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Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung der Integrität eines Zuges und/oder zur Ermittlung der Position des Zuges.
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Um die Betriebssicherheit eines Zuges zu verbessern, wird auf modernen Zügen das European Train Control System (ETCS) eingesetzt, mit dem sich sowohl die Integrität als auch die Position des Zuges ermitteln beziehungsweise überwachen lassen. ETCS Level 3 setzt dabei voraus, dass alle auf einer bestimmten Fahrstrecke fahrenden Züge entsprechend ausgestattet sind. Nicht gemäß ETCS Level 3 ausgestattete Züge können nicht ohne Beeinträchtigung der Auslastung der Fahrstrecke auf solchen Fahrstrecken fahren.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht also darin, ein System zur Überwachung der Zugintegrität und zur Ermittlung der Zugposition bereitzustellen, mit dem auch nicht gemäß ETCS Level 3 ausgestattete Züge Fahrstrecken befahren können, die ansonsten gemäß ETCS Level 3 ausgestatteten Zügen vorbehalten sind.
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Erfindungsgemäß wird ein System der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei das System wenigstens ein unbemanntes Luftfahrzeug mit zumindest einem Sensor aufweist, wobei der Sensor ausgebildet ist, Sensordaten zu erzeugen, die die Position mindestens eines Fahrzeugteils des Zuges relativ zu einem anderen Fahrzeugteil des Zuges und/oder die Position des Zuges an sich repräsentieren, wobei das System eine Datenauswertevorrichtung, etwa ein Computer, aufweist, die ausgebildet ist, basierend auf den Sensordaten die Integrität des Zuges zu überwachen und/oder die Position des Zuges zu ermitteln. Das unbemannte Luftfahrzeug kann zum Beispiel einen Computer, der Sensordaten übertragend mit dem Sensor verbunden ist, aufweisen.
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Dadurch, dass die Zugintegrität und die Zugposition unabhängig von der Ausstattung des Zuges überwacht beziehungsweise ermittelt werden können, können auch nicht gemäß ETCS Level 3 ausgestattete Züge Fahrstrecken befahren, die ansonsten gemäß ETCS Level 3 ausgestatteten Zügen vorbehalten sind, ohne dass die Betriebssicherheit der Züge auf dieser Fahrstecke hierdurch beeinträchtigt wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen:
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So kann das System mehrere unbemannte Luftfahrzeuge mit Sensoren aufweisen, wobei jedem der unbemannten Luftfahrzeuge entlang einer geplanten Fahrstrecke des Zuges unterschiedliche Abschnitte zugeteilt sind, in denen das jeweilige unbemannte Luftfahrzeug die Sensordaten zum Zug erzeugt. Auch wenn das unbemannte Luftfahrzeug eine eingeschränkte Reichweite aufweist oder auf der Fahrstrecke eine schnelle Zugfolge herrscht, können so alle Züge mithilfe des Systems und insbesondere mit den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen sicher überwacht werden.
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Um die Betriebssicherheit der Züge weiter zu verbessern und lückenlos zu überwachen, können die Abschnitte lückenlos entlang der Fahrstrecke angeordnet sein.
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Werden mehrere unbemannte Luftfahrzeuge verwendet, so können sich die Abschnitte entlang der geplanten Fahrstrecke überlappen, wodurch eine sichere Übergabe des Zuges von einem der unbemannten Luftfahrzeuge an ein anderes der benannten Luftfahrzeuge möglich ist.
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Die unbemannten Luftfahrzeuge können eingerichtet sein, sich nicht gemeinsam im Überlappungsbereich der Abschnitte und zum Beispiel nur in überlappungsfreien Bereichen des zugeordneten Abschnittes aufzuhalten, wodurch Kollisionen zwischen den unbemannten Luftfahrzeugen, insbesondere während der Übergabe des Zuges von einem Abschnitt an den folgenden Abschnitt, verhindert werden.
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Die unbemannten Luftfahrzeuge können eingerichtet sein, den Zug im zugewiesenen Abschnitt so zu begleiten, dass sie während sich der Zug im zugewiesenen Abschnitt aufhält durchgängig den Zug betreffende Sensordaten erzeugen können. Dadurch, dass die unbemannten Luftfahrzeuge den Zug begleiten können, kann auch bei einem von dem unbemannten Luftfahrzeug zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nicht überwachbaren Bereich der Zug überwacht beziehungsweise dessen Position ermittelt werden, wobei die Anzahl der unbemannten Luftfahrzeuge beschränkt sein kann. Insbesondere kann vermieden werden, dass stationäre unbemannte Luftfahrzeuge zumindest zeitweise ungenutzte Fahrstrecken überwachen.
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Die Flughöhe der unbemannten Luftfahrzeuge kann so vorgegeben sein, dass die vorgegebene Fluggeschwindigkeit der unbemannten Luftfahrzeuge kleiner ist als die erwartete maximale Fahrgeschwindigkeit des Zuges. Mit der Flughöhe kann der mit den Sensoren erfassbare Bereich größer werden, sodass die unbemannten Luftfahrzeuge langsamer fliegen können, als der Zug fährt. Der Energiebedarf der unbemannten Luftfahrzeuge sinkt mit der Geschwindigkeit, sodass die unbemannten Luftfahrzeuge länger in der Luft bleiben können.
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Die Fluggeschwindigkeit des unbemannten Luftfahrzeugs ist vorzugsweise die Geschwindigkeit über Grund.
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Die Flughöhe kann sogar so vorgegeben sein, dass das unbemannte Luftfahrzeug stationär fliegend im gesamten zugewiesenen Abschnitt Sensordaten zum Zug erzeugen kann, also ohne eine Relativbewegung zum Grund den gesamten zugewiesenen Abschnitt erfassen kann. Hierdurch sinkt nicht nur der Energiebedarf der unbemannten Luftfahrzeuge. Vielmehr lassen sich stationäre unbemannte Luftfahrzeuge auch einfacher koordinieren, sodass nicht durch das System erfasste oder erfassbare Züge vermieden werden.
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Beispielsweise wenn die Fahrstrecke sehr kurvig oder wenig frequentiert ist, kann der von dem unbemannten Luftfahrzeug erfasste Abschnitt nicht zusammenhängende oder sogar voneinander beabstandete Abschnitte der Fahrstrecke aufweisen, sodass Züge auf einer solchen Fahrstrecke besonders effizient erfasst werden können.
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Das unbemannte Luftfahrzeug kann ausgebildet sein, zumindest bei der Ein- und/oder Ausfahrt des Zuges in einen und/oder aus einem Tunnel Sensordaten zum Zug zu erzeugen. So kann der Sensor des unbemannten Luftfahrzeuges ausgebildet sein, von außen zumindest in einem Eingang oder Ausgang des Tunnels wenigstens einen Teil des Zuges zu erfassen. Gerade bei kurzen Tunneln kann es ausreichend sein, den Zug nur während der Einfahrt und/oder der Ausfahrt in oder aus dem Tunnel zu überwachen.
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Liegen jedoch längere Tunnel auf der Fahrstrecke des Zuges und/oder soll der Zug auch innerhalb des Tunnels erfasst werden, so kann das System eine Sensordatenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Sensordaten eines durch den Tunnel fahrenden Zuges aufweisen, wobei die Sensordatenerzeugungseinrichtung dem Tunnel zugewiesen ist. Beispielsweise kann die Sensordatenerzeugungseinrichtung mindestens einen Sensor aufweisen, der dem zumindest einem Sensor des unbemannten Luftfahrzeuges funktional entspricht. Die Sensordatenerzeugungseinrichtung kann per Kabel oder Funk die Sensordaten an die Datenauswertevorrichtung übersenden oder selbst eine Datenauswertevorrichtung aufweisen. Die Sensordatenerzeugungseinrichtung kann beispielsweise fest im Tunnel installiert sein. Ferner kann die Sensordatenerzeugungseinrichtung etwa einen Computer, der Sensordaten übertragend mit dem Sensor verbunden ist, aufweisen.
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Die Datenauswertevorrichtung kann separat oder in dem wenigstens einen unbemannten Luftfahrzeug oder jeweils in jedem der unbemannten Luftfahrzeuge vorgesehen sein.
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Bei einer entsprechenden Streckenführung oder bei einer entsprechend schnellen Zugfolge auf der Fahrstrecke kann das unbemannte Luftfahrzeug gleichzeitig Sensordaten zu mehreren Zügen und beispielsweise zu mindestens zwei Zügen erzeugen, wodurch sich die Anzahl der benötigten unbemannten Luftfahrzeuge verringert.
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Sollte das unbemannte Luftfahrzeug oder eines der unbemannten Luftfahrzeuge ausfallen oder aus anderen Gründen den ihm zugewiesenen Streckenabschnitt verlassen müssen, kann das System ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug aufweisen, dem im regulären Betrieb, also wenn das unbemannte Luftfahrzeug oder eines der unbemannten Luftfahrzeuge den zugewiesenen Streckenabschnitt ohne Weiteres selbst überwachen können, kein Streckenabschnitt zur Überwachung zugewiesen ist. Kann der Streckenabschnitt oder einer der Streckenabschnitte nicht mehr mit dem unbemannten Luftfahrzeug oder dem einen der unbemannten Luftfahrzeuge überwacht werden, wird dieser Streckenabschnitt der Reserve zugeordnet.
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Die Reserve kann so weit von dem unbemannten Luftfahrzeug oder wenigstens einem oder mehreren der unbemannten Luftfahrzeuge stationiert sein, dass es innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine Überwachungsposition, die der letzten Betriebsposition des den Streckenabschnitt nicht mehr überwachenden unbemannten Luftfahrzeuges entspricht, erreicht. Alternativ kann die Überwachungsposition auch eine beliebige Position sein, an der die Reserve den zu überwachenden Streckenabschnitt überwachen kann. Die vorgegebene Zeit ist beispielsweise kleiner als eine oder gleich einer Reservezeit, in der der Zug unüberwacht fahren kann, ohne die Auslastung der Fahrstrecke zu beeinträchtigen.
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Die Sensordaten, entweder als solche oder aufbereitet, können per Funk und zum Beispiel via Richtfunk oder eine vorhandene Funkanlage, beispielsweise eines Mobilfunkanbieters, übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Sensordaten, entweder als solche oder aufbereitet, per Satellitenfunk übertragen werden. Das unbemannte Luftfahrzeug oder die unbemannten Luftfahrzeuge können mit entsprechenden Funksendern und optional auch mit entsprechenden Funkempfängern ausgestattet sein.
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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. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 2 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 3 eine schematische Seitenansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems.
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Systems 1 mit einem Zug 2. Das System 1 ist eingerichtet, die Integrität des Zuges 2 zu überwachen und/oder die Position des Zuges 2 an sich zu ermitteln.
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Die Integrität des Zuges 2 ist gegeben, wenn sich zusammenhängende Fahrzeugteile 3 des Zuges 2 nicht unerwartet voneinander lösen. Hierzu kann die relative Position der Fahrzeugteile 3 zueinander ermittelt und überwacht werden. Ändert sich unerwartet die relative Position eines der Fahrzeugteile 3 mit Bezug auf ein anderes der Fahrzeugteile 3 und beispielsweise auf ein Triebfahrzeug des Zuges 2, so kann davon ausgegangen werden, dass die Integrität des Zuges 2 nicht mehr gegeben ist.
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Die Position des Zuges 2 an sich kann die Position des Zuges 2 in der Umgebung des Zuges 2 mit Bezug auf einen externen Bezugspunkt und/oder auf der Fahrstrecke des Zuges 2 sein.
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Sowohl zur Bestimmung der Position des Zuges 2 an sich als auch zur Bestimmung der relativen Positionen der Fahrzeugteile 3 zueinander können GPS-Positionsdaten des Zuges 2 und/oder der Fahrzeugteile 3 bestimmt werden. Zur Bestimmung der Zugintegrität können alternativ oder zusätzlich auch Abstandswerte der Fahrzeugteile 3 zueinander bestimmt werden.
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Das System 1 des in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiels weist ein unbemanntes Luftfahrzeug 4 auf, das mit mindestens einem Sensor 5 ausgestattet ist. Das unbemannte Luftfahrzeug 4 kann beispielsweise ein Flugzeug mit im Wesentlichen starren Tragflächen oder ein Drehflügler sowie ein im Wesentlichen stationärer Flugkörper, der leichter als Luft ist, etwa ein Ballon oder Zeppelin, der am Boden verankert sein kann, sein und auch als Drohne bezeichnet werden.
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Der Sensor 5 ist ausgebildet, den Zug 2 vorzugsweise vollständig so zu erfassen, dass jederzeit die Relativpositionen der Fahrzeugteile 3 zueinander und/oder die Positionen des Zuges 2 an sich basierend auf mit dem Sensor 5 erzeugten Sensordaten erfasst werden können.
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Mit dem Bezugszeichen 6 versehene und sich vom unbemannten Luftfahrzeug 4 zum Zug 2 erstreckende Linien deuten den Erfassungsbereich 6 des Sensors 5 an. Der Sensor 5 kann beispielsweise ein optischer Sensor, etwa eine Kamera, oder eine Radarsensor sein. Der Erfassungsbereich 6 ist so bemessen, dass er vorzugsweise entlang der Fahrstrecke zumindest den Zug 2 vollständig umfasst.
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Die vor dem Sensor 5 erzeugten und die Relativpositionen der Fahrzeugteile 3 zueinander und/oder die Position des Zuges 2 an sich repräsentierende Sensordaten können von einer Datenauswertevorrichtung 7 des Systems 1 verwendet werden, um die Integrität des Zuges 2 zu überwachen und/oder die Position des Zuges 2 zu ermitteln.
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Die Datenauswertevorrichtung 7 kann von einer Streckenzentrale, mit der die Betriebssicherheit der Fahrstrecke gewährleistet wird, bereitgestellt sein. Alternativ kann die Datenauswertevorrichtung 7 auch durch das unbemannte Luftfahrzeug 4 bereitgestellt sein, welche die Sensordaten aufbereitet und bereitstellt, sodass die Streckenzentrale diese aufbereiteten Sensordaten auswerten kann. Kommt die Datenauswertevorrichtung 7 aufgrund der übermittelten Sensordaten zu dem Ergebnis, dass die Integrität des Zuges 2 nicht gewährleistet ist und/oder die Position des Zuges 2 von einer Sollposition abweicht, so kann die Datenauswertevorrichtung 7 oder die Streckenzentrale ein Warnsignal erzeugen. Das Warnsignal kann für einen Menschen erkennbar oder an eine Sicherungsvorrichtung der Fahrstrecke ausgegeben werden.
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Das unbemannte Luftfahrzeug 4 kann stationär fliegend oder schwebend die geplante Fahrstrecke oder zumindest einen ihr zugewiesenen Abschnitt der Fahrstrecke mit Hilfe des Sensors 5 erfassen. Um jedoch zu vermeiden, dass das unbemannte Luftfahrzeug 4 einen leeren Abschnitt der Fahrstrecke überwacht, kann das unbemannte Luftfahrzeug 4 eingerichtet sein, den Zug 2 auf der Fahrstrecke oder zumindest im dem unbemannten Luftfahrzeug 4 zugewiesenen Abschnitt so zu begleiten, dass das unbemannte Luftfahrzeug 4 den Zug 2 erfassen kann, solange er sich auf der Fahrstrecke oder in dem unbemannten Luftfahrtzeug 4 zugewiesenen Abschnitt aufhält. Solange das unbemannten Luftfahrzeug 4 den Zug 2 erfassen kann, solange kann der Sensor 5 Sensordaten erzeugen, mit deren Hilfe die Integrität des Zuges 2 überwacht und/oder die Position des Zuges 2 ermittelt werden kann.
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Bei einem ausreichend empfindlichen Sensor 5 kann das unbemannte Luftfahrzeug 4 mit einer besonders hohen Flughöhe betrieben werden, sodass die vorgegebene Fluggeschwindigkeit des unbemannten Luftfahrzeuges 4 kleiner sein kann, als die erwartete maximale Fahrgeschwindigkeit des Zuges 2.
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Reicht die Empfindlichkeit des Sensors 5 aus, um auch entlang der Fahrstrecke voneinander beabstandete Züge 2 zu erfassen, so kann das unbemannte Luftfahrzeug 4 auch mehrere Züge 2 gleichzeitig erfassen und so die Überwachung der Integrität der Züge 2, oder die Ermittlung der Positionen der Züge 2 ermöglichen.
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Bei Verwendung eines besonders empfindlichen Sensors 5 und einer entsprechenden Flughöhe kann das unbemannte Luftfahrzeug 4 sogar stationär fliegend oder schwebend den gesamten dem unbemannten Luftfahrzeug 4 zugewiesenen Abschnitt der Fahrstrecke überwachen und Sensordaten zum Zug 2 oder zu den Zügen 2 erzeugen.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 in einer schematischen Seitenansicht. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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Das System 1 des Ausführungsbeispiels der 2 weist beispielhaft zwei unbemannte Luftfahrzeuge 4A, 4B auf, die im Wesentlichen dem unbemannten Luftfahrzeug 4 des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen können.
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Dem unbemannten Luftfahrzeug 4A ist ein Abschnitt A der Fahrstrecke des Zuges 2 zugeteilt; dem unbemannten Luftfahrzeug 4B ist ein Abschnitt B der Fahrstrecke des Zuges 2 zugeteilt. Entlang der Fahrstrecke des Zuges 2 sind die Abschnitte A, B hintereinander angeordnet. Insbesondere können die Abschnitte A, B lückenlos zueinander entlang der Fahrstrecke angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel der 2 überlappen sich die Abschnitte A, B sogar.
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Durch die lückenlose Anordnung der Abschnitte A, B kann der Zug 2 dauerhaft und insbesondere andauernd mit den Sensoren 5 erfasst werden, sodass dessen Integrität und Position dauerhaft überwacht beziehungsweise ermittelt werden können.
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Sich überlappende Abschnitte A, B ermöglichen eine sichere Übergabe des Zuges 2 beispielsweise von dem unbemannten Luftfahrzeug 4B an das unbemannte Luftfahrzeug 4A, wenn der Zug 2 vom Abschnitt B in den Abschnitt A fährt.
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Die Größe des Überlappungsbereichs der Abschnitte A, B entlang der Fahrstrecke kann so bemessen sein, dass sie der aktuellen Länge oder der maximal erwarteten Länge von Zügen 2 auf der Fahrstrecke entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann die Größe des Überlappungsbereichs entlang der Fahrstrecke der Größe des Erfassungsbereichs 6A, 6B der unbemannten Luftfahrzeuge 4A, 4B zumindest entsprechen.
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Bei der Übergabe des Zuges 2 vom Abschnitt B in Abschnitt A können die unbemannten Luftfahrzeuge 4A, 4B entweder direkt miteinander oder mit der Datenauswerteeinrichtung 7 kommunizieren und die Übergabe des Zuges 2 ankündigen beziehungsweise bestätigen.
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Um zu vermeiden, dass die unbemannten Luftfahrzeuge 4A, 4B miteinander kollidieren, können die unbemannten Luftfahrzeuge 4A, 4B so eingerichtet sein, dass sie sich zumindest nicht gemeinsam im Überlappungsbereich der Abschnitte A, B aufhalten. Alternativ oder zusätzlich können die unbemannten Luftfahrzeuge 4A, 4B eingerichtet sein, sich ausschließlich außerhalb des Überlappungsbereichs aufzuhalten.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 in einer schematischen Seitenansicht. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen der Ausführungsbeispiele der 1 oder 2 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eingegangen.
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Verläuft die Fahrstrecke durch einen Tunnel 8, so kann das unbemannte Luftfahrzeug 4 ausgebildet sein, zumindest bei der Einfahrt und/oder Ausfahrt des Zuges 2 in den oder aus dem Tunnel 8 den Zug 2 zumindest abschnittsweise erfassen und Sensordaten zum Zug 2 erzeugen zu können.
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Sollte eine derartige und auf die Einfahrt und/oder Ausfahrt des Zuges 2 beschränkte Erfassung des Zuges 2 als unzureichend angesehen werden, so kann das System eine Sensordatenerzeugungseinrichtung 4C aufweisen, die ausgestaltet ist, den Zug 2 innerhalb des Tunnels 8 zu erfassen und die Sensordaten zu erzeugen, zumindest solange sich der Zug 2 mindestens abschnittsweise im Tunnel 8 aufhält beziehungsweise durch den Tunnel 8 fährt.
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Der durch den Tunnel 8 verlaufende Abschnitt der Fahrstrecke ist im Ausführungsbeispiel der 3 mit dem Bezugszeichen C versehen. Bei der Übergabe des Zuges 2 an den Abschnitt C können das unbemannte Luftfahrzeug 4 und/oder die Sensordatenerzeugungseinrichtung 4C ausgestaltet sein, miteinander und/oder mit der Datenauswertevorrichtung 7 zu kommunizieren, um die Übergabe des Zuges 2 anzukündigen und/oder zu bestätigen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Zug
- 3
- Fahrzeugteil
- 4,
- unbemanntes Luftfahrzeug
- 4A, 4B 4C
- Sensordatenerzeugungseinrichtung
- 5
- Sensor
- 6, 6A, 6B
- Erfassungsbereich
- 7
- Datenauswertevorrichtung
- 8
- Tunnel
- A, B, C
- Abschnitt
