DE102007009772A1

DE102007009772A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer gleisselektiven Ortungsinformation

Info

Publication number: DE102007009772A1
Application number: DE200710009772
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Mayer zu Hörste; Markus Pelz; Anko Dr. Börner; Jürgen Wohlfeil
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: DE102007009772B4; DE102007009772A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 und ein Verfahren zur Ermittlung einer gleisselektiven Ortungsinformation eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes 5 mit mindestens einem bildgebenden Sensor 2, wobei die Vorrichtung 1 eine Auswerteinheit 6 aufweist, die mit dem mindestens einen bildgebenden Sensor 2 verbunden ist, der mindestens eine bildgebende Sensor 2 zur Aufnahme von zumindest einem Teil von in einer Umgebung des Fahrzeugverbandes befindlichen Gleisen 21, 22 enthaltenen Bildinformationen und zur Übertragung der aufgenommenen Bildinformationen an die Auswerteinheit 6 eingerichtet ist, und die Auswerteinheit 6 zum Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise 21, 22 und zur Ermittlung der gleisselektiven Ortungsinformationen in Abhängigkeit der detektierten Gleise 21, 22 eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer gleisselektiven Ortungsinformation eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes mit mindestens einem bildgebenden Sensor.
Schienengebundene Fahrzeugverbände sind gekennzeichnet durch lange Bremswege, die durch den Stahl-Stahl-Kontakt zwischen Rad und Schiene hervorgerufen werden. Diese langen Bremswege erfordern die Kenntnis einer hochgenauen aktuellen Position der schienengebundenen Fahrzeugverbände, um die verschiedenen Fahrzeugverbände auf dem Gleisnetz koordinieren zu können. Insbesondere beim Fahren im Bremswegabstand ist es zwingend erforderlich, dass die hochgenaue aktuelle Position jedes einzelnen Fahrzeugverbandes bekannt ist, um schwere Unfälle zu vermeiden. Hierbei ist eine Genauigkeit erforderlich, die zum einen eine gleisgenaue Aussage in Gleisquerrichtung und zum anderen eine Genauigkeit in Gleislängsrichtung zulässt.
Um das System der Positionsbestimmung von schienengebundenen Fahrzeugverbänden möglichst effizient zu gestalten, ist es darüber hinaus erforderlich, dass die Positionsbestimmung fahrzeugseitig erfolgt. Eine solche fahrzeugseitige Positions bestimmung kann dabei zum Beispiel mittels Satellitenortungssystemen, wie z. B. GPS, GLONASS oder GALILEO (europäisches Satellitenortungssystem), erfolgen. Die satellitengestützte Ortsbestimmung hat dabei den Vorteil, dass auf gleisseitige Infrastruktursysteme, wie z. B. Balisen, Achszähler oder Gleiskontakte, verzichtet werden kann, so dass die Ausnutzung von Streckenabschnitten besser an den Bedarf angepasst werden kann. Gleisbezogene System haben weiterhin den Nachteil, dass sie mit sehr hohen Kosten verbunden sind, die durch den aufwändigen Verkabelungs- und Wartungsaufwand hervorgerufen werden. Des Weiteren ist bei gleisbezogenen Systemen nur eine diskrete Positionsbestimmung an starren, meist relativ weit auseinander liegenden Ortungspunkten möglich, so dass eine kontinuierliche Information über die aktuelle Position des Fahrzeugverbandes nicht möglich ist.
Fahrzeugseitige Ortungssysteme, insbesondere satellitengestützte Ortungssysteme, weisen dabei den Nachteil auf, dass ihre Genauigkeit nur im Bereich einiger Meter liegt. Um eine hochgenaue Positionsbestimmung von schienengebundenen Fahrzeugverbänden zu erreichen, ist es notwendig, dass die Genauigkeit der satellitengestützten Ortungssysteme im Bereich zumindest einiger Dezimeter liegt, um auch eine gleisgenaue Positionsbestimmung zu erhalten. Diese Problematik tritt meist dann auf, wenn zwei Gleise einer Gleisstrecke nebeneinander liegen und eine eindeutige Zuordnung zwischen schienengebundenem Fahrzeugverband und Gleis nicht hergestellt werden kann, da das satellitengestützte Ortungssystem eine solche Genauigkeit nicht zulässt. Eine gleisselektive Ortungsinformation ist jedoch für die Bestimmung der hochgenauen aktuellen Position des schienengebundenen Fahrzeugverbandes essenziell.
Im Hinblick darauf ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem fahrzeugseitig eine gleisselektive Ortungsinformation ermittelt werden kann.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

– die Vorrichtung eine Auswerteinheit aufweist, die mit dem mindestens einen bildgebenden Sensor verbunden ist,
– der mindestens eine bildgebende Sensor zur Aufnahme von zumindest einem Teil von in einer Umgebung des Fahrzeugverbandes befindlichen Gleisen enthaltenen Bildinformationen und zur Übertragung der aufgenommenen Bildinformationen an die Auswerteinheit eingerichtet ist, und
– die Auswerteinheit zum Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise und zur Ermittlung der gleisselektiven Ortungsinformationen in Abhängigkeit der detektierten Gleise eingerichtet ist.

Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, mittels bildgebender Sensoren, wie zum Beispiel Videokameras, die Umgebung des schienengebundenen Fahrzeugverbandes derart aufzunehmen, dass die aufgenommenen Bildinformationen zumindest einen Teil der Gleise der Umgebung bzw. Gleisstrecke beinhalten, die von dem schienengebundenen Fahrzeugverband befahren wird. Anhand dieser Bildinformationen werden dann die darin enthaltenen Gleise detektiert, zum Beispiel mit Hilfe eines Bilderkennungsprogramms. In Abhängigkeit dieser so detektierten Gleise der Gleisstrecke kann dann die gleisselektive Ortungsinformation ermittelt werden. Somit kann festgestellt werden, auf welchem Gleis der Gleisstrecke sich der schienengebundene Fahrzeugverband bewegt.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass sie anhand der Bildinformationen erkennen kann, welches der detektierten Gleise das von dem schienengebundenen Fahrzeugverband befahrene Gleis ist, so dass daraus die gleisselektive Ortungsinformation ermittelt werden kann.
Vorteilhafterweise werden die Bildinformationen kontinuierlich aufgenommen.
Die bildgebenden Sensoren können dabei zum Beispiel Videokameras sein, die im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung des Lichtes arbeiten. Bei schlechtem Wetter oder bei Dunkelheit ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein bildgebender Sensor zur Aufnahme von Bildinformationen im infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, damit die Vorrichtung auch bei schlechten Witterungsverhältnissen oder bei Dunkelheit zuverlässig funktioniert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die bildgebenden Sensoren zur Aufnahme der Bildinformationen mittels Radar- oder Lasertechnik eingerichtet sind. Diese Systeme bieten den Vorteil, dass sie völlig unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen auswertbare Bildinformationen liefern können.
Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen Speicher zum Hinterlegen einer digitalen Karte aufweist, der mit der Auswerteinheit verbunden ist, um mit Hilfe der digitalen Karte die gleisselektive Ortungsinformation zu validieren. So kann die digitale Karte zum Beispiel Hinweise darüber liefern, wie viele Gleise die Gleisstrecke an der aktuellen Position hat, so dass die Ermittlung der gleisselektiven Ortungsinformation sicherer und genauer erfolgen kann.
Unter Verwendung eines Bilderkennungsprogramms ist es dann möglich, die in den Bildinformationen enthaltenen Gleise bzw. das befahrene Gleis aus den Bildinformationen zu erkennen. Die Verwendung von Bilderkennungsprogrammen hat dabei den Vorteil, dass auf Teile von standardisierter Software zurückgegriffen werden kann.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung ein Ortungssystem, insbesondere ein Satellitenortungssystem, aufweist, um die Ortung des Ortungssystems mit Hilfe der gleisselektiven Ortungsinformation zu unterstützen. So kann die gleisselektive Ortungsinformation die Positionsbestimmung des Ortungssystems dahingehend unterstützen, dass in Abhängigkeit der gleisselektiven Ortungsinformation die hochgenaue Position des Fahrzeugverbandes bestimmt wird. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die gleisselektive Ortungsinformation mit der Ortungsinformation des Ortungssystems fusioniert wird und in Abhängigkeit dieser Fusionierung die hochgenaue Position des schienengebundenen Fahrzeugverbandes bestimmt wird. Somit kann eine exakte Quer- und Längsrichtungsortung angegeben werden, so dass genau bestimmt werden kann, auf welchem Gleis sich der schienengebundene Fahrzeugverband an welcher Position genau befindet.
Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung und die damit verbundenen Systeme in Echtzeit arbeiten, wodurch kontinuierlich die Bestimmung der aktuellen Position gewährleistet werden kann. Insbesondere die Echtzeitfähigkeit der Vorrichtung ermöglicht die kontinuierliche Positionsbestimmung, was gerade im Hinblick auf die Sicherheit relevant ist.
Die Aufgabe wird auch mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch Aufnehmen von zumindest einem Teil von in einer Umgebung des Fahrzeugverbandes befindlichen Gleisen enthaltenen Bildinformationen mittels bildgebender Sensoren, Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise und Ermitteln der gleisseitigen Ortungsinformation in Abhängigkeit der detektierten Gleise.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 – schematische Darstellung der Vorrichtung bei einem Triebfahrzeug eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes;
2a – schematische Darstellung eines von den bildgebenden Sensoren aufgenommenen Bildes;
2b – schematische Darstellung der aus den Bildinformationen selektierten relevanten Bezugskörper.
1 zeigt ein Triebfahrzeug 5 eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes mit der Vorrichtung 1 der eingangs genannten Art. Die Vorrichtung 1 weist dabei eine Auswerteinheit 6, einen bildgebenden Sensor, in diesem Fall mit einer Videokamera 2, ein Satellitenortungssystem 3 und einen Speicher 4 zur Hinterlegung einer digitalen Karte auf. Die Videokamera 2 ist dabei in Fahrtrichtung angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie die in Fahrtrichtung befindlichen Gleise der Umgebung bzw. der Gleisstrecke aufnehmen kann. Diese Bildinformationen der Videokamera 2 werden dann an die Auswerteinheit 6 übertragen, wobei die Videokamera 2 die Bildinformationen kontinuierlich an die Auswerteinheit 6 überträgt.
Die von dem Satellitenortungssystem 3 stammenden Ortungsinformationen werden ebenfalls kontinuierlich an die Auswerteinheit 6 übermittelt.
Das von der Videokamera 2 aufgenommene Bild ist schematisch in 2a dargestellt. Zu erkennen ist das von dem schienengebundenen Fahrzeugverband befahrene Gleis 21 sowie die neben dem Gleis 21 liegenden anderen Gleise 22. Neben den Gleisen 22 können des Weiteren auch noch weitere, nicht dargestellte Gleise vorhanden sein. Das Gleis 21 und die neben diesem befahrenen Gleis liegenden Gleise 22 bilden zusammen die Gleisstrecke. Es ist aber auch denkbar, dass die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass Gleise anderer Gleisstrecken miterfasst werden, sofern sie sich in einer entsprechenden Nähe zu dem Fahrzeugverband befinden.
Die in 2a dargestellte Bildinformation, die von der Videokamera 2 aufgenommen wurde, wird so an die Auswerteinheit 6 der Vorrichtung 1 übermittelt.
2b zeigt schematisch das Produkt der Datenverarbeitung der Auswerteinheit 6, in dem die relevanten Bezugskörper selektiert wurden. Aus den von dem Triebfahrzeug 5 befahrenen Gleis 21 wurden die beiden zugehörigen Schienenstränge 31a und 31b herausgefiltert, so dass unwichtige Informationen, wie z. B. die Schwellen, herausgenommen wurden. Die nebenliegenden Gleise 22 aus 2a wurden ebenfalls entsprechend gefiltert, so dass lediglich die Schienenstränge 32 der Gleise herausgefiltert wurden.
Mit Hilfe der in 2b dargestellten Information ist die Auswerteinheit 6 nun in der Lage zu erkennen, auf welchem Gleis der dort abgebildeten Schienenstränge sich das Triebfahrzeug 5 befindet. Außerdem kann die Auswerteinheit 6 feststellen, wie viele Gleise bzw. Schienenstränge noch zu der Gleisstrecke gehören. Mittels dieser Informationen kann nun ermittelt werden, auf welchem Gleis dieser Gleisstrecke sich das Triebfahrzeug 5 bzw. der schienengebundene Fahrzeugverband befindet, so dass eine gleisselektive Ortungsinformation ermittelt werden kann.
Mit Hilfe der Ortungsinformation des Satellitenortungssystems 3 kann dann die hochgenaue Position des Triebfahrzeuges 5 festgestellt werden, indem das Ortungssignal des Ortungssystems 3 mittels der gleisselektiven Ortungsinformation korrigiert wird. Es erfolgt somit ein Mapping des Ortungssignals aus dem Ortungssystem 3 auf das momentan befahrene Gleis. Ohne eine gleisselektive Ortungsinformation und nur mit einer aus dem Ortungssystem 3 stammenden Ortungsinformation wäre es nicht möglich, genau festzustellen, welches Gleis von dem schienengebundenen Fahrzeugverband aktuell befahren wird, so dass eine hochgenaue aktuelle Positionsbestimmung des Triebfahrzeuges 5 bzw. des schienengebundenen Fahrzeugverbandes nicht möglich wäre. Der Grund hierfür liegt in der Ungenauigkeit des von dem Ortungssystem 3 stammenden Ortungssignals, was jedoch durch die vorliegende Erfindung korrigiert wird.
Mit Hilfe des an die Auswerteinheit 6 angeschlossenen Datenspeichers 4, auf dem eine digitale Karte hinterlegt ist, kann zum Beispiel überprüft werden, ob die ermittelte gleisselektive Ortungsinformation auch korrekt sein kann. Es kann somit validiert werden, ob die gleisselektive Ortungsinformation überhaupt plausibel ist. Außerdem kann validiert werden, ob die von der Vorrichtung detektierte Anzahl der vorhandenen Gleise in der Umgebung des Triebfahrzeuges mit der in der digitalen Karte hinterlegten Gleisen an dieser Position übereinstimmen. Somit kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung erheblich verbessert werden.

Claims

Vorrichtung (1) zur Ermittlung einer gleisselektiven Ortungsinformation eines schienengebundenen Fahrzeugverbandes (5) mit mindestens einem bildgebenden Sensor (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung (1) eine Auswerteinheit (6) aufweist, die mit dem mindestens einen bildgebenden Sensor (2) verbunden ist, – der mindestens eine bildgebende Sensor (2) zur Aufnahme von zumindest einem Teil von in einer Umgebung des Fahrzeugverbandes befindlichen Gleisen (21, 22) enthaltenen Bildinformationen und zur Übertragung der aufgenommenen Bildinformationen an die Auswerteinheit (6) eingerichtet ist, und – die Auswerteinheit (6) zum Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise (21, 22) und zur Ermittlung der gleisselektiven Ortungsinformationen in Abhängigkeit der detektierten Gleise (21, 22) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (6) zum Ermitteln des von dem schienengebundenen Fahrzeugverband (5) befahrenen Gleises (21) in Abhängigkeit der Bildinformation eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der bildgebenden Sensoren (2) zur kontinuierlichen Aufnahme der Bildinformation eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der bildgebenden Sensoren (2) zur Aufnahme von Bildinformationen mittels Videotechnik im sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung (380 bis 750 nm) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der bildgebenden Sensoren (2) zur Aufnahme von Bildinformationen mittels Videotechnik im infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung (750 nm bis 1 mm) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der bildgebenden Sensoren (2) zur Aufnahme von Bildinformationen mittels Radartechnik eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der bildgebenden Sensoren (2) zur Aufnahme von Bildinformationen mittels Lasertechnik eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Speicher (4) zum Hinterlegen einer digitalen Karte aufweist, der mit der Auswerteinheit (6) verbunden und zum Validieren der gleisselektiven Ortungsinformation in Abhängigkeit der digitalen Karte eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (6) zum Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise (21, 22) und/oder zum Ermitteln des von dem schienengebundenen Fahrzeugverband (5) befahrenen Gleises (21) mittels eines Bilderkennungsprogramms eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Ortungssystem (3) aufweist, das mit der Auswerteinheit (6) verbunden und zur Unterstützung der Ortung des Ortungssystems (3) mittels der gleisselektiven Ortungsinformationen eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (6) zum Fusionieren der gleisselektiven Ortungsinformationen mit der Ortungsinformation des Ortungssystems (3) und zum Ermitteln einer hochgenauen Position des schienengebundenen Fahrzeugverbandes (5) in Abhängigkeit der Fusionierung eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ortungssystem (3) ein Satellitenortungssystem ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zum Verarbeiten der Informationen in Echtzeit eingerichtet ist.
Verfahren zum Ermitteln einer gleisselektiven Ortungsinformation von schienengebundenen Fahrzeugverbänden, gekennzeichnet durch Aufnehmen von zumindest einem Teil von in einer Umgebung des Fahrzeugverbandes befindlichen Gleisen enthaltenen Bildinformationen mittels bildgebender Sensoren, Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleisen und Ermitteln der gleisselektiven Ortungsinformationen in Abhängigkeit der detektierten Gleise.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Ermitteln des von dem schienengebundenen Fahrzeugverband befahren Gleises in Abhängigkeit der aufgenommenen Bildinformationen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch kontinuierliche Aufnahme der Bildinformationen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch Validieren der gleisselektiven Ortungsinformationen in Abhängigkeit von einer digitalen Karte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch Detektieren der in den Bildinformationen enthaltenen Gleise und/oder Ermitteln des von dem schienengebundenen Fahrzeugverband befahrenen Gleises mittels eines Bilderkennungsprogramms.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch Unterstützen der Ortung eines Ortungssystems mittels der gleisselektiven Ortungsinformationen.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Fusionieren der gleisselektiven Ortungsinformation mit der Ortungsinformation des Ortungssystems und Ermitteln einer hochgenauen Position in Abhängigkeit der Fusionierung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch Verarbeiten der Informationen in Echtzeit.