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Stand der Technik
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Für den Betrieb eines Schienenfahrzeugs ist Kenntnis über die Position des Schienenfahrzeugs wichtig, da ausgehend von der Position des Schienenfahrzeugs Infrastrukturelemente, wie z.B. Signale oder Schienenschalter, betätigt werden. Darüber hinaus ist die Position des Schienenfahrzeugs für den Fahrer des Schienenfahrzeugs von Interesse, da der Fahrer des Schienenfahrzeugs somit beispielsweise Kenntnis darüber erlangt, ob er an einem kommenden Bahnhof bzw. an einer Haltestelle anhalten muss oder nicht.
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Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Position eines Schienenfahrzeugs ist die Verwendung einer Positionierungsinfrastruktur, die in der Nähe des vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleises verbaut wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um Balisen handeln.
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Aus der
DE 10 2012 215 533 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Schienenfahrzeugs bekannt. Hierbei wird die Position des Schienenfahrzeugs mit Hilfe des Slam-Verfahrens bestimmt, d. h. die Umgebung des Schienenfahrzeugs wird mittels eines Sensors, beispielsweise einer Kamera, auf die Anwesenheit von charakteristischen Landmarken überwacht, wobei ausgehend von erkannten Landmarken ein Vergleich mit in einer Datenbank abgespeicherten Landmarken stattfindet und somit die Position des Schienenfahrzeugs ermittelt wird. Dabei erfolgt eine Aufnahme der Umgebung des Schienenfahrzeugs kontinuierlich bzw. in fest vorgegebenen Zeitabständen. Die Aufnahmen müssen aufbereitet werden, insbesondere werden basierend auf den aufgenommenen Bildern eine Merkmalsextraktion durchgeführt und Merkmalsvektoren bestimmt. Die bestimmten Merkmalsvektoren werden mit abgespeicherten Merkmalsvektoren verglichen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass insbesondere bei langen Fahrstrecken eines Schienenfahrzeugs eine erhebliche Anzahl von Landmarken in abgespeicherter Form zur Verfügung gestellt werden muss, was eine entsprechend große Datenbank bedingt. Darüber hinaus ist erheblicher Rechenaufwand zum permanenten Vergleichen von erkannten und abgespeicherten Landmarken erforderlich.
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Aus der
DE 10 2015 212 681 A1 ist bekannt, die Position einer Oberleitung oberhalb eines Schienenfahrzeugs mittels eines nach oben gerichteten Radarsensors zu erfassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen der Position eines Schienenfahrzeugs, wobei die Position anhand eines Vergleichs von mittels eines Fernwirkungssensors erkannten Landmarken und gespeicherten Landmarken bestimmt wird, hat demgegenüber den Vorteil, dass der Vergleich von erkannten Landmarken und gespeicherten Landmarken stattfindet, wenn sich das Schienenfahrzeug in einem vorgegebenen Vergleichsbereich befindet.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das Verfahren zum Bestimmen der Position eines Schienenfahrzeugs nur dann durchgeführt wird, wenn sich das Schienenfahrzeug in dem vorgegebenen Vergleichsbereich befindet. Somit kann der Umfang der für das Verfahren benötigten gespeicherten Landmarken deutlich reduziert werden. Ebenso ist somit vorteilhafter Weise möglich, den rechenleistungsaufwändigen Vergleich nur dann durchzuführen, wenn sich das Fahrzeug in dem vorgegebenen Vergleichsbereich befindet.
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Vorteilhaft ist, dass es sich bei dem vorgegebenen Vergleichsbereich um einen Bereich handelt, der einem Bahnhof und/oder einem Haltepunkt zugeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem Vergleichsbereich um die Umgebung des Bahnhofs und/oder des Haltepunktes handelt. Somit wird der Vergleich vorteilhafter Weise nur dann durchgeführt, wenn sich das Schienenfahrzeug in der Nähe des Bahnhofs bzw. des Haltepunktes befindet und somit in einem Positionsbereich, innerhalb dessen eine genaue Positionierung des Schienenfahrzeugs notwendig ist.
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Vorteilhaft ist, dass der Vergleich initialisiert wird, wenn ausgehend von einem Lokalisierungshilfssignal erkannt wird, dass sich das Schienenfahrzeug in dem Vergleichsbereich befindet. Bei dem Lokalisierungshilfssignal kann es sich vorteilhafter Weise z. B. um eine grobe Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs, ausgehend von einem Signal eines Satellitennavigationssystems und/oder einer mittels Odometrie bestimmten groben Position des Schienenfahrzeugs handeln. Beispielsweise ist es möglich, die Position des Schienenfahrzeugs grob abzuschätzen, indem ab einem bekannten Startpunkt des Schienenfahrzeugs die Anzahl der Umdrehungen der Räder des Schienenfahrzeugs gezählt werden.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einem Signal eines Fernwirkungssensors gebildet wird, das eine Eigenschaft einer Bahninfrastruktur repräsentiert. Bei der Bahninfrastruktur kann es sich beispielsweise um Schilder handeln, die an Oberleitungsmasten oder neben einem Gleis angeordnet sind und Informationen über einen Streckenabschnitt bzw. eine Kilometerzählung beinhalten. Bei der Bahninfrastruktur kann es sich auch um das Gleis selber oder eine oberhalb des Gleises befindliche Oberleitung handeln.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal gebildet wird, wenn mittels eines Fernwirkungssensors erkannt wird, dass eine Oberleitung im Bereich des Schienenfahrzeugs eine Abzweigungsstelle aufweist. Eine Oberleitung im Bereich des Schienenfahrzeugs ist dabei insbesondere eine Oberleitung oberhalb des Schienenfahrzeugs. Unter einer Abzweigungsstelle ist die Stelle zu verstehen, an der die Oberleitung aufgespalten wird, beispielsweise, weil sich unterhalb der Abzweigungsstelle eine Weiche befindet.
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Vorteilhafter Weise kann das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einer erkannten Krümmung, insbesondere ausgehend von einem erkannten Krümmungsradius, des Gleises gebildet werden.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal gebildet wird, wenn mittels eines Fernwirkungssensors erkannt wird, dass ein Gleis im Bereich des Schienenfahrzeugs eine Weiche aufweist. Sowohl Abzweigungsstellen von Oberleitungen als auch Weichen sind typischerweise Hinweise darauf, dass sich ein Bahnhof und/oder ein Haltepunkt in der Nähe des Schienenfahrzeugs befindet. Insbesondere wenn eine Vielzahl von Abzweigungsstellen der Oberleitung und/oder eine Vielzahl von Weichen erkannt wird, kann auf die Nähe eines Bahnhofes geschlossen werden. Sollte eine Weiche oder eine Abzweigungsstelle ausnahmsweise keine Bahnhofsnähe signalisieren, beispielsweise, weil es sich bei der Weiche um einen Teil einer Streckenverzweigung handelt, ist dies tolerierbar, da die Anzahl solcher Weichen gering ist.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einem Signal des Fernwirkungssensors gebildet wird, dessen Signal zur Erkennung der Landmarken verwendet wird. Somit kann vorteilhafter Weise der gleiche Sensor zur Erkennung der Landmarken als auch zur Bildung des Lokalisierungshilfssignals verwendet werden.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einem Signal einer Kamera gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist, wenn sowohl das Lokalisierungshilfssignal als auch die Erkennung der Landmarken ausgehend vom Signal ein und derselben Kamera stattfindet.
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Vorteilhaft ist, dass das Lokalisierungshilfssignal gebildet wird, wenn mittels eines Radarsensors erkannt wird, dass eine Oberleitung im Bereich des Schienenfahrzeugs eine Abzweigungsstelle aufweist. Vorteilhafter Weise kann hierfür ein zur Erkennung der Oberleitung bereits vorhandener Radarsensor verwendet werden.
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Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Vorteilhaft ist ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft sowie ein Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher vorgestellt. Dabei zeigen:
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Figurenliste
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- 1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs in der Nähe eines Bahnhofs;
- 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs (10), das sich in der Nähe eines Bahnhofs (20) befindet. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst eine in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs (10) nach vorne gerichtete Kamera (12), bei der es sich um einen Fernwirkungssensor handelt. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst außerdem eine Steuereinheit (13), die wiederum einen Speicher (14) umfasst. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst ein Funknavigationsmodul (18), das eingerichtet ist, mittels eines Funkortungsverfahrens, wie beispielsweise GPS, die Position des Schienenfahrzeugs (10) zumindest grob zu bestimmen. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst außerdem einen Raddrehzahlsensor (17), der eingerichtet ist, die Drehzahl eines Rades des Schienenfahrzeugs (10) zu erfassen. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst außerdem einen Radarsensor (15), der derart an dem Schienenfahrzeug (10) angeordnet ist, dass mittels des Radarsensors (15) die Position einer Oberleitung oberhalb des Schienenfahrzeugs (10) erfasst werden kann.
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In dem in 1 dargestellten Beispiel befährt das Schienenfahrzeug (10) ein Gleis (22) und befindet sich in der Nähe eines Bahnhofs (20). Unmittelbar vor dem Schienenfahrzeug (10) befindet sich eine Weiche (24). Zwischen dem Schienenfahrzeug (10) und dem Bahnhof (20) befindet sich eine optische Markierung (26), bei der es sich beispielsweise um ein Schild handeln kann, auf dem der Name des Bahnhofs (20) angeschrieben ist. Die optische Markierung (26) befindet sich derart in der Nähe des Gleises (22), dass die optische Markierung (26) mittels der Kamera (12) erfasst werden kann, wenn das Schienenfahrzeug (10) das Gleis (22) befährt. Im Bereich des Bahnhofs (20) befinden sich Landmarken (28), wobei die Landmarken (28) von der Kamera (12) des Schienenfahrzeugs (10) erfasst werden können, wenn das Schienenfahrzeug (10) das Gleis (22) befährt. Eine zum Gleis gehörige Oberleitung, die im Bereich der Weiche (24) eine Abzweigungsstelle aufweist, ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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2 zeigt einen schematischen Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Schritt 100 startet das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt 100 wird die Kamera (12) des Schienenfahrzeugs (10) ausgelesen und ausgehend von dem von der Kamera (12) erfassten Bild überprüft, ob ein Lokalisierungshilfssignal gebildet werden soll. Ein Lokalisierungshilfssignal wird beispielsweise dann gebildet, wenn mittels der Kamera (12) eine optische Markierung (26) erkannt wird, die die Nähe eines Bahnhofs (20) indiziert. Bei der optischen Markierung (26) kann es sich dabei insbesondere um ein Schild mit dem Namen des Bahnhofs (20) handeln. Zusätzlich oder alternativ kann mittels der Kamera (12) ein Bild des Gleises (22) aufgenommen werden, und das Bild des Gleises (22) auf die Anwesenheit einer Weiche (24) überwacht werden. Das Lokalisierungshilfssignal kann dann gebildet werden, wenn ausgehend vom Bild des Gleises (22) erkannt wird, dass sich vor dem Schienenfahrzeug (10) eine Weiche (24) befindet. Alternativ oder zusätzlich wird ein Signal des Radarsensors (15) des Schienenfahrzeugs (10) ausgewertet, wobei der Radarsensor (15) eine Oberleitung oberhalb des Schienenfahrzeugs (10) überwacht. Wird ausgehend vom Signal des Radarsensors (15) eine Abzweigungsstelle der Oberleitung oberhalb des Schienenfahrzeugs (10) erkannt, wird ebenfalls das Lokalisierungshilfssignal gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einer mittels dem Funknavigationsmodul (18) durchgeführten groben Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs (10) erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Lokalisierungshilfssignal ausgehend von einem Signal des Raddrehzahlsensors (17) des Schienenfahrzeugs (10) gebildet werden, wobei mittels des Signals des Raddrehzahlsensors (17) die Position des Schienenfahrzeugs (10) grob ermittelt wird. Im Anschluss an Schritt 100 folgt Schritt 110.
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In Schritt 110 wird überprüft, ob in Schritt 100 ein Lokalisierungshilfssignal gebildet wurde. Ist dies der Fall, wird davon ausgegangen, dass das Schienenfahrzeug (10) sich im Vergleichsbereich aufhält und im Anschluss an Schritt 110 Schritt 120 durchgeführt. Ist dies nicht der Fall, folgt Schritt 100 erneut auf Schritt 110.
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Im Schritt 120 wird mittels der Kamera (12) mindestens eine Landmarke (28) erfasst. Im Anschluss an Schritt 120 folgt Schritt 130.
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In Schritt 130 werden Daten zu Landmarken aus einer Datenbank ausgelesen. Die ausgelesenen Daten der gespeicherten Landmarken werden mit der oder den in Schritt 120 erkannten Landmarken verglichen, um so die Position des Schienenfahrzeugs (10) zu bestimmen. Im Anschluss an Schritt 130 wird Schritt 140 durchgeführt.
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In Schritt 140 wird die Position des Schienenfahrzeugs (10) ausgegeben.
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Das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet somit die Möglichkeit, die Präzision der Positionsbestimmung mittels eines Slam-Algorithmus mit den ressourcensparenden Eigenschaften einer groben Positionsbestimmung zu verbinden, ohne dass hierfür eine gesonderte Hardware verbaut werden müsste.
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Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit einer Zielbremsung des Schienenfahrzeugs angewendet werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren wird dann laufend die Position des Schienenfahrzeugs ermittelt und mit einer vorgegebenen Halteposition verglichen um das Schienenfahrzeug an der vorgegebenen Halteposition zum Stehen zu bringen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit einer Zielbremsung ist besonders dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem Schienenfahrzeug um ein Schienenfahrzeug des öffentlichen Personenverkehrs, wie z.B. eine U-Bahn, eine Straßenbahn oder einen Peoplemover, handelt, da so ein positionsgenaues Anhalten des Schienenfahrzeugs ermöglicht wird, wie es z.B. zum Ausrichten von Einstiegstüren des Schienenfahrzeugs mit Einstiegsbereichen an einem Bahnsteig nötig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012215533 A1 [0003]
- DE 102015212681 A1 [0004]
