DE10104946B4

DE10104946B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position und zur Überwachung des geplanten Weges eines Objektes

Info

Publication number: DE10104946B4
Application number: DE2001104946
Authority: DE
Inventors: Peter Pohlmann
Original assignee: Peter Pohlmann
Current assignee: POHLMANN, PETER, 60389 FRANKFURT, DE
Priority date: 2001-01-27
Filing date: 2001-01-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-01-28
Also published as: WO2002058984A1; DE10104946A1; WO2002058984A8

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Position und zur Überwachung des geplanten Weges eines Objektes, bei dem die Position des Objekts mit einer Einrichtung zur Positionsbestimmung ermittelt und zusätzlich mit der Einrichtung zur Positionsbestimmung der geplante Weg des Objektes überwacht wird durch den Vergleich einer aktuellen Aufnahme des Weges durch das Objekt mit vorhandenen Aufnahmen des Weges durch ein Referenz-Objekt bei bekannter Position des Referenz-Objekts,
dadurch gekennzeichnet, daß
– die Aufnahmen des Weges durch das Referenz-Objekt mit Programmen bearbeitet, sowie um Angaben zur Position des Referenz-Objekts und zusätzlich um Angaben zu variablen Einrichtungen ergänzt sind und so für den geplanten Weg des Objektes als Positionsdaten gespeichert sind,
– zusätzlich Angaben zu den bei der Aufnahme des Weges durch das Referenz-Objekt und der Bearbeitung der Aufnahmen durch das Referenz-Objekt benutzten Systemen und Programmen vorliegen,
– aus der aktuellen Aufnahme des Weges durch das Objekt die Position des Objekts...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Position und zur Überwachung des geplanten Weges eines Objektes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung ist geeignet für – aber nicht beschränkt auf – den Einsatz in Schienenfahrzeugen, Straßenfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen, etc..

Aus der DE 197 29 990 A1 sind Verfahren zur Bestimmung der zurückgelegten Wegstrecke und der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs bekannt, die auch geeignet erscheinen die aktuelle Position zu bestimmen. Bei dem dort vorgeschlagenen Verfahren wird allerdings von speziellen regelmäßigen Fahrweg begleitenden Markierungen ausgegangen, die in der Regel allerdings in realen Fahrwegen nicht vorhanden sind.

Die DE 195 32 104 C1 beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position wenigstens einer Stelle eines spurgeführten Fahrzeugs. Dabei werden unabhängig voneinander wenigstens eine Anzahl n ≥ 3 verschiedener Arten von Positionsmeßdaten durch Erfassen von entlang der Spur vorhandenen Objekten, der zurückgelegten Weglänge und des befahrenen Streckenverlaufs gewonnen. Für jede Art erfaßter Meßdaten wird ein Positionsresultat durch eine jeweilige Korrelation der erfaßten Meßdaten mit einer zugehörigen, abgelegten Sollmenge ermittelt und die Fahrzeugposition aus den ermittelten Positionsresultaten durch ein m-von-n-Entscheidungsfindungsverfahren bestimmt.

Die DE 195 29 986 A1 offenbart ein Verfahren zur Ortung spurgefühter Fahrzeuge und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren verwendet dabei eine auf dem spurgeführten Fahrzeug vorhandene Streckendarstellung mit unterlegter Streckenkilometrierung und einer auf dem Fahrzeug vorhandenen Streckenabtasteinrichtung zur relativen Fahrortbestimmung in Bezug auf die Streckendarstellung. Vom Fahrzeug aus wird die gesamte Strecke als Radar-, Infrarot und/oder Videoabbildung aufgenommen und zusammen mit der Streckenkilometrierung hinterlegt. Bei jeder Fahrt wird die jeweils befahrene Strecke in gleicher Weise abgetastet oder aufgenommen und mit der hinterlegten Abbildung verglichen, so daß infolge des Vergleichs der jeweilige Fahrort bestimmt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausbauend auf dem oben aufgezeigten Stand der Technik ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die nicht nur für spurgeführte Fahrzeuge geeignet ist und neben der Bestimmung der aktuellen Position zusätzlich die Überwachung – und damit die Sicherung- des geplanten Weges eines Objektes ohne zusätzliche Einrichtungen am Objekt oder Weg ermöglicht und insbesondere auch gefährliche oder fremde Objekte entlang des geplanten Weges und den Status von variablen Einrichtungen des Weges (Signal, Schranke, Weiche o.ä.) erkennt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß den Merkrmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Erfindungsgemäß stehen dem Objekt Positionsdaten des relevanten Weges zur Verfügung, die von einem Referenz-Aufnahmesystem (Video, Radar, IR, o.ä.) auf einem Referenz-Objekt entlang des Weges erfaßt, mit Programmen bearbeitet (komprimiert o.ä.) und um Angaben zur Position und Informationen zu variablen Einrichtungen des Wege ergänzt wurden. Zusätzlich kennt das Objekt die Charakteristika des Aufnahmesystems mit deren Hilfe die Daten ermittelt und die Programme mit denen sie bearbeitet wurden. Die relevanten Informationen stehen auf Datenträger zur Verfügung und/oder werden per Funk von Weg-Abschnitt-Kontroll-Einheiten (Cell Control Center, CCC) bereitgestellt.

Das Objekt erfaßt mit seinem -dem Referenz-System ähnlichen- Aufnahmesystem den Weg und vergleicht die erfaßten und mit den Programmen bearbeiteten Daten mit den gespeicherten Positionsdaten.

Bei größter Übereinstimmung ist die aktuelle Position gefunden. Dabei kann durch Kenntnisse über die letzte Position des Objektes die Anzahl der zu vergleichenden Positionsdaten reduziert und das Ergebnis plausibilisiert werden.

Wenn in den Positionsdaten der aktuellen Position Informationen zu variablen Einrichtungen des Weges enthalten sind, wird aus der aktuellen Aufnahme der Status dieser Einrichtung ermittelt.

Wenn in der aktuellen Aufnahme abweichend von den entsprechenden Positionsdaten fremde Objekte entlang des geplanten Weges erfaßt sind, werden deren Charakteristika ermittelt (Typ, Position, Geschwindigkeit, Richtung, o.ä.).

Die ermittelte Position des Objektes, der Status der variablen Einrichtungen und die Charakteristika der fremden Objekte können zur weiteren Bearbeitung genutzt werden (Überwachung, Sicherung des Objektes selbst und bei Funkverbindung auch anderer Objekte). Die Anforderungen an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Verfahrens lassen sich erfüllen durch mehrere und/oder diversitäre Komponenten. Die Geschwindigkeit der Aktualisierung der Aufnahmen und die Übertragung und Bearbeitung der Daten muß angepaßt sein an die maximale Geschwindigkeit des Objektes. Temporäre Veränderungen der Aufnahmen gegenüber den Positionsdaten, z.B. durch Schnee, werden durch geeignete Filtermethoden neutralisiert. Stehen neben der aktuellen Aufnahme noch Angaben zur Positionsbestimmung (Rad Impulsgeber, Doppler- Radar, GPS, GSM, o.ä.) zur Verfügung, können diese zur Plausibilisierung und Optimierung des Verfahrens genutzt werden.

Es ist eine so hohe Genauigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit erzielbar, daß auf die bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung (Balisen, o.ä.) und Weg Überwachung (stationäre Kameras, o.ä.) in der Regel verzichtet werden kann.

Das Verfahren erfordert keine zusätzlichen Vorrichtungen/Markierungen entlang des Weges, da die vorhandenen Informationen des Weges genutzt werden, und funktioniert auch ohne Satellitenkommunikation und Funk. Das Aufnahmesystem mit Datenkommunikation muß auf dem Objekt sein, alle anderen Vorrichtungen können auch zentral und für mehrere Objekte gemeinsam realisiert sein, wenn eine Funkverbindung vorhanden ist. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da die Aufnahmesysteme zur Positionsbestimmung und gleichzeitig zur Überwachung des geplanten Weges genutzt werden können. So kann insbesondere auch der Übergang von bestehenden zu neuen Sicherungssystemen (ETCS, o.ä.) ideal unterstützt werden (auch ohne Funk können die konventionellen variablen Informationen des Weges ausgewertet werde, Beispiel Signal). Diversitäre Aufnahmeprinzipien (Normallicht-, Infrarot, Radar- und/oder Ultraschall, o.ä.) parallel eingesetzt erhöhen die Verfügbarkeit und die Sicherheit. Das Aufnahmesystem sollte an die vorgesehenen Wege (Schiene, Straße, Wasser, Luft) und Geschwindigkeiten des Objektes und deren Charakteristika optimal angepaßt sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist in 1 am Beispiel einer Lok dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Dabei sind alle Komponenten nur einfach ausgeführt.

Dargestellt ist eine Lok (Objekt) auf einem Gleis (Weg) mit einem in Richtung des geplanten Weges vor der Lok neben dem Gleis stehenden Signal (variable Einrichtung). Das Signal ist ein Lichtsignal mit 3 Lampen, deren Zustand (an/aus) den Status (frei belegt, o. ä.) des dahinter liegenden Weges codiert wiedergibt. Im Gleis sind Schwellen und neben dem Gleis eine typische abwechslungsreiche Landschaft mit Masten, Gebäuden u.ä..

Optional ist für diesen Gleisabschnitt ein Cellular Control Center, CCC, vorgesehen, welches über Funk (z. B. GSM-R) mit der Lok Informationen austauschen kann, wenn die Lok entsprechend ausgerüstet ist.

Es ist der Führerstand der Lok dargestellt mit dem Lokführer, einem mit Anzeige-Bedieneinrichtung ausgestatteten Computersystem (PDA, Notebook, o. ä.) an das eine hinter der Frontscheibe installierte Kamera (Webcam, o. ä.) seriell über ein Kabel angeschlossen ist. Optional ist das Computersystem seriell mit einem Funkgerät (z. B. GSM-R, g. g. f. mit GPS) zum Informationsaustausch mit dem CCC und mit einer Zugschnittstelleneinheit zum Informationsaustausch mit dem Zug (Radimpulse, Bremse, o. ä.) verbunden.

In diesem Ausführungsbeispiel und mit diesen Vorrichtungen läuft das Verfahren wie folgt ab:

1 Die gespeicherten Positionsdaten und zusätzlichen Informationen des relevanten Wegabschnittes werden von einem Datenträger (oder optional über Funk aus dem CCC) in das Computersystem geladen.
2 Die Kamera nimmt den Weg auf und im Computer werden die aktuellen Daten ermittelt.
3 Die aktuellen Daten werden mit den gespeicherten Positionsdaten verglichen zur Ermittlung der aktuellen Position.
4 Der Status der variablen Einrichtungen, in unserem Beispiel ein Signal mit Rot, wird für die aktuelle Position aus den Aufnahmedaten ermittelt.
5 Fremde Objekte und deren Charakteristika werden durch Vergleich der aktuellen Aufnahme mit den zugehörigen Positionsdaten ermittelt.
6 Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm dem Lokführer angezeigt (und/oder optional über Funk an das CCC übertragen und/oder geeignet weiterverarbeitet und/oder über die Zugschnittstelle ausgegeben, z.B. zur Bremsung).

Der Schritt 1 wird nach Aktivierung und vor Eintritt in eine andere Zelle ausgeführt und die Schritte 2-6 werden regelmäßig wiederholt, solange das Computersystem aktiv ist.
Die Verfahren zur Ermittlung der Ergebnisse, Anzeige, Übertragung und Weiterverarbeitung sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Wenn eine vorhandene Funkverbindung es zuläßt, können Teile des Verfahrens und der Vorrichtung auch im CCC realisiert werden, zum Ersatz/Reduzierung der Anforderungen/Kosten des Computersystems auf der Lok und zur Realisierung weiterer Verfahren, die nicht Gegenstand der Erfindung sind.
Anforderungen an die Verfügbarkeit und die Sicherheit können erreicht werden, wenn mehrere und/oder diversitäre Einrichtungen/Programme/ o. ä. vorgesehen werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Position und zur Überwachung des geplanten Weges eines Objektes, bei dem die Position des Objekts mit einer Einrichtung zur Positionsbestimmung ermittelt und zusätzlich mit der Einrichtung zur Positionsbestimmung der geplante Weg des Objektes überwacht wird durch den Vergleich einer aktuellen Aufnahme des Weges durch das Objekt mit vorhandenen Aufnahmen des Weges durch ein Referenz-Objekt bei bekannter Position des Referenz-Objekts, dadurch gekennzeichnet, daß – die Aufnahmen des Weges durch das Referenz-Objekt mit Programmen bearbeitet, sowie um Angaben zur Position des Referenz-Objekts und zusätzlich um Angaben zu variablen Einrichtungen ergänzt sind und so für den geplanten Weg des Objektes als Positionsdaten gespeichert sind, – zusätzlich Angaben zu den bei der Aufnahme des Weges durch das Referenz-Objekt und der Bearbeitung der Aufnahmen durch das Referenz-Objekt benutzten Systemen und Programmen vorliegen, – aus der aktuellen Aufnahme des Weges durch das Objekt die Position des Objekts durch Vergleich mit den Positionsdaten unter Berücksichtigung der bei der Erstellung der Positionsdaten benutzten Systeme und Programme bestimmt wird und bei den bestimmten Positionen des Objekts mit Angaben zu variablen Einrichtungen in den Positionsdaten der Status der variablen Einrichtung aus der aktuellen Aufnahme des Weges durch das Objekt bei dieser Position ermittelt wird, – fremde Objekte mit spezifischen Angaben (Typ, Position, Geschwindigkeit, o.ä.) identifiziert werden, wenn die aktuelle Aufnahme des Weges durch das Objekt bei dieser Position entlag des geplanten Weges des Objektes von den Positionsdaten zu dieser Position abweicht, – aus der bestimmten Position des Objekts, dem Status der variablen Einrichtungen und erkannten fremden Objekten der geplante Weg auf Belegung überwacht wird und alle Ergebnisse zur Übertragung, Darstellung und weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Position des Objekts plausibilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Positionsangaben des eigenen oder fremder Objekte als zusätzliche Information und zur Plausibilisierung benutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmedaten, insbesondere zur Kompensation sich wandelnder Aufnahme bedingungen, gefiltert werden und die Positionsdaten adaptiv verbessert werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – auf dem Objekt ein Aufnahmesystem mit Datenübertragung installiert ist, – zur Ermittlung der Ergebnisse der Positionsbestimmung und der Überwachung des geplanten Weges des Objekts auf dem Objekt und/oder in einer Zentrale ein als Einrichtung zur Positionsbestimmung dienender Computer mit Datenübertragung zum Aufnahmesystem vorhanden ist, – zur Anzeige und/oder zur direkten Beeinflussung des Objektes durch die Ergebnisse der Positionsbestimmung und der Überwachung des geplanten Weges des Objektes eine Einrichtung zur Anzeige der Ergebnisse und/oder eine Einrichtung zur Beeinflussung des Objekts durch die Ergebnisse vorgesehen ist, die jeweils mit Datenübertragung zum Computer ausgestattet ist, – die Geschwindigkeit der Aufnahme, Datenübertragung, Bearbeitung, Darstellung und Beeinflussung des Objektes den Anforderungen bei maximaler Geschwindigkeit des Objektes genügt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Verfügbarkeit und Sicherheit mehrere Einrichtungen zur Anzeige und/oder Einrichtungen zur Beeinflussung des Objekts und/oder Aufnahmesysteme parallel eingesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Anzeige und/oder die Einrichtungen zur Beeinflussung des Objekts und/oder die Aufnahmesysteme diversitär ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Plausibilisierung, Präzisierung und zur Verbesserung der Verfügbarkeit und Sicherheit eine weitere Einrichtung zur Ermittlung der Position vorgesehen ist, die nach einem anderen Positionsbestimmungsprinzip arbeitet als die Einrichtung zur Positionsbestimmung.