ti), x(t2) der identifizierten Muster M werden anschließend an eine Verschiebungsermittlungsein- heit 61d übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, einenFrom there, the image data B (t), B (t 2) to a pattern ¬ identifying unit 61b transmits, which is einge- to directed, B (ti), B (t 2) after together emerging patterns M to analyze the captured images and to identify them. The determined patterns M are transmitted to a position detection unit 61c, which is set up for this purpose is to determine the positions x (ti), x (t 2 ) of the identified patterns M in the respective images B (ti), B (t 2 ). He ¬ mediated positions x (t), x (t 2) of the identified patterns M are then transmitted to an integrated Verschiebungsermittlungsein- 61d, which is adapted to a
Verschiebungsweg W der Muster M auf Basis der ermittelten Po¬ sitionen x(ti), x(t2) der Muster M zu ermitteln. Die Daten bezüglich des Verschiebungswegs W werden an eine Weg-Ermitt¬ lungseinheit öle übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, auf die im Zusammenhang mit FIG 4 und FIG 5 beschriebene Art und Weise einen zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten ti, t2 zurückgelegten Weg R auf Basis des Verschiebungswegs W und des bekannten Abstands d zwischen Fahrzeug und Umgebung zu ermitteln . Displacement path W of the pattern M on the basis of the determined Po ¬ positions x (ti), x (t 2 ) of the pattern M to determine. The data relating to the displacement path W are transmitted to a road-Determined ¬ averaging unit oils, which is adapted to in connection with Figures 4 and 5 the manner described a between the predetermined times t, t 2 covered path R on the basis of of the displacement path W and the known distance d between the vehicle and the environment.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han¬ delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und die Einrichtung in erster Linie im Zusammenhang mit dem Einsatz von Schienenfahrzeugen erläutert. Das genannte Verfahren und die beschriebene Einrichtung sind jedoch nicht auf die Anwendung auf Schienenfahrzeuge beschränkt, sondern kön¬ nen auch im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, wie z.B. Straßenfahrzeugen eingesetzt werden. Es wird der Vollständig¬ keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die ggf. auch räum¬ lich verteilt sein können. It is finally pointed out once again that this han ¬ punched in the above-described methods and devices by only preferred embodiments of the invention and that the invention can be varied by the skilled person without departing from the scope of the invention in so far as determined by the claims is. Thus, the method and the device were explained primarily in connection with the use of rail vehicles. Said method and the device described are not limited to use on rail vehicles, but Kings ¬ nen also associated with other vehicles such as road vehicles are used. It is the Fully ¬ ness sake also noted that the use of the indefinite article "a" and does not exclude "a" that the features in question can also be present more than once. Likewise, the term "unit" does not exclude that this consists of several components, which may optionally be distributed cavities ¬ Lich.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln einer zurückgelegten Wegstrecke (R) eines Schienenfahrzeugs (10), aufweisend die Schritte: - Fahrzeugseitiges Erfassen von mehreren Bildern (B(ti), A method of determining a traveled distance (R) of a rail vehicle (10), comprising the steps of: - detecting several images (B (ti) on the vehicle side,
B(t2)) von den Laufflächen der von dem Schienenfahrzeug (10) befahrenen Schienen in bekanntem Abstand (d) zu den Schienen zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (ti, t2), B (t 2 )) from the running surfaces of the rails traveled by the rail vehicle (10) at a known distance (d) to the rails at predetermined successive times (ti, t 2 ),
- Identifizieren von in mehreren der erfassten Bilder - Identifying in several of the captured images
(B(ti), B(t2)) gemeinsam auftretenden Strukturen (M) der Laufflächen der Schienen, (B (ti), B (t 2 )) co-occurring structures (M) of the running surfaces of the rails,
- Ermitteln der Positionen (x(ti), x(t2)) der identifizierten Strukturen (O) in den jeweiligen Bildern (B(ti), B(t2)), - Ermitteln eines Verschiebungswegs (W) der Strukturen (M) auf Basis der ermittelten Positionen (x(ti), x(t2)) der Strukturen (M) , - determining the positions (x (ti), x (t 2 )) of the identified structures (O) in the respective images (B (ti), B (t 2 )), - determining a displacement path (W) of the structures (M ) on the basis of the determined positions (x (ti), x (t 2 )) of the structures (M),
- Ermitteln eines zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten  - Determining one between the predetermined times
(ti, t2) zurückgelegten Wegs (R) auf Basis des Verschie- bungswegs (W) und des bekannten Abstands (d) zu den Schie¬ nen (11). (ti, t 2 ) traveled distance (R) on the basis of the displacement path (W) and the known distance (d) to the Schie ¬ nen (11).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bekannte Abstand (d) zu den Schienen die Gegenstandsweite (g) der erfassten Bilder (B(ti), B(t2)) umfasst. The method of claim 1, wherein the known distance (d) to the rails comprises the object width (g) of the captured images (B (ti), B (t 2 )).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gegenstandsweite (g) in den unterschiedlichen Bildern (B(ti), B(t2)) den gleichen Wert aufweist. The method of claim 2, wherein the object width (g) in the different images (B (ti), B (t 2 )) has the same value.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf Basis des zurückgelegten Wegs (R) und der vorbestimmten Zeitpunkte (ti, t2) die Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein on the basis of the distance covered (R) and the predetermined times (ti, t 2 ), the speed (v) of the rail vehicle (10) is determined.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich - zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eine Ermittlung einer absoluten Position des Schienenfahrzeugs (10) anhand von streckenseitigen Markierungen vorgenommen wird und 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein additionally - At a predetermined time, a determination of an absolute position of the rail vehicle (10) is made on the basis of track-side markers and
- die absolute Position des Schienenfahrzeugs (10) zu anderen Zeitpunkten auf Basis der zu dem vorbestimmten Zeitpunkt ermittelten absoluten Position und des ermittelten zurückgelegten Wegs (R) des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird .  - The absolute position of the rail vehicle (10) is determined at other times based on the determined at the predetermined time absolute position and the determined distance traveled (R) of the rail vehicle (10).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die streckenseitigen Markierungen eines der folgenden Objekte umfassen oder an einem der folgenden Objekte angeordnet sind: 6. The method of claim 5, wherein the track-side markers comprise one of the following objects or are arranged on one of the following objects:
- eine Weiche,  - a switch,
- eine Balise,  - a balise,
- eine Gleiskreuzung, - a track crossing,
- ein Schienenstoß,  - a rail joint,
wobei jeweils die Positionen der Objekte bekannt sind. wherein each of the positions of the objects are known.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bildaufnahme mindestens eine der folgenden Einrichtungen (63) verwendet wird: 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein for imaging at least one of the following means (63) is used:
- eine hochauflösende Kamera,  - a high-resolution camera,
- Ultraschallsensoren,  - ultrasonic sensors,
- Schallsensoren,  - sound sensors,
- Infraschallsensoren, - infrasonic sensors,
- Magnetsensoren,  - magnetic sensors,
- optische Sensoren,  - optical sensors,
- Laser und/oder Leuchtdioden, deren reflektiertes Licht über optische Sensoren erfasst wird.  - Laser and / or LEDs whose reflected light is detected by optical sensors.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Identifizierung der Strukturen (M) anhand der erfassten Bilder (B(ti), B(t2)) eine Mustererkennung vorgenommen wird und eine Verschiebung der erkannten Muster (M) ermittelt wird und als Verschiebungsweg (W) der Strukturen (M) verwendet wird . 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein for identifying the structures (M) based on the captured images (B (ti), B (t 2 )) a pattern recognition is performed and a displacement of the detected pattern (M) is determined and as Displacement path (W) of the structures (M) is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei eine Bildaufnahmerate in Abhängigkeit von der ermittelten Ge¬ schwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs (10) eingestellt wird . 9. The method according to any one of claims 4 to 8, wherein an image acquisition rate in dependence on the determined Ge ¬ speed (v) of the rail vehicle (10) is set.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei ein Vergleich der auf Basis der erfassten Bilder (B(ti), B(t2)) ermittelten zurückgelegten Wegstrecke (R) und der bekannten Position der streckenseitigen Markierungen erfolgt und Para- meter für Korrekturberechnungen zur Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke (R) auf Basis des Vergleichs angepasst werden . 10. The method according to any one of claims 5 to 9, wherein a comparison of on the basis of the acquired images (B (ti), B (t 2 )) determined distance traveled (R) and the known position of the track-side markings takes place and parameters for correction calculations to determine the distance covered (R) based on the comparison.
11. Einrichtung (60) zum Ermitteln einer zurückgelegten Weg- strecke (R) eines Schienenfahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Schienenfahrzeugs, aufweisend: 11. Device (60) for determining a distance covered (R) of a rail vehicle (10), in particular a track-bound rail vehicle, comprising:
- eine fahrzeugseitige Sensoreinheit (63) zum Erfassen von mehreren Bildern (B(ti), B(t2)) von den Laufflächen der von dem Schienenfahrzeug (10) befahrenen Schienen in bekanntem Abstand (d) zu den Schienen zu vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (ti, t2) , - A vehicle-side sensor unit (63) for detecting a plurality of images (B (ti), B (t 2 )) of the running surfaces of the rail vehicle (10) traveled rails at a known distance (d) to the rails at predetermined, successive times (ti, t 2 ),
- eine Musteridentifizierungseinheit (61b) zum Identifi¬ zieren von in mehreren der erfassten Bilder (B(ti), B(t2)) gemeinsam auftretenden Strukturen (M) , - a pattern identification unit (61b) for ¬ identifi cation of more of the captured images (B (t), B (t 2)) in common occurring structures (M),
- eine Positionsermittlungseinheit (61c) zum Ermitteln der Positionen (x(ti), x(t2)) der identifizierten Strukturen (M) in den jeweiligen Bildern (B(ti), B(t2)), a position determination unit (61c) for determining the positions (x (ti), x (t 2 )) of the identified structures (M) in the respective images (B (ti), B (t 2 )),
- eine Verschiebungsermittlungseinheit (61d) zum Ermitteln eines Verschiebungswegs (W) der Strukturen (M) auf Basis der ermittelten Positionen (x(ti), x(t2)) der Strukturena displacement determination unit (61d) for determining a displacement path (W) of the structures (M) on the basis of the determined positions (x (ti), x (t 2 )) of the structures
(M) , (M),
- eine Weg-Ermittlungseinheit (öle) zum Ermitteln eines zwi¬ schen den vorbestimmten Zeitpunkten (ti, t2) zurückgelegten Wegs (R) auf Basis des Verschiebungswegs (W) und des be- kannten Abstands (d) zu den Schienen. - A path-determining unit (oils) for determining a zwi ¬ rule the predetermined times (ti, t 2 ) traveled path (R) on the basis of the displacement path (W) and the known distance (d) to the rails.
12. Schienenfahrzeug (10) mit zumindest einer Einrichtung (60) nach Anspruch 11. 12. Rail vehicle (10) with at least one device (60) according to claim 11.
13. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, wel¬ ches direkt in eine Speichereinrichtung eines Steuerungssys¬ tems eines Schienenfahrzeugs (10) ladbar ist, mit Programmab schnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in dem Steuerungssystem ausgeführt wird. 13. Computer program product with a computer program wel ¬ ches directly into a memory device of a Steuerungssys ¬ tems a rail vehicle (10) is load cut with Programmab to perform all steps of a method according to one of claims 1 to 10, when the computer program in the control system is performed.
14. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespei chert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden. 14. A computer-readable medium on which readable and executable program sections are stored by a computer unit to perform all the steps of a method according to any one of claims 1 to 10 when the program sections are executed by the computer unit.
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