DE102016216070A1

DE102016216070A1 - Steuergerät, System mit solch einem Steuergerät und Verfahren zum Betrieb solch eines Systems

Info

Publication number: DE102016216070A1
Application number: DE102016216070.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Klier; Navid Nourani-Vatani
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-03-01
Also published as: WO2018036751A1; EP3475876A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät, ein System mit solch einem Steuergerät und ein Verfahren zum Betrieb solch eines Systems, wobei eine Ortsposition eines Schienenfahrzeugs ermittelt wird, wobei auf Grundlage einer ersten Anlagenposition einer ersten Signalanlage, der Ortsposition und des maximalen Erfassungsbereichs einer Kamera eine Ausrichtung der Kamera auf die erste Signalanlage ermittelt wird, wobei auf Grundlage der ermittelten Ausrichtung die Kameranachführungseinrichtung gesteuert und die Kamera auf die erste Signalanlage gerichtet wird. ´

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 1, ein System gemäß Patentanspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb solch eines Systems gemäß Patentanspruch 10.
Es ist ein Schienenfahrzeug mit einer Positionsbestimmungseinrichtung bekannt, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung beispielsweise in Verbindung mit einem Satellitensystem eine Ortsposition des Schienenfahrzeugs in einem Schienennetz bestimmt. Die Ortsposition wird genutzt, um mittels einer topographischen Karte die genaue Position des Schienenfahrzeugs in dem Schienennetz zu bestimmen und gegebenenfalls dem Triebfahrzeugführer Warnhinweise auszugeben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuergerät, ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb solch eines Systems bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Steuergeräts gemäß Patentanspruch 1, eines Systems gemäß Patentanspruch 8 und eines Verfahrens zum Betrieb solch eines Systems gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass ein verbessertes Steuergerät für ein System eines Schienenfahrzeugs dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Steuergerät eine Schnittstelle, eine Steuereinrichtung und einen Datenspeicher umfasst, wobei die Steuereinrichtung mit dem Datenspeicher und der Schnittstelle verbunden ist. Die Schnittstelle ist mit einer Positionsbestimmungseinrichtung und einer Kameranachführungseinrichtung verbindbar. In dem Datenspeicher ist eine Information über eine erste Anlagenposition einer ersten Signalanlage, ein Fahrweg und ein maximaler Erfassungsbereich einer Kamera des Systems abgelegt. Die Schnittstelle ist ausgebildet, ein Positionssignal in der Positionsbestimmungseinrichtung mit einer Information über eine Ortsposition des Schienenfahrzeugs zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, auf Grundlage der ersten Anlagenposition, der Ortsposition und des maximalen Erfassungsbereichs eine Ausrichtung der Kamera auf die erste Signalanlage zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung weiter ausgebildet ist, auf Grundlage der ermittelten Ausrichtung ein Steuersignal an der Schnittstelle bereitzustellen.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mittels des Steuersignals die Kameranachführungseinrichtung derart angesteuert werden kann, dass die erste Signalanlage in dem maximalen Erfassungsbereich der Kamera liegt und eine Information über das Kamerabild zur Darstellung mittels einer Anzeigeneinrichtung beispielsweise dahingehend weiterverarbeitet werden kann, dass das Kamerabild an der Anzeigeneinrichtung bereits aus großer Entfernung dargestellt werden kann und somit der Triebfahrzeugführer bereits aus großer Entfernung die dargestellte Information erfassen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Datenspeicher eine topographische Karte mit einer Information über ein Schienennetz und ein vordefinierter Streckenbereich abgelegt. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, auf Grundlage der Ortsposition und der topographischen Karte in dem vordefinierten Streckenbereich entlang des Fahrwegs die erste Anlagenposition der ersten Signalanlage zu ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, auf Grundlage des Fahrwegs und der topographischen Karte eine Weichenstellung einer nächstliegenden Weiche zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, bei der Ermittlung der Ausrichtung die Weichenstellung der Weiche zu berücksichtigen. Dadurch kann eine Richtungsänderung des Schienenfahrzeugs vorab bei der Ermittlung der Ausrichtung mitberücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Ausrichtung der Kamera zu der ersten Signalanlage derart zu bestimmen, dass die erste Signalanlage und der Erfassungsbereich eine maximale Überdeckung aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass die durch die erste Signalanlage bereitgestellte Information zuverlässig ausgewertet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine zweite Signalanlage mit einer zugeordneten zweiten Anlagenposition an dem Fahrweg in dem vordefinierten Streckenbereich zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, auf Grundlage der ersten Anlagenposition und der Ortsposition einen ersten Abstand zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist weiter ausgebildet, auf Grundlage der zweiten Anlagenposition und der Ortsposition einen zweiten Abstand zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den ersten Abstand mit dem zweiten Abstand zu vergleichen. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, diejenige Signalanlage bei der Ermittlung der Ausrichtung zu berücksichtigen, die den geringsten Abstand zu dem Schienenfahrzeug aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, zumindest den ermittelten ersten Abstand mit einem vordefinierten Schwellenwert und/oder den ermittelten zweiten Abstand mit dem vordefinierten Schwellenwert zu vergleichen, wobei bei Unterschreiten des Schwellenwerts die Steuereinrichtung ausgebildet ist, diejenige Anlagenposition nicht bei der Ermittlung der Ausrichtung zu berücksichtigen, die einen Abstand aufweist, der geringer ist als der Schwellenwert. Dadurch wird sichergestellt, dass eine zu nahe Signalanlage zu dem Schienenfahrzeug bei der Ermittlung der Ausrichtung mitberücksichtigt wird. Ferner wird sichergestellt, dass ein zu schnelles Verschwenken der Kamera auf die zu nahe Signalanlage vermieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, ein weiteres Steuersignal auf Grundlage der ersten Anlagenposition und einer weiteren Ortsposition nach einem vordefinierten Zeitintervall zur Nachführung des maximalen Erfassungsbereichs auf die erste Signalanlage zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das weitere Steuersignal an der Schnittstelle bereitzustellen. Dadurch kann der maximale Erfassungsbereich der Kamera während der Fahrt des Schienenfahrzeugs fortwährend auf die erste Signalanlage gerichtet werden und auch Änderungen des Zustands der Signalanlage durch die Nachführung des maximalen Erfassungsbereichs erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein System, insbesondere ein Fahrerassistenzsystem für das Schienenfahrzeug, ein Steuergerät, eine Kamera, eine Kameranachführungseinrichtung und eine Positionsbestimmungseinrichtung auf, wobei das Steuergerät wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die Schnittstelle ist mit der Positionsbestimmungseinrichtung und der Kameranachführungseinrichtung verbunden. Die Kameranachführungseinrichtung ist mit der Kamera gekoppelt. Die Positionsbestimmungseinrichtung ist ausgebildet, eine Ortsposition des Schienenfahrzeugs zu bestimmen und ein zur Ortsposition korrelierendes Positionssignal der Schnittstelle bereitzustellen. Die Kameranachführungseinrichtung ist ausgebildet, auf Grundlage des an der Schnittstelle bereitgestellten Steuersignals die Kamera auszurichten.
In einer weiteren Ausführungsform weist das System eine Anzeigeneinrichtung auf, wobei die Anzeigeneinrichtung in einem Fahrstand des Schienenfahrzeugs anordenbar ist, wobei die Anzeigeneinrichtung mit der Kamera gekoppelt ist, wobei die Kamera mittels eines Datensignals eine Information über ein erfasstes Kamerasignal der Anzeigeneinrichtung bereitstellt, wobei die Anzeigeneinrichtung ausgebildet ist, das Datensignal zu erfassen und die Information darzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein Schienenfahrzeug das oben beschriebene System auf.
In einer weiteren Ausführungsform wird in einem Betrieb des oben beschriebenen Systems eine Ortsposition des Schienenfahrzeugs ermittelt. Auf Grundlage der ersten Anlagenposition, der Ortsposition und des maximalen Erfassungsbereichs wird eine Ausrichtung der Kamera auf die erste Signalanlage gerichtet.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einem System;
2 eine schematische Darstellung des Schienenfahrzeugs in einer ersten Ortsposition in einem Schienennetz;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Systems
4 einen Ausschnitt einer Sicht eines Triebfahrzeugführers des Schienenfahrzeugs;
5 ein Kamerabild einer Kamera des Schienenfahrzeugs; und
6 eine schematische Darstellung des Schienenfahrzeugs in einer zweiten Ortsposition in dem Schienennetz
zeigen.
In den folgenden FIGN wird auf ein Koordinatensystem 5 Bezug genommen. Das Koordinatensystem 5 als beispielhaft als Rechtssystem ausgebildet. Das Koordinatensystem 5 weist eine x-Achse (Längsrichtung), eine y-Achse (Querrichtung) und eine z-Achse (Höhenrichtung) auf. Die x-Achse verläuft in Fahrtrichtung eines Schienenfahrzeugs 10.
1 zeigt eine schematische Darstellung des Schienenfahrzeugs 10 mit einem System 15. Das System 15 ist beispielhaft als Fahrerassistenzsystem 15 ausgebildet. Das System 15 kann aber auch mit einer autonomen Steuerung des Schienenfahrzeugs 10 verbunden sein oder Teil der autonomen Steuerung des Schienenfahrzeugs 10 sein.
Das System 15 weist ein Steuergerät 20, eine Kamera 25, eine Kameranachführungseinrichtung 30, eine Positionsbestimmungseinrichtung 35 und eine optische Anzeigeneinrichtung 40 auf.
Das Steuergerät 20 weist einen Datenspeicher 45, eine Steuereinrichtung 50 und eine Schnittstelle 55 auf. Der Datenspeicher 45 ist mittels einer ersten Verbindung 60 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die Schnittstelle 55 ist mittels einer zweiten Verbindung 65 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Ferner ist die Schnittstelle 55 mittels einer dritten Verbindung 70 mit der Kamera 25 verbunden. Die Schnittstelle 55 ist mittels einer vierten Verbindung 75 mit der Kameranachführungseinrichtung 30 verbunden. Die Positionsbestimmungseinrichtung 35 ist mittels einer fünften Verbindung 80 mit der Schnittstelle 55 verbunden. Ferner ist die Anzeigeneinrichtung 40 mittels einer sechsten Verbindung 85 mit der Schnittstelle 55 verbunden. Ferner kann die Schnittstelle 55 mittels einer Datenverbindung 86 mit einem Zentralrechner 87 verbunden sein.
Der Datenspeicher 45 kann als temporärer Datenspeicher, z.B. als Cachespeicher oder als dauerhafter Datenspeicher, beispielsweise als Festplatte, CD oder DVD oder Flashspeicher ausgebildet sein.
In dem Datenspeicher 45 ist ein vordefinierter Schwellenwert S, ein maximaler Erfassungsbereich 90 der Kamera 25, ein Fahrweg 180 des Schienenfahrzeugs 10 und wenigstens eine Information über eine Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165 wenigstens einer an einem Gleisabschnitt 105, 110, 115 eines Schienennetzes 100 angeordneten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 abgelegt.
Auch kann beispielsweise der vordefinierter Schwellenwert S und/oder der maximaler Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 und/oder der Fahrweg 180 des Schienenfahrzeugs 10 und/oder wenigstens eine Information über eine Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165 wenigstens einer an einem Gleisabschnitt 105, 110, 115 des Schienennetzes 100 angeordneten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 durch den Zentralrechner 87 mittels eines Datensignals an die Schnittstelle 55 übertragen werden. Die Steuereinrichtung 50 legt (temporär) die mittels des Datensignals übertragene Information, beispielsweise den vordefinierten Schwellenwert S und/oder den maximaler Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 und/oder den Fahrweg 180 des Schienenfahrzeugs 10 und/oder die Information über eine Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165 wenigstens einer an einem Gleisabschnitt 105, 110, 115 des Schienennetzes 100 angeordneten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 in dem Datenspeicher 45 ab.
Der vordefinierte Schwellenwert S kann einen mathematischen Algorithmus, ein Kennfeld und/oder einen Parameter aufweisen. Der maximale Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass in dem Datenspeicher 45 ein horizontales erstes Winkelsegment für einen horizontalen Erfassungsbereich der Kamera 25 und/oder ein vertikales zweites Winkelsegment der Kamera 25 für einen vertikalen Erfassungsbereich der Kamera 25 abgelegt ist. Der maximale Erfassungsbereich 90 kennzeichnet den (Teil-)Bereich der Kamera 25, mit dem die Kamera 25 eine Umgebung des Schienenfahrzeugs 10 erfassen kann.
Die Information über die Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165 wenigstens der an dem Gleisabschnitt 105, 110, 115 des Schienennetzes 100 angeordneten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 kann beispielsweise in einer topographischen Karte 95 abgelegt sein.
Auch kann die Information über die Anlagenposition mittels einer nichtdargestellten Erfassungseinrichtung, beispielsweise eines LiDARs, eines Radarsensors oder einer weiteren Kamera ermittelt werden und der Steuereinrichtung 50 mittels eines Informationssignals bereitgestellt werden.
Von besonderem Vorteil ist, wenn in der topographischen Karte 95 im Wesentlichen vollständig das Schienennetz 100 und die Signalanlagen 120, 130, 140, 150, 160 an dem Schienenverlauf in einem bestimmten Bereich, beispielsweise einem Bundesland oder einem Netzbereich eines Betreibers des Schienennetzes 100, abgelegt sind.
Zusätzlich kann in der topographischen Karte 95 ein Typ der Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 abgelegt sein. Auch kann in der topographischen Karte 95 eine weitere Information über die Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, beispielsweise eine Anordnungsseite der Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, beispielsweise rechtsseitig von dem Gleisabschnitt 105, 110, 115 oder linksseitig vom Gleisabschnitt 105, 110, 115, mit abgelegt sein.
Die Kamera 25 kann eine herkömmliche Kamera beispielsweise mit einem CMOS-Sensor sein, die ausgebildet ist, über eine nicht dargestellte Optik die Umgebung des Schienenfahrzeugs 10 zu erfassen. Die Kamera 25 kann zusätzlich nachtsichttauglich sein und beispielsweise einen Restlichtverstärker aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist ferner von Vorteil, wenn die Kamera 25 besonders lichtempfindlich ist, um auch bei schlechten Witterungsverhältnissen, insbesondere nachts, die Umgebung zu erfassen. Von besonderem Vorteil ist, wenn eine Optik der Kamera 25 eine starke Vergrößerung aufweist, sodass der maximale Erfassungsbereich 90 gering ist.
Die Kameranachführungseinrichtung 30 ist mechanisch, elektrisch oder andersartig mit der Kamera 25 gekoppelt. Die Kameranachführungseinrichtung 30 dient dazu, die Kamera 25 um wenigstens eine Achse des Schienenfahrzeugs 10, vorzugsweise eine z-Achse (Höhenrichtung), in horizontaler Richtung zu verschwenken. Zusätzlich kann die Kameranachführungseinrichtung 30 die Kamera 25 gegebenenfalls auch um die y-Achse in vertikaler Richtung verschwenken.
Die Positionsbestimmungseinrichtung 35 kann beispielsweise einen Empfänger zum Empfang von Satellitensignalen von Satelliten, beispielsweise gemäß dem GPS-Standard, GLONASS-Standard, Galileo-Standard, aufweisen. Die Positionsbestimmungseinrichtung 35 ermittelt beispielsweise auf Grundlage der erfassten Satellitensignale eine Ortsposition 170, 175 des Schienenfahrzeugs 10. Die Positionsbestimmungseinrichtung 35 stellt die Ortsposition 170, 175 im Rahmen eines Positionssignals über die fünfte Verbindung 80 der Schnittstelle 55 bereit.
Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Positionsbestimmungseinrichtung 35 die Ortsposition 170, 175 beispielsweise auch mittels der Kamera 25 anhand der durch die Kamera 25 aufgenommenen Informationen bestimmt. Zusätzlich oder alternativ kann die Positionsbestimmungseinrichtung 35 einen LiDAR- und/oder einen Radarsensor aufweisen, mittels dessen die Ortsposition 170, 175 bestimmt wird. Auch ist eine Verknüpfung des Empfängers, des LiDAR- und/oder des Radarsensors zur Bestimmung der Ortsposition 170, 175 denkbar.
Die Anzeigeneinrichtung 40 kann beispielsweise ein Display sein, das in einem Sichtbereich des Triebfahrzeugführers im Fahrerstand angeordnet ist. Die Anzeigeneinrichtung 40 kann aber auch Teil einer Multifunktionsanzeige sein. Auch kann die Anzeigeneinrichtung 40 Teil eines berührungssensitiven Displays sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Schienenfahrzeugs 10 auf einem Schienennetz 100.
Das Schienennetz 100 weist einen ersten Gleisabschnitt 105, einen zweiten Gleisabschnitt 110 und einen dritten Gleisabschnitt 115 auf. Selbstverständlich kann die Anzahl der Gleisabschnitte 105, 110, 115 auch eine andere sein.
Das Schienennetz 100 weist ferner beispielhaft eine Weiche 116 auf. Die Weiche 116 ist zwischen dem ersten Gleisabschnitt 105 und dem zweiten und dritten Gleisabschnitt 110, 115 angeordnet und legt fest, ob der erste Gleisabschnitt 105 mit dem zweiten Gleisabschnitt 110 oder dem dritten Gleisabschnitt 115 verbunden ist.
In der Ausführungsform wird der Fahrweg 180 vor und/oder während der Fahrt in dem Datenspeicher 45 abgespeichert. Der Fahrweg 180 ist dabei der Weg, den das Schienenfahrzeug 10 im Schienennetz 100 entlang abfährt. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass der Fahrweg 180 während der Fahrt entlang des ersten Gleisabschnitts 105 auf Grundlage einer Weichenstellung der Weiche 116 ermittelt wird. Die Weichenstellung kann beispielsweise mittels eines Weichendatensignals und/oder einer optischen Erfassung eines Weichensignalelements ermittelt werden.
Das in 3 gezeigte Schienennetz 100 weist ferner beispielhaft eine erste Signalanlage 120 mit einer ersten Anlagenposition 125, eine zweite Signalanlage 130 mit einer zweiten Anlagenposition 135, eine dritte Signalanlage 140 mit einer dritten Anlagenposition 145, eine vierte Signalanlage 150 mit einer vierten Anlagenposition 155 und eine fünfte Signalanlage 160 mit einer fünften Anlagenposition 165 auf. Die Anzahl der Signalanlagen 120, 130, 140, 150, 160 und der zugehörigen Anlagenpositionen 125, 135, 145, 155, 165 ist dabei nicht beschränkt. Ferner können die Signalanlagen 120, 130, 140, 150, 160 unterschiedlichen Typs sein und beispielsweise mit unterschiedlichen Signalmitteln, beispielsweise mit Leuchtsignalen und/oder Signaltafeln, versehen sein. Auch ist die Anordnung der ersten und zweiten Signalanlage 120, 130 am ersten Gleisabschnitt 105, die Anordnung der dritten und vierten Signalanlage 140, 150 am zweiten Gleisabschnitt 110 sowie die Anordnung der fünften Signalanlage 160 am dritten Gleisabschnitt 115 beispielhaft.
Ferner ist in 2 symbolisch der vordefinierte Streckenbereich 166 sowie der maximale Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 dargestellt.
Das Schienenfahrzeug 10 befindet sich in 2 beispielhaft an einer ersten Ortsposition 170 auf dem ersten Gleisabschnitt 105.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des in den 1 und 2 gezeigten Fahrerassistenzsystems 15 des Schienenfahrzeugs 10. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Schienenfahrzeugs 10 in einer zweiten Ortsposition 175 auf dem Schienennetz 100.
In einem ersten Verfahrensschritt 300 wird die erste Ortsposition 170 durch die Positionsbestimmungseinrichtung 35 bestimmt.
Die erste Ortsposition 170 kann eine absolute Ortsposition sein, wie sie beispielsweise mittels des Satellitensignals ermittelt wird und sich beispielsweise auf ein Koordinatensystem beziehen. Auch kann die erste Ortsposition 170 eine relative Ortsposition des Schienenfahrzeugs 10 gegenüber einem anderen Objekt, beispielsweise dem Gleisabschnitt 105, 110, 115 oder gegenüber der Signalanlage 120, 130, 130, 140, 150, 160 sein.
Die Positionsbestimmungseinrichtung 35 stellt korrespondierend zur ersten Ortsposition 170 ein korrelierendes erstes Positionssignal bereit. Das erste Positionssignal wird über die fünfte Verbindung 80 an die Schnittstelle 55 übertragen. Die Schnittstelle 55 stellt das erste Positionssignal der Steuereinrichtung 50 bereit, die das erste Positionssignal erfasst.
In einem fakultativen zweiten Verfahrensschritt 305 erfolgt eine Zuordnung der mittels des ersten Positionssignals übertragenen ersten Ortsposition 170 in der topographischen Karte 95. Dazu kann die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage eines Map-Matching-Verfahrens die erste Ortsposition 170 einer Kartenposition in der topographischen Karte 95 zuordnen.
In einem dritten Verfahrensschritt 310 ermittelt die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage der ermittelten ersten Ortsposition 170 und des vordefinierten im Datenspeicher 45 abgelegten Streckenbereichs 166 die im vordefinierten Streckenbereich 166 vorhandenen Signalanlagen 120, 130, 140, 150, 160. Dazu können beispielsweise alle im vordefinierten Streckenbereich 166 angeordneten Signalanlagen 120, 130, in 2 beispielsweise die erste und zweite Signalanlage 120, 130, in einer ersten Liste von der Steuereinrichtung 50 im Datenspeicher 45 abgelegt werden.
In einem vierten Verfahrensschritt 315 wählt die Steuereinrichtung 50 aus der ersten Liste der Signalanlagen 120, 130 nur diejenigen aus, die entlang des Fahrwegs 180 liegen. Die an dem Fahrweg 180 liegenden Signalanlagen 120, 130 werden von der Steuereinrichtung 50 im Datenspeicher 45 in einer zweiten Liste abgelegt.
In 2 sind beispielhaft die erste bis vierte Signalanlage 120, 130, 140, 150 entlang des Fahrwegs 180 angeordnet. Die fünfte Signalanlage 160 liegt am zweiten Gleisabschnitt 110, der nicht entlang des Fahrwegs 180 liegt. Die fünfte Signalanlage 160 wird nicht berücksichtigt. Ferner bleiben im vierten Verfahrensschritt 315 die dritte und vierte Signalanlage 140, 150 unberücksichtigt, da diese außerhalb des vordefinierten Streckenbereichs 166 liegen.
Alternativ ist auch denkbar, dass der dritte und vierte Verfahrensschritt 310, 315 in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
In einem fünften Verfahrensschritt 320 ermittelt die Steuereinrichtung 50 anhand der ermittelten ersten Ortsposition 170 und der zweiten Liste diejenige Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 aus, welche entlang des Fahrwegs 180 die nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem die Steuereinrichtung 50 jeweils auf Grundlage der ersten Ortsposition 170 und der in der topographischen Karte 95 zu der Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165 der in der zweiten Liste abgelegten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 zugeordneten einen Abstand a ermittelt.
So ermittelt beispielsweise die Steuereinrichtung 50 für das in 2 gezeigte Beispiel zwischen der ersten Signalanlage 120 auf Grundlage der ersten Ortsposition 170 und der ersten Anlagenposition 125 einen ersten Abstand a₁. Ferner ermittelt die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage der ersten Ortsposition 170 und der zweiten Anlagenposition 135 der zweiten Signalanlage 130 einen zweiten Abstand a₂.
Durch einen Vergleich der ermittelten Abstände a₁, a₂ ermittelt die Steuereinrichtung 50 diejenige Signalanlage 120, in 2 die erste Signalanlage 120, die den geringsten Abstand a zu dem Schienenfahrzeug 10 aufweist.
In einem sechsten Verfahrensschritt 325 vergleicht die Steuereinrichtung 50 den Abstand a der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, in 2 den ersten Abstand a₁, mit dem vordefinierten Schwellenwert S.
Unterschreitet der Abstand a den vordefinierten Schwellenwert S, so fährt die Steuereinrichtung 50 mit einem siebten Verfahrensschritt 330 fort. Überschreitet der Abstand a den vordefinierten Schwellenwert S, so fährt die Steuereinrichtung 50 mit einem achten Verfahrensschritt 335 fort.
Im siebten Verfahrensschritt 330 bei Unterschreiten des Schwellenwerts S durch den Abstand a der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, in 2 der ersten Signalanlage 120, verwirft die Steuereinrichtung 50 die als nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 bestimmte Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, in 2 beispielsweise die erste Signalanlage 120. Ferner löscht die Steuereinrichtung 50 die im vierten Verfahrensschritt 315 bestimmte nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, im Beispiel die erste Signalanlage 120, aus der zweiten Liste.
Auf den siebten Verfahrensschritt 330 fährt die Steuereinrichtung 50 mit dem fünften Verfahrensschritt 320 fort. Die Wiederholung des fünften Verfahrensschritts 320 und des sechsten Verfahrensschritts 325 erfolgt so lange, bis im sechsten Verfahrensschritt 325 die Bedingung nicht erfüllt ist und die Steuereinrichtung 50 mit dem achten Verfahrensschritt 335 fortfahren kann und somit der Abstand a der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 größer ist als der vordefinierte Schwellenwert S.
Im für 2 gezeigten Beispiel bestimmt im wiederholten fünften Verfahrensschritt 320 die Steuereinrichtung 50 die zweite Signalanlage 130 als nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160. Im sechsten Verfahrensschritt 325 ist das Ergebnis des Vergleichs des zweiten Abstands a₂ der nächstliegenden zweiten Signalanlage 130 mit dem vordefinierten Schwellenwert S, dass der zweite Abstand a₂ größer ist als der vordefinierte Schwellenwert S. Daraufhin fährt die Steuereinrichtung 50 mit dem achten Verfahrensschritt 335 fort.
Im achten Verfahrensschritt 335 ermittelt die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage der Anlagenposition 125, 135, 145, 155, 165, der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 des maximalen Erfassungsbereichs 90 und der ersten Ortsposition 170 eine Ausrichtung 171 der Kamera 25 auf die nächstliegende Signalanlage. Dabei kann die Ausrichtung 171 in einer einfachen Ausführungsform ausschließlich um die z-Achse erfolgen. Von besonderem Vorteil ist, wenn die Ausrichtung 171 nicht nur um die z-Achse, sondern auch um die y-Achse des Schienenfahrzeugs 10 bestimmt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sowohl bei der Ortsposition eine Ortshöhe, beispielsweise über eine Bezugshöhe, zum Beispiel über Normalhöhennull, als auch eine Signalanlagenhöhe der Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 bei der Ermittlung der Ausrichtung 171 berücksichtigt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kamera 25 auch bei unterschiedlichen Höhenverläufen der einzelnen Gleisabschnitte 105, 110, 115 auf die jeweils nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 ausgerichtet ist.
Im in 2 gezeigten Beispiel ermittelt die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage der ersten Ortsposition 170, der zweiten Anlagenposition 135 und des maximalen Erfassungsbereichs 90 die Ausrichtung 171.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Steuereinrichtung 50 die Ausrichtung 171 der Kamera 25 zu der nächstliegenden Signalanlage derart bestimmt, dass die nächstliegende Signalanlage und der maximale Erfassungsbereich 90 eine maximale Überdeckung aufweisen, sodass sich die zweite Signalanlage 130 vollständig im maximalen Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 befindet. Dies stellt eine gute Erkennbarkeit der nächstliegenden Signalanlage und ihres Signalelementes sicher.
In einem neunten Verfahrensschritt 340 ermittelt die Steuereinrichtung 50 ein erstes Steuersignal auf Grundlage der ermittelten Ausrichtung 171. Die Steuereinrichtung 50 stellt das Steuersignal über die zweite Verbindung 65 der Schnittstelle 55 bereit. Die Schnittstelle 55 leitet das erste Steuersignal an die Kameranachführungseinrichtung 30 über die dritte Verbindung 70 und über die vierte Verbindung 75 weiter. Die Kameranachführungseinrichtung 30 schwenkt die Kamera 25 gemäß der über das erste Steuersignal korrelierenden Ausrichtung 171 derart, dass die nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 und der maximale Erfassungsbereich 90 sich überdecken.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kameranachführungseinrichtung 30 auch einen Fokus der Kamera 25 auf die ausgewählte nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160, in der Ausführungsform die zweite Signalanlage 130, richten und entsprechend zum ermittelten zweiten Abstand a₂ einstellen.
Auch kann beispielsweise die Steuereinrichtung 50 auf Grundlage des Fahrwegs 180 und der topographischen Karte 95 die Weichenstellung der nächstliegenden Weiche 116 ermitteln und die Weichenstellung der Weiche 116 bei Ermittlung der Ausrichtung 171 berücksichtigen.
Im in 2 gezeigten Beispiel wird die Kamera 25 durch die Kameranachführungseinrichtung 30 mit dem maximalen Erfassungsbereich 90 auf die zweite Signalanlage 130 gerichtet.
In einem zehnten Verfahrensschritt 345 wird von der Kamera 25 über die dritte Verbindung 70 an die Schnittstelle 55 und von der Schnittstelle 55 über die sechste Verbindung 85 an die Anzeigeneinrichtung 40 mittels eines Datensignals eine Information über ein von der Kamera 25 erfasstes Kamerabild an die Anzeigeneinrichtung 40 übertragen. Auch kann die Steuereinrichtung 50 das an die Schnittstelle 55 übertragene Datensignal mit der Information über das Kamerabild auswerten. So kann beispielsweise mittels eines Bilderkennungsverfahrens ein durch die nächstliegende Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 signalisierter Signalzustand erfasst werden und mittels der Anzeigeneinrichtung 40 der ermittelte Signalzustand der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 dargestellt werden.
Durch Darstellung der nächstliegenden Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 kann der Triebfahrzeugführer den Signalzustand der für ihn relevanten Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 frühzeitig erfassen. Dadurch kann der Triebfahrzeugführer besonders einfach die für ihn relevanten Informationen aufnehmen und entsprechend das Schienenfahrzeug 10 steuern. Insbesondere wird vermieden, dass der Triebfahrzeugführer eine falsche Signalanlage 120, 130, 140, 150, 160 als eine für ihn geltende interpretiert. Des Weiteren kann auf ein Multikamerasystem verzichtet werden, da ausschließlich eine einzige Kamera 25 genügt. Dadurch kann die Kamera 25 besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden. Ferner wird eine höhere Zuverlässigkeit erreicht als bei einem Multikamerasystem.
4 zeigt einen Ausschnitt eines Sichtbereichs des Triebfahrzeugführers aus dem Schienenfahrzeug 10.
Die zweite Signalanlage 130 ist gegenüber einer Fahrzeugmitte 190 außermittig angeordnet. Ist die Kamera 25 starr mit einer Fahrzeugstruktur des Schienenfahrzeugs 10 verbunden, so ist bei einer starken optischen Vergrößerung der Kamera 25 die zweite Signalanlage 130 außerhalb des maximalen Erfassungsbereichs 90 der Kamera 25 angeordnet. Ohne optische Vergrößerung kann der Triebfahrzeugführer nur schwer die zweite Signalanlage 130 auf seinem Fahrweg 180 erfassen.
In 4 ist mittels eine Rechtecks der maximale Erfassungsbereich 90 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung symbolisch aufgezeigt. Durch das in 3 beschriebene Verfahren ist der maximale Erfassungsbereich 90 gegenüber einer Fahrzeugmitte 190 des Schienenfahrzeugs 10 außermittig angeordnet und auf die zweite Signalanlage 130 gerichtet.
5 zeigt das von der Kamera 25 erfasste Kamerabild. Durch den schmalen maximalen Erfassungsbereich 90 ist das durch die Kamera 25 erfasste Kamerabild gegenüber der durch den Triebfahrzeugführer erfassten Umgebung stark vergrößert. Dadurch kann der Triebfahrzeugführer bereits aus größerer Entfernung auf einfache Art und Weise die auf seinem Fahrweg 180 liegende (zweite) Signalanlage 130 und die mittels der zweiten Signalanlage 130 dargestellte Information erfassen und entsprechend das Schienenfahrzeug 10 steuern. Insbesondere kann der Triebfahrzeugführer auf diese Weise frühzeitig eine entsprechende Reduzierung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 10 einleiten.
6 zeigt eine schematische Darstellung des Schienenfahrzeugs 10 in einer zweiten Ortsposition 175 in dem Schienennetz 100.
Durch die Fahrt des Schienenfahrzeugs 10 entlang des Fahrwegs 180 verändert sich die Ortsposition 170, 175 des Schienenfahrzeugs 10 fortwährend. In 6 befindet sich das Schienenfahrtzeug 10 in der zweiten Ortsposition 175. Von besonderem Vorteil ist, wenn das in 3 beschriebene Verfahren in einem vordefinierten Zeitintervall für die zweite Ortsposition 175 statt der ersten Ortsposition 170 wiederholt wird. Das Zeitintervall kann dabei auch ein Bustakt oder Prozessortakt sein. Das Zeitintervall kann frei gewählt werden.
Zusätzlich kann zu dem in 3 beschriebenen Verfahren ein elfter Verfahrensschritt 350 vorgesehen sein. Im elften Verfahrensschritt 350 führt die Steuereinrichtung 50 mittels der Kameranachführungseinrichtung 30 die Kamera 25 auf die nächstliegende (zweite) Signalanlage 130 nach. Dabei kann die Steuereinrichtung 50 eine zusätzliche Regelstrecke aufweisen, um auf Grundlage beispielsweise des erfassten Kamerabilds den maximalen Erfassungsbereich 90 der Kamera 25 mittels eines zweiten Steuersignals nachzuführen. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn die Steuereinrichtung 50 das Signalmittel der nächstliegenden (zweiten) Signalanlage 130 zu einer Erfassungsmitte 185 des maximalen Erfassungsbereichs 90 überlappend ausrichtet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass zu dem oben beschriebenen Verfahren weitere Verfahrensschritte denkbar sind. Auch kann die Reihenfolge der oben beschriebenen Verfahrensschritte anders gewählt werden, wobei die oben beschriebene Reihenfolge der Verfahrensschritte 300–350 von besonderem Vorteil ist.

Claims

Steuergerät (20) für ein System (15) eines Schienenfahrzeugs (10), – wobei das Steuergerät (20) eine Schnittstelle (55), eine Steuereinrichtung (50) und einen Datenspeicher (45) umfasst, – wobei die Steuereinrichtung (50) mit dem Datenspeicher (45) und der Schnittstelle (55) verbunden ist, – wobei die Schnittstelle (55) mit einer Positionsbestimmungseinrichtung (35) und einer Kameranachführungseinrichtung (30) verbindbar ist, – wobei in dem Datenspeicher (45) eine Information über eine erste Anlagenposition (125) einer ersten Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160), ein Fahrweg (180) und ein maximaler Erfassungsbereich (90) einer Kamera (25) des Systems (15) abgelegt sind, – wobei die Schnittstelle (55) ausgebildet ist, ein Positionssignal der Positionsbestimmungseinrichtung (35) mit einer Information über eine Ortsposition (170) des Schienenfahrzeugs (10) zu erfassen und der Steuereinrichtung (50) bereitzustellen, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage der ersten Anlagenposition (125, 135, 145, 155, 165), der Ortsposition (170) und des maximalen Erfassungsbereichs (90) eine Ausrichtung (171) der Kamera (25) auf die erste Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage der ermittelten Ausrichtung (171) ein Steuersignal an der Schnittstelle (55) bereitzustellen.
Steuergerät (20) nach Anspruch 1, – wobei in dem Datenspeicher (45) eine topographische Karte (95) mit einer Information über ein Schienennetz (100) und ein vordefinierter Streckenbereich (166) abgelegt sind, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage der Ortsposition (170) und der topographischen Karte (95) in dem vordefinierten Streckenbereich (166) entlang des Fahrwegs (180) die erste Anlagenposition (125, 135, 145, 155, 165) der ersten Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) zu ermitteln.
Steuergerät (20) nach Anspruch 2, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage des Fahrwegs (180) und der topographischen Karte (95) eine Weichenstellung einer nächstliegenden Weiche (116) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, bei Ermittlung der Ausrichtung (171) die Weichenstellung zu berücksichtigen.
Steuergerät (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, die Ausrichtung (171) der Kamera (25) zu der ersten Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) derart zu bestimmen, dass die erste Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) und der maximale Erfassungsbereich (90) eine maximale Überdeckung aufweisen.
Steuergerät (20) nach Anspruch 2 bis 4, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, eine zweite Signalanlage (130) mit einer zugeordneten zweiten Anlagenposition (135) an dem Fahrweg (180) in dem vordefinierten Streckenbereich (166) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage der ersten Anlagenposition (125) und der Ortsposition (170, 175) einen ersten Abstand (a₁) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, auf Grundlage der zweiten Anlagenposition (135) und der Ortsposition (170) einen zweiten Abstand (a₂) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, den ersten Abstand (a₁) mit dem zweiten Abstand (a₂) zu vergleichen, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, diejenige Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) bei der Ermittlung der Ausrichtung (171) zu berücksichtigen, die den geringsten Abstand (a₁) zu dem Schienenfahrzeug (10) aufweist.
Steuergerät (20) Anspruch 5, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, zumindest den ermittelten ersten Abstand (a₁) mit einem vordefinierten Schwellenwert (S) und/oder den ermittelten zweiten Abstand (a₂) mit dem vordefinierten Schwellenwert (S) zu vergleichen, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, diejenige Anlagenposition (125) nicht bei der Ermittlung der Ausrichtung (171) zu berücksichtigen, die einen Abstand (a₁, a₂) aufweist, der geringer ist als der Schwellenwert (S).
Steuergerät (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, ein weiteres Steuersignal auf Grundlage der ersten Anlagenposition (125, 135, 145, 155, 165) und einer weiteren Ortsposition (175) nach einem vordefinierten Zeitintervall zur Nachführung des maximalen Erfassungsbereichs (90) auf die erste Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) zu ermitteln, – wobei die Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, das weitere Steuersignal an der Schnittstelle (55) bereitzustellen.
System (15), insbesondere Fahrerassistenzsystem (15), für ein Schienenfahrzeug (10), – aufweisend ein Steuergerät (20), eine Kamera (25), eine Kameranachführungseinrichtung (30) und eine Positionsbestimmungseinrichtung (35), – wobei das Steuergerät (20) nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist, – wobei die Schnittstelle (55) mit der Positionsbestimmungseinrichtung (35) und der Kameranachführungseinrichtung (30) verbunden ist, – wobei die Kameranachführungseinrichtung (30) mit der Kamera (25) gekoppelt ist, – wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (35) ausgebildet ist, eine Ortsposition (170) des Schienenfahrzeugs (10) zu bestimmen und ein zur Ortsposition (170) korrelierendes Positionssignal der Schnittstelle (55) bereitzustellen, – wobei die Kameranachführungseinrichtung (30) ausgebildet ist, auf Grundlage des an der Schnittstelle (55) bereitgestellten Steuersignals die Kamera (25) auszurichten.
System (15) nach Anspruch 8, – aufweisend eine Anzeigeneinrichtung (40), – wobei die Anzeigeneinrichtung (40) in einem Fahrstand des Schienenfahrzeugs (10) anordenbar ist, – wobei die Anzeigeneinrichtung (40) mit der Kamera (25) gekoppelt ist, – wobei die Kamera (25) mittels eines Datensignals eine Information über das erfasste Kamerabild der Anzeigeneinrichtung (40) bereitstellt, – wobei die Anzeigeneinrichtung (40) ausgebildet ist, das Datensignal zu erfassen und die Information darzustellen.
Verfahren zum Betrieb eines Systems (15) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, – wobei eine Ortsposition (170, 175) des Schienenfahrzeugs (10) ermittelt wird, – wobei auf Grundlage der ersten Anlagenposition (125), der Ortsposition (170, 175) und des maximalen Erfassungsbereichs (90) eine Ausrichtung (171) der Kamera (25) auf die erste Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) ermittelt wird, – wobei auf Grundlage der ermittelten Ausrichtung (171) die Kameranachführungseinrichtung (30) gesteuert und die Kamera (25) auf die erste Signalanlage (120, 130, 140, 150, 160) gerichtet wird.