EP2269181A1 - Verfahren zur überwachung eines verkehrswegs für ein verkehrsmittel einer vorbestimmten art - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines verkehrswegs für ein verkehrsmittel einer vorbestimmten art

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Publication number
EP2269181A1
EP2269181A1 EP09732321A EP09732321A EP2269181A1 EP 2269181 A1 EP2269181 A1 EP 2269181A1 EP 09732321 A EP09732321 A EP 09732321A EP 09732321 A EP09732321 A EP 09732321A EP 2269181 A1 EP2269181 A1 EP 2269181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transport
noise signals
traffic route
aircraft
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09732321A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Leutelt
Detlef Schnathmann
Hans Peter Thiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09732321A priority Critical patent/EP2269181A1/de
Publication of EP2269181A1 publication Critical patent/EP2269181A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/06—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC] for control when on the ground
    • G08G5/065—Navigation or guidance aids, e.g. for taxiing or rolling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0017—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information
    • G08G5/0026—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information located on the ground

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a traffic route for a means of transport of a predetermined type, in particular for an aircraft on a lane of an airport.
  • the misconduct can only be determined by the crew of the airport, which in turn brings the risk that the misconduct is seen by the tower staff too late or overlooked. As a result, the pilot is informed too late, or not at all, about his or her misconduct and, as a result, accidents, in particular collisions with other aircraft, may no longer be prevented.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for monitoring a traffic route for a traffic route.
  • the noise signals occurring in a section of the traffic route to be monitored are detected with a sound pickup means. These noise signals are then evaluated such that a localization information is determined, which indicates whether a means of transport of the predetermined type is located in the section of the traffic route. Finally, in the event that a means of transport of the predetermined type is located in the section according to the location information, the permissibility of the stay of the means of transport in the section is checked in accordance with one or more predetermined criteria, whereupon a corresponding check result is output.
  • the method according to the invention is particularly preferably used for monitoring the traffic routes of aircraft on the lanes of an airport.
  • the taxi routes to a runway and / or the runway itself or even the parking positions of the aircraft at the airport are monitored.
  • a parking position thus also constitutes a traffic route in the sense of the invention.
  • the aircraft is localized in particular based on the aircraft engine noises and other aircraft-typical sound emissions.
  • the inventive method for other means of transport such as motor vehicles on roads or rail vehicles on railways, are used.
  • the method according to the invention is characterized in that a mode of transport of a predetermined type is localized by acoustic noise detection. This type of localization has the advantage that it works reliably even in poor weather conditions, which is not the case with a localization based on other techniques, such as radar.
  • the predetermined criteria or criteria on which the permissibility of the means of transport of the predetermined type depends take into account the current traffic situation, in particular the information about the current takeoff and landing times of aircraft at an airport. This takes into account that the traffic situation, in particular At airports, it has to be changed dynamically and thus the eligibility criteria for the stay of a means of transport in certain areas have to be adapted dynamically.
  • the inventive method monitors noise signals in a frequency range of substantially 1 to 4 kHz or a subband lying in this frequency range.
  • This frequency range essentially comprises the noises generated by an aircraft, in particular also the corresponding turbine noises of the aircraft.
  • the noise signals are detected in a preferred embodiment of the invention with a sound pickup means comprising one or more individual sound pickups, preferably in the form of microphones.
  • the sound sensors can be positioned anywhere on or in the traffic route. In particular, the sound sensors may be arranged laterally next to the traffic route, for example laterally next to a taxiway, and / or in the traffic route, for example in one or more beacons in a taxiway.
  • the noise signals are detected with one or more microphone arrays.
  • a microphone array for example, a linear microphone array can be used, in which the microphones are arranged along one or more straight lines or possibly even curved lines. The lines are in particular parallel to the direction of the traffic route, whereby a particularly efficient detection of the sound is ensured.
  • radial microphone arrays can be used in which the microphones are arranged substantially circular. Such radial microphone arrays allow a clear determination of the direction from which the noise signals are received.
  • Microphone arrays have proved particularly suitable for the method according to the invention, in which the distance to adjacent microphones is substantially between 3 and 4 cm.
  • the microphone arrays can include any number of microphones, preferably arrays of 4 to 8 microphones are used. Instead of or in addition to the microphone arrays may optionally also directional microphones are used with a predetermined directional characteristic.
  • various parameters of the noise signals can be evaluated in order to localize the means of transport of a predetermined type.
  • one or more of the following parameters of the noise signals can be used:
  • the sound characteristic is preferably classified appropriately with corresponding classification methods.
  • statistical classification methods known from the prior art are used for this purpose.
  • the direction or the distance of the means of transport to individual sound receivers and thereby the exact position of the means of transport can be determined by methods known per se.
  • the evaluation of the noise signals also takes into account the Doppler effect, as a result of which the direction of movement of a means of transport can be determined. Furthermore, the evaluation of the noise signals preferably takes place in such a way that the spatial position of the means of transport is determined as localization information and, if appropriate, output and further processed.
  • a movement information indicating the speed and / or the direction, with or in which moves a located in the section of the traffic route means of transport said movement information is optionally issued and / or further processed.
  • a classification method in particular a statistical classification method, is used in the evaluation of the noise signals, which classifies the noise signals as to which type of means of transport they originate from a set of predetermined types, whereby a corresponding classification information is determined which may be issued and / or further processed.
  • the set of predetermined types comprises in a preferred variant one or more types of aircraft and / or one or more tractors for aircraft, because the stay of an aircraft can optionally also be determined via the noise signals of a tractor, which pulls the aircraft on the monitored traffic route.
  • the movement and / or classification information described above can be taken into account in the verification of the permissibility of the stay of the means of transport of the predetermined type in the section of the traffic route. For example, driving on a traffic route may be permitted only for a predetermined type of transport and may be inadmissible for other types. Accordingly, the permissibility of the stay of the means of transport is also determined taking into account the type determined. Likewise, certain movements of the means of transport, for example away from a runway on a taxiway, may be uncritical and thus permissible, which may likewise be taken into account when checking the admissibility.
  • one or more measures are carried out to alert one or more people controlling the means of transport and / or to intervene in the movement of the means of transport.
  • measures may include the following measures:
  • Output of an optical and / or audible warning in particular at a signaling unit on the traffic route (eg at a Wigwag or a stopbar), and / or at a signaling unit in the transport, wherein the signaling information, for example, wirelessly transmitted to the transport and reproduced on the signaling unit in the transport can be.
  • signals for localizing the means of transport are also taken into account via one or more further sensors, in particular via one or more video cameras and / or via one or more radar sensors and / or via one or more light barriers detected signals. In this way, the accuracy of localization can be increased.
  • the invention further comprises an apparatus for monitoring a traffic route of a predetermined type of traffic, in particular for an aircraft on an airport lane, comprising: a sound pick-up means for detecting noise signals occurring in a section of the traffic route; an evaluation means, which evaluates the detected noise signals in operation in such a way that a localization information is determined, which indicates whether a means of transport of the predetermined type is located in the section of the traffic route, wherein in the event that according to the location information a means of transport of the predetermined Type is located in the section that allows is checked in the section depending on one or more predetermined criteria and a corresponding check result is output.
  • the device is preferably designed such that each variant of the method according to the invention described above can be carried out with the device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention for monitoring a taxiway at an airport
  • FIG. 2 is a schematic representation of the spatial relationships between a microphone array and an aircraft on a traffic route to clarify the position of the aircraft according to a variant of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation showing the sequence of an embodiment of the method according to the invention and the components used therein.
  • the preferred application of the method according to the invention is the monitoring of lanes at airports in order to locate planes located on false lanes or located there by the detection of noise signals.
  • countermeasures are initiated in the embodiment described here, in particular, the pilot is warned appropriate.
  • 1 shows a schematic representation in plan view of a scenario in which an aircraft 1 is located on a taxiway 2, which represents an access road to a corresponding runway 3.
  • the propagating sound of the aircraft is indicated in FIG. 1 by a plurality of concentrically arranged ellipses in the area of the aircraft.
  • a stop line is provided as a corresponding marker 4, on which the aircraft waits until it receives the starting permission from the tower of the airport.
  • wigwags runway guard lights
  • wigwags 5 and 5 ' are arranged laterally to the left and right of the taxiway, which are indicated schematically as rectangles.
  • These wigwags represent signaling units for the pilots in the aircraft and give various indications via optical lights, in particular it is also indicated whether the runway can be navigated through the aircraft.
  • a plurality of acoustic pickups in the form of microphones is proposed to arrange different positions in the area of the taxiway.
  • About the detection of aircraft noise by the microphones and a downstream evaluation can then be determined whether an aircraft is on the taxi route or in which direction and at what speed it moves on this taxiway. Based on such a detection can then be transmitted to the pilot, for example, a separate warning with the help of special signal lamps, in particular with the aforementioned stopbars, if the access of the aircraft is not allowed on the taxiway.
  • the detection of an aircraft is reported on the taxi route of a central processing unit, which also has access to data on the current flight operations and the infrastructure of the airport. With the help of this data, it can then be determined whether the position of the aircraft on the taxiway is admissible.
  • the method can also be applied to other traffic routes at the airport, in particular also to a monitoring of a runway or to corresponding parking positions of the aircraft.
  • a linear microphone array 6 with four individual microphones is provided to the right of the taxiway 2 at the level of the aircraft wings of the aircraft 1.
  • a corresponding microphone array 7 is further arranged in the region of the stop line 4 on the left side of the taxiway.
  • a further microphone array 8 which is likewise a linear array of four microphones, is arranged at the bottom of the taxiway at the level of the stop line 4.
  • the microphone array 8 is embedded in the bottom of the taxiway 2 and thus does not hinder the movement of the aircraft.
  • the beacons usually present on the taxiway can be used to integrate the corresponding microphone arrays into these beacons.
  • the angular position of a sound source is determined via the microphone arrays, and from this with the aid of the information about the geometry of the taxiway the spatial position is determined. sition of the aircraft. Furthermore, the speed of the aircraft can also be determined. The determination of the position and speed with the aid of a corresponding microphone array is explained below with reference to FIG. 2.
  • directional microphones 9 to 12 are arranged laterally next to the taxiway.
  • the microphones 9 and 10 are positioned at a height at the rear end of the aircraft, whereas the microphones 11 and 12 are arranged on the wigwags 5 and 5 'at the level of the stop line.
  • another directional microphone 13 is arranged laterally on the runway 3 at the height of the taxiway for frontal sound detection.
  • directional microphones are also provided on the taxiway, which are designated by the reference numerals 14, 15 and 16. These directional microphones are embedded analogously to the microphone array 8 in the bottom of the taxiway, in turn, the beacons on the taxiway to integrate the microphones can be used.
  • the individual directional microphones have a directional characteristic with a corresponding main lobe. If the noise signal respectively detected by the microphone arrays and directional microphones exceeds a predetermined threshold value, this can be used to deduce the direction from which the sound comes, so that the position of the aircraft can be determined. Through the use of multiple directional microphones and microphone arrays, a precise position determination by means of accounting and fusion of the measurement data of all microphones is achieved.
  • the recorded via the microphone arrays and directional microphones sound frequencies are in a frequency range in which the usual engine noise of aircraft are.
  • the frequency range may include the audible range of humans and possibly also a non-audible range (eg ultrasound or infrasound).
  • microphones can also be replaced by sound receivers in the form of vibration sensors.
  • the arrangement of the individual microphones or microphone arrays according to FIG. 1 is merely an example and other arrangements for the localization of the aircraft via the detection of noise signals may be provided.
  • further microphones or microphone arrays may also be used or, if appropriate, parts of the microphones or microphone arrays may also be omitted or arranged at other positions.
  • microphone arrays or directional microphones can also be arranged on corresponding signs on the taxiway or on posts provided for the microphones. If the microphone arrays or directional microphones integrated in the ground, appropriate measures must be taken to ensure that the function of the microphones is not impaired even when snow falls. For example, a corresponding heater could be provided for melting snow in the area of the microphones.
  • an aircraft can be localized by the directional microphones.
  • a corresponding variable directional characteristic is generated by phase shifts for the microphone arrays and used for localization, as will be described below.
  • transit time differences of the aircraft noise can be determined for localization.
  • the distance-dependent attenuation of the aircraft noise can be used to determine the distance of the aircraft to the individual microphones and thereby a parameter for the position of the aircraft.
  • classification or assessment methods known for the localization of the aircraft from the prior art can be used which determine its position via distance-dependent sound properties of an aircraft. With a suitably trained statistical classification method can also be determined which type of aircraft is on the taxiway.
  • this information can also be further processed, as under certain circumstances it may occur that an aircraft which wishes to drive onto a runway is not suitable for launching on this runway because of its type, because the length of the runway due to the size of the aircraft is not sufficient to take off the aircraft.
  • the possible variants for the localization of an aircraft just described can be suitably combined with one another in order to increase the robustness.
  • FIG. 2 shows by way of example how an aircraft 1 can be localized on a traffic route 17 with the aid of a microphone array 6 ', which has the same design as the microphone array 6 of FIG. 1.
  • the microphone array scans the traffic-facing environment in a 180 ° range by adding phase signals to the individual microphones of the array, thereby changing the directional characteristic of the array. That is, the array changes its direction in which it can "hear" sound, and sound from the direction in which the microphone array is listening is added constructively according to the phase shifts of the microphones and a corresponding maximum occurs Localization of sound maxima for aircraft noise has proven a microphone distance of 3 to 4 cm between the microphones of the array 6 'as practicable.
  • Angle ⁇ from which a maximum sound is received, also the position of the aircraft are located.
  • the speed of the aircraft due to the time-dependent change of the angle ⁇ (t), which can also be detected by the microphones, also the speed of the aircraft can be estimated.
  • the estimated velocity v results from the temporal change of the angle and the current angular position as follows:
  • FIG. 3 shows, in a schematic representation, first a sound transducer A in the form of a microphone array with individual microphones M1 to M4.
  • the sound which was detected analogously by the microphones M1 to M4, is digitized in the sound transducer A with the aid of individual analog-to-digital converters AD1 to AD4, which are each assigned to one of the microphones M1 to M4.
  • the further steps S1 to S5 are indicated by corresponding arrows.
  • the digitized noise signal is further processed in a unit El, wherein in this unit, depending on the application, a corresponding weighting of the signals of the microphones takes place. If necessary, the processing by the unit El can be omitted.
  • the conditioned signal is supplied in a next step S2 to a unit E2, which determines based on the signals of the microphones, if there is any noise signal that could correspond to an aircraft. This is done, for example, by comparing the volume of the detected noise signals with a threshold value. If the threshold is exceeded, it is concluded that that an aircraft was detected by the sound pickup A. Alternatively, in addition to the threshold value, a classification of the noise signal can also be carried out in order to ensure that an aircraft is actually responsible for the noise above the threshold value.
  • a classification method is carried out in a corresponding classification module E3 in order to recognize from which type of aircraft the noise signal originated.
  • this is a statistical
  • Classification method used Such classification methods are sufficiently known from the prior art and in the present application determine a class affiliation of the recorded noise data on the basis of training data, i. from feature distributions of noise signals previously acquired and corresponding to the noise signals from particular aircraft types.
  • the detection and classification of the noise signals can take place, for example, based on a sensor device which is described in the German patent application DE 10 2007 044 407.0.
  • the used classifier E3 was learned with training data coming from corresponding field tests with different types of aircraft. Since the noise signals can behave differently at different airports, in a preferred embodiment the classifier is adapted once again in operation at the designated airport to the conditions of this airport. This adaptation takes place in particular based on the method which is described in the German patent application DE 10 2008 021 362.4.
  • the position determination of the aircraft takes place in a further processing unit E4 in step S4, for example based on the method explained with reference to FIG. 2.
  • the speed is calculated in a further unit E5, whereby the method used with reference to FIG. 2 can also be used.
  • the data obtained by the units are fed to a common evaluation unit AE.
  • the information TI about the aircraft type, the information PI about the position of the aircraft and the information VI about the speed of the aircraft in the evaluation unit AE are evaluated.
  • the evaluation unit can represent a central flight management, which has access to current data of flight operations and the infrastructure of the airport.
  • a corresponding signaling is carried out, in particular the pilot is warned by optical or acoustic signals, for example by a corresponding signaling on special signal lamps of a taxi route.
  • the above-described stopbars can be switched on as a countermeasure on the taxiway.
  • the individual units E1 to E5 described with reference to FIG. 3 represent functional modules which are predetermined
  • further position data can also be obtained from other sensors, such as e.g. Microwave sensors, contact loops and the like, are fused in the evaluation unit AE with the remaining data, thereby increasing the accuracy of the localization.
  • sensors such as e.g. Microwave sensors, contact loops and the like
  • acoustic noise Identification of the aircraft, ie in particular the turbine noise of the aircraft.
  • the noise detection may also be configured such that in addition to or instead of aircraft tractors are recognized, which pull the aircraft on the airport grounds. If a tractor is located, it is concluded from the presence of an aircraft.
  • the acoustic noise detection according to the invention has the advantage over other sensors that it also enables operation in poor visibility conditions, which is not ensured, for example, in radar sensors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Verkehrswegs für ein Verkehrsmittel einer vorbestimmten Art, insbesondere für ein Flugzeug auf einer Fahrbahn eines Flughafens. Gemäß dem Verfahren wird in einem Abschnitt des Verkehrswegs (2) auftretende Geräuschsignale mit einem Schallaufnehmermittel (6,..., 13) erfasst und derart ausgewertet, dass eine Lokalisationsinformation ermittelt wird, welche angibt, ob sich ein Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) befindet. Falls sich gemäß der Lokalisationsinformation ein Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt befindet, wird die Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels (1) in dem Abschnitt in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien überprüft, woraufhin ein entsprechendes Überprüfungsergebnis ausgegeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass über die Auswertung von Geräuschsignalen eine zuverlässige Lokalisation von Verkehrsmitteln unabhängig von Witterungsbedingungen erreicht werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Lokalisationsinformation auch die räumliche Position des Verkehrsmittels enthalten und ferner können Bewegungs- und/oder Klassifizierungsinformationen durch die Auswertung der Geräuschsignale erhalten werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung eines Verkehrswegs für ein Verkehrsmittel einer vorbestimmten Art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Verkehrswegs für ein Verkehrsmittel einer vorbestimmten Art, insbesondere für ein Flugzeug auf einer Fahrbahn eines Flughafens .
Auf Verkehrswegen tritt regelmäßig das Problem auf, dass sich Verkehrsmittel unautorisiert auf diesen Verkehrswegen befinden und sich dort fortbewegen. Dies kann zu schwerwiegenden Unfällen führen, da andere Verkehrsmittel nicht mit dem unau- torisierten Verkehrsmittel auf dem Verkehrsweg rechnen. Insbesondere auf Flughäfen kommt es vor, dass sich Flugzeuge unautorisiert auf entsprechenden Bahnen, insbesondere auf der Start- bzw. Landebahn und auf Taxiwegen zur Zufahrt auf die Startbahn, befinden. Zur Regelung der Zufahrt auf die Start- bahn sind an den Taxiwegen lediglich Anzeigeeinheiten in der Form von sog. Wigwags und sog. Stopbars vorgesehen. Bei diesen Stopbars handelt es sich um Unterflurfeuer auf dem Taxiweg, welche jedoch von Flugzeugen überfahren werden können. Wird ein Taxiweg oder gegebenenfalls auch eine andere Bahn auf dem Flughafen durch das Flugzeug aufgrund eines Fehlverhaltens des Piloten fälschlicherweise befahren, erfolgt für den Piloten keine Rückmeldung über sein Fehlverhalten. Das Fehlverhalten kann lediglich über die Besatzung des Flughafentowers festgestellt werden, was wiederum die Gefahr mit sich bringt, dass das Fehlverhalten durch das Towerpersonal zu spät gesehen oder übersehen wird. Demzufolge wird der Pilot zu spät oder überhaupt nicht über sein Fehlverhalten informiert und es können hierdurch Unfälle, insbesondere Kollisionen mit anderen Flugzeugen, unter Umständen nicht mehr verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Verkehrswegs für ein Ver- kehrsmittel einer vorbestimmten Art zu schaffen, welche eine zuverlässige und automatische Erkennung eines sich unzulässig auf dem Verkehrsweg befindlichen bzw. dort bewegenden Verkehrsmittels gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 22 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert .
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die in einem Abschnitt des zu überwachenden Verkehrswegs auftretenden Geräuschsignale mit einem Schallaufnehmermittel erfasst. Diese Geräuschsignale werden dann derart ausgewertet, dass eine Lo- kalisationsinformation ermittelt wird, welche angibt, ob sich ein Verkehrsmittel der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs befindet. Schließlich wird im Falle, dass sich gemäß der Lokalisationsinformation ein Verkehrsmittel der vorbestimmten Art in dem Abschnitt befindet, die Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels in dem Abschnitt in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien ü- berprüft, woraufhin ein entsprechendes Überprüfungsergebnis ausgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders bevorzugt für die Überwachung von Verkehrswegen von Flugzeugen auf Fahrbahnen eines Flughafens eingesetzt. Insbesondere werden dabei die Taxiwege zu einer Start- und/oder Landebahn und/oder die Start- und/oder Landebahn selbst oder auch die Parkpositionen der Flugzeuge am Flughafen überwacht. Eine Parkposition stellt somit auch einen Verkehrsweg im Sinne der Erfindung dar. Bei der Erfassung von akustischen Geräuschen von Flugzeugen wird das Flugzeug insbesondere basierend auf den Flugzeugtriebwerk-Geräuschen und anderer flugzeugtypischer Schallabstrahlungen das Flugzeug lokalisiert. Gegebenfalls kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Verkehrsmittel, wie z.B. Kraftfahrzeuge auf Verkehrsstraßen oder Schienenfahrzeuge auf Schienenwegen, eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch akustische Geräuscherkennung ein Verkehrsmittel vorbestimmter Art lokalisiert wird. Diese Art der Lokalisati- on hat den Vorteil, dass sie auch bei schlechten Witterungsverhältnissen zuverlässig funktioniert, was bei einer Lokalisation basierend auf anderen Techniken, wie z.B. Radar, nicht gegeben ist.
Zur Geräuscherkennung des Verkehrsmittels der vorbestimmten
Art können hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte Geräuscherkennungsverfahren eingesetzt werden, welche mit entsprechenden Geräuschen der Verkehrsmittel der vorbestimmten Art vorab trainiert wurden. Insbesondere können statistische Klassifikationsverfahren zur Klassifikation der Geräuschsignale eingesetzt werden. Beispielsweise kann die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 044 407.0 beschriebene Sensoreinrichtung zum Erfassen und Auswerten der Geräuschsignale eingesetzt werden. Diese Sensoreinrichtung führt in einem ersten Betriebsmodus ein Geräuscherkennungsverfahren durch, wobei das Geräuscherkennungsverfahren in einem zweiten Betriebsmodus trainiert werden kann. Ebenso kann das Geräuscherkennungsverfahren gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 021 362.4 im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wer- den. Bei dieser Geräuscherkennung erfolgt basierend auf einem statistischen Grund-Klassifikationsmodell eine automatische Adaption des Modells an das akustische Umfeld. Der gesamte Offenbarungsgehalt der beiden genannten Patentanmeldungen wird durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung ge- macht.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform berücksichtigen das oder die vorgegebenen Kriterien, von denen die Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels der vor- bestimmten Art abhängt, die aktuelle Verkehrssituation, insbesondere die Information über die aktuellen Start- und Landezeiten von Flugzeugen auf einem Flughafen. Hierdurch wird berücksichtigt, dass sich die Verkehrssituation, insbesondere auf Flughäfen, dynamisch verändert und somit auch die Zuläs- sigkeitskriterien für den Aufenthalt eines Verkehrsmittels in bestimmten Bereichen dynamisch adaptiert werden müssen.
In einer weiteren Ausführungsform werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Geräuschsignale in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 1 bis 4 kHz oder einen in diesem Frequenzbereich liegenden Teilband überwacht. Dieser Frequenzbereich umfasst im Wesentlichen die von einem Flugzeug erzeug- ten Geräusche, insbesondere auch die entsprechenden Turbinengeräusche der Flugzeuge.
Die Geräuschsignale werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Schallaufnehmermittel umfassend einen oder mehrere einzelne Schallaufnehmer, vorzugsweise in der Form von Mikrofonen, erfasst. Die Schallaufnehmer können dabei beliebig am oder im Verkehrsweg positioniert sein. Insbesondere können die Schallaufnehmer seitlich neben dem Verkehrsweg, beispielsweise seitlich neben einem Taxiweg, und/oder in dem Verkehrsweg, beispielsweise in einem oder mehreren Leuchtfeuern in einem Taxiweg, angeordnet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Geräuschsignale mit einem oder mehreren Mikrofonarrays erfasst. Als Mikrofonarray kann beispielsweise ein lineares Mikrofon- array verwendet werden, in dem die Mikrofone entlang einer oder mehrerer gerader oder gegebenenfalls auch gekrümmter Linien angeordnet sind. Die Linien sind dabei insbesondere parallel zu der Richtung des Verkehrswegs, wodurch eine beson- ders effiziente Erfassung des Schalls gewährleistet ist. Gegebenfalls können auch radiale Mikrofonarrays verwendet werden, in denen die Mikrofone im Wesentlichen kreisförmig angeordnet sind. Solche radialen Mikrofonarrays erlauben eine eindeutige Bestimmung der Richtung, aus der die Geräuschsig- nale empfangen werden. Als besonders geeignet haben sich für das erfindungsgemäße Verfahren Mikrofonarrays erwiesen, in denen der Abstand zu benachbarten Mikrofonen im Wesentlichen zwischen 3 und 4 cm liegt. Die Mikrofonarrays können eine be- liebige Anzahl von Mikrofonen umfassen, vorzugsweise werden Arrays mit 4 bis 8 Mikrofonen verwendet. Anstatt bzw. zusätzlich zu den Mikrofonarrays können gegebenenfalls auch Richtmikrofone mit vorgegebener Richtcharakteristik eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß können verschiedene Parameter der Geräuschsignale ausgewertet werden, um hierdurch das Verkehrsmittel vorbestimmter Art zu lokalisieren. Insbesondere können eine oder mehrere der folgenden Parameter der Geräuschsignale herangezogen werden:
Laufzeitunterschiede und/oder Phasen der Geräuschsignale; die richtungsabhängige Dämpfung der Geräuschsignale; - die entfernungsabhängige Dämpfung der Geräuschsignale; die entfernungsabhängige Klangcharakteristik der Geräuschsignale .
Die Klangcharakteristik wird dabei vorzugsweise mit entspre- chenden Klassifikationsverfahren geeignet klassifiziert. Insbesondere werden hierzu hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte statistische Klassifikationsverfahren eingesetzt.
Basierend auf den oben genannten Parametern kann mit an sich bekannten Verfahren die Richtung bzw. die Entfernung des Verkehrsmittels zu einzelnen Schallaufnehmern und dadurch die exakte Position des Verkehrsmittels bestimmt werden.
In einer bevorzugten Variante wird bei der Auswertung der Ge- räuschsignale auch der Doppler-Effekt berücksichtigt, wodurch die Bewegungsrichtung eines Verkehrsmittels bestimmt werden kann. Ferner erfolgt die Auswertung der Geräuschsignale vorzugsweise derart, dass als Lokalisationsinformation auch die räumliche Position des Verkehrsmittels ermittelt wird und ge- gebenenfalls ausgegeben und weiterverarbeitet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Auswertung der Geräuschsignale neben der Lokalisationsinformation auch eine Bewegungsinformation ermittelt, welche die Geschwindigkeit und/oder die Richtung angibt, mit der bzw. in welche sich ein in dem Abschnitt des Verkehrswegs befindliches Verkehrsmittel bewegt, wobei diese Bewegungsinformation gegebenenfalls ausgegeben und/oder weiterverarbeitet wird.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Auswertung der Geräuschsignale ein Klas- sifikationsverfahren, insbesondere ein statistisches Klassifikationsverfahren, verwendet, welches die Geräuschsignale dahingehend klassifiziert, von welchem Typ von Verkehrsmitteln aus einer Menge von vorbestimmten Typen sie stammen, wodurch eine entsprechende Klassifikationsinformation ermittelt wird, welche gegebenenfalls ausgegeben und/oder weiterverarbeitet wird. Die Menge von vorbestimmten Typen umfasst in einer bevorzugten Variante ein oder mehrere Flugzeugtypen und/oder ein oder mehrere Zugmaschinen für Flugzeuge, denn der Aufenthalt eines Flugzeugs kann gegebenenfalls auch über die Geräuschsignale einer Zugmaschine ermittelt werden, welche das Flugzeug auf dem überwachten Verkehrsweg zieht.
Die oben beschriebenen Bewegungs- und/oder Klassifikationsinformationen können bei der Überprüfung der Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs berücksichtigt werden. Beispielsweise kann das Befahren eines Verkehrswegs nur für einen vorbestimmten Typ von Verkehrsmittel erlaubt sein und für andere Typen unzulässig sein. Dementsprechend wird die Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels auch unter Berücksichtigung des ermittelten Typs festgestellt. Ebenso können bestimmte Bewegungen des Verkehrsmittels, beispielsweise weg von einer Startbahn auf einem Taxiweg, unkritisch und somit zulässig sein, was ebenfalls bei der Überprüfung der Zuläs- sigkeit berücksichtigt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Falle, dass gemäß dem Überprüfungsergebnis die Unzulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs festgestellt wird, eine oder mehrere Maßnahmen zur Warnung von einer oder mehreren, das Verkehrsmittel steuernder Personen und/oder zum Eingriff in die Bewegung des Verkehrsmittels durchgeführt. Diese Maßnahmen können folgende Maßnahme umfassen:
Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Warnhinweises, insbesondere an einer Signalisierungseinheit am Verkehrsweg (z.B. an einem Wigwag oder einem Stopbar) , und/oder an einer Signalisierungseinheit im Verkehrsmittel, wobei die Signalisierungsinformation beispielsweise drahtlos an das Verkehrsmittel übermittelt und auf der Signalisierungseinheit im Verkehrsmittel wiedergegeben werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei der Auswertung der Geräuschsignale ferner über einen oder mehrere weitere Sensoren ermittelte Signale zur Lokalisation des Verkehrsmittels berücksichtigt, insbesondere über eine oder mehrere Videokameras und/oder über einen oder mehrere Radarsensoren und/oder über eine oder mehrere Lichtschranken ermittelte Signale. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Lokalisation erhöht werden.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Überwachung eines Verkehrswegs für ein Verkehrsmittel einer vorbestimmten Art, insbesondere für ein Flugzeug auf einer Fahrbahn eines Flughafens, umfassend: - ein Schallaufnehmermittel zur Erfassung von in einem Abschnitt des Verkehrswegs auftretenden Geräuschsignalen; ein Auswertemittel, welches im Betrieb die erfassten Geräuschsignale derart auswertet, dass eine Lokalisations- information ermittelt wird, welche angibt, ob sich ein Verkehrsmittel der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs befindet, wobei im Falle, dass sich gemäß der Lokalisationsinformation ein Verkehrsmittel der vorbestimmten Art in dem Abschnitt befindet, die Zuläs- sigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels in dem Abschnitt in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien überprüft wird und ein entsprechendes Überprüfungsergebnis ausgegeben wird.
Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede Variante des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung durchführbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Taxiwegs auf einem Flughafen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der räumlichen Bezie- hungen zwischen einem Mikrofonarray und einem Flugzeug auf einem Verkehrsweg zur Verdeutlichung der Positionsbestimmung des Flugzeugs gemäß einer Variante der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dabei verwendeten Komponenten wiedergibt .
Der bevorzugte Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Überwachung von Fahrbahnen auf Flughäfen, um sich auf falschen Bahnen bewegende bzw. dort befindliche Flugzeuge über die Erfassung von Geräuschsignalen zu orten. Bei der Detektion von unzulässig positionierten Flugzeugen werden in der hier beschriebenen Ausführungsform entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet, insbesondere wird der Pilot geeignet gewarnt. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung in Draufsicht ein Szenario, bei dem sich ein Flugzeug 1 auf einem Taxiweg 2 befindet, der eine Zufahrt zu einer entsprechenden Startbahn 3 darstellt. Der sich ausbreitende Schall des Flugzeugs ist in Fig. 1 durch eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten Ellipsen im Bereich des Flugzeugs angedeutet. Am vorderen Ende des Taxiwegs ist eine Haltelinie als entsprechende Markierung 4 vorgesehen, an dem das Flugzeug wartet, bis es vom Tower des Flughafens die Starterlaubnis erhält. In Höhe der Halte- linie 4 sind seitlich links und rechts neben dem Taxiweg sog. Wigwags (Runway Guard Lights) 5 und 5' angeordnet, welche schematisch als Rechtecke angedeutet sind. Diese Wigwags stellen Signalisierungseinheiten für die Piloten im Flugzeug dar und geben über optische Leuchten verschiedene Hinweise, insbesondere wird auch angezeigt, ob die Startbahn durch das Flugzeug befahren werden kann.
Auf Flughäfen kommt es gelegentlich vor, dass ein Flugzeug den falschen Taxiweg als Zufahrt zur Startbahn verwendet oder ohne Autorisierung den Taxiweg zu früh verlässt, um die Startbahn zu befahren. Dies geschieht insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen aufgrund von Witterungseinflüssen, bei denen die Piloten beispielsweise entsprechende Stop- bars übersehen. Es tritt somit ein sicherheitsrelevantes Problem auf, dass zu schwerwiegenden Unfällen führen kann. Derzeit erfolgt eine Überwachung eines falsch angefahrenen Taxiwegs bzw. einer Auffahrt auf die Startbahn ohne Autorisierung nur durch das Personal im Tower des Flughafens. Diese Überwachung birgt das Risiko, dass durch das Personal das Fehlverhalten des Piloten erst zu spät entdeckt wird und die Reaktionszeit zur Warnung des Piloten zu lange ist, um einen möglichen Unfall zu vermeiden. Im schlimmsten Fall kann es auch passieren, dass die Towerbesatzung das Fehlverhalten des Piloten gänzlich übersieht.
Um das oben dargelegte Sicherheitsproblem zu umgehen, wird gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 vorgeschlagen, eine Mehrzahl von Schallaufnehmern in der Form von Mikrofonen an verschiedenen Positionen im Bereich des Taxiwegs anzuordnen. Über die Erfassung des Flugzeugschalls durch die Mikrofone und eine nachgeschaltete Auswertung kann dann ermittelt werden, ob sich ein Flugzeug auf dem Taxiweg befindet bzw. in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit es sich auf diesem Taxiweg bewegt. Basierend auf einer derartigen Detek- tion kann dann beispielsweise ein gesonderter Warnhinweis mit Hilfe von speziellen Signallampen, insbesondere mit den eingangs erwähnten Stopbars, an den Flugzeugführer übermittelt werden, wenn die Zufahrt des Flugzeugs auf dem Taxiweg nicht zulässig ist. Vorzugsweise wird die Detektion eines Flugzeugs auf dem Taxiweg einer zentralen Recheneinheit gemeldet, welche auch auf Daten über den aktuellen Flugbetrieb und die Infrastruktur des Flughafens Zugriff hat. Mit Hilfe dieser Daten kann dann bestimmt werden, ob die Position des Flugzeugs auf dem Taxiweg zulässig ist. Das Verfahren kann auch auf andere Verkehrswege auf dem Flughafen angewendet werden, insbesondere auch auf eine Überwachung einer Start- bzw. Landebahn bzw. auf entsprechende Parkpositionen des Flugzeugs.
In der Ausführungsform der Fig. 1 sind verschiedene Anordnungen von Mikrofonen gezeigt. Zum einen ist rechts neben dem Taxiweg 2 in der Höhe der Flugzeugflügel des Flugzeugs 1 ein lineares Mikrofonarray 6 mit vier einzelnen Mikrofonen vorge- sehen. Ein entsprechendes Mikrofonarray 7 ist ferner im Bereich der Haltelinie 4 auf der linken Seite des Taxiwegs angeordnet. Neben den seitlich montierten Mikrofonarrays ist ferner am Boden des Taxiwegs in der Höhe der Haltelinie 4 ein weiteres Mikrofonarray 8 angeordnet, welches ebenfalls ein lineares Array aus vier Mikrofonen ist. Das Mikrofonarray 8 ist in den Boden des Taxiwegs 2 eingelassen und behindert somit nicht die Bewegung des Flugzeugs. Gegebenenfalls können die auf dem Taxiweg üblicherweise vorhandenen Leuchtfeuer dazu verwendet werden, um in diese Leuchtfeuer die entsprechen- den Mikrofonarrays zu integrieren. Über die Mikrofonarrays wird die Winkelposition einer Schallquelle, d.h. im Fall der Fig. 1 des Flugzeugs 1, ermittelt und hieraus mit Hilfe der Information über die Geometrie des Taxiwegs die räumliche Po- sition des Flugzeugs bestimmt. Ferner kann auch die Geschwindigkeit des Flugzeugs ermittelt werden. Die Bestimmung der Position und Geschwindigkeit mit Hilfe eines entsprechenden Mikrofonarrays wird weiter unten in Bezug auf Fig. 2 erläu- tert.
Neben den Mikrofonarrays sind Richtmikrofone 9 bis 12 seitlich neben dem Taxiweg angeordnet. Die Mikrofone 9 und 10 sind dabei in einer Höhe am hinteren Ende des Flugzeugs posi- tioniert, wohingegen die Mikrofone 11 und 12 an den Wigwags 5 bzw. 5' in der Höhe der Haltelinie angeordnet sind. Darüber hinaus ist zur frontalen Schallerfassung ein weiteres Richtmikrofon 13 seitlich an der Startbahn 3 in der Höhe des Taxiwegs angeordnet. Neben den seitlich angeordneten Mikrofonen 9 bis 13 sind darüber hinaus Richtmikrofone auf dem Taxiweg vorgesehen, welche mit den Bezugszeichen 14, 15 und 16 bezeichnet sind. Diese Richtmikrofone sind analog zu dem Mikro- fonarray 8 in dem Boden des Taxiwegs eingelassen, wobei wiederum die Leuchtfeuer auf dem Taxiweg zur Integration der Mikrofone verwendet werden können. Die einzelnen Richtmikrofone weisen eine Richtcharakteristik mit einer entsprechenden Hauptkeule auf. Überschreitet das durch die Mikrofonarrays und Richtmikrofone jeweils detektierte Geräuschsignal einen vorbestimmten Schwellwert, kann hierdurch auf die Richtung geschlossen werden, aus der der Schall kommt, wodurch die Position des Flugzeugs bestimmt werden kann. Durch die Verwendung von mehreren Richtmikrofonen und Mikrofonarrays wird hierdurch eine genaue Positionsbestimmung durch Verrechnung und Fusion der Messdaten aller Mikrofone erreicht. Die über die Mikrofonarrays und Richtmikrofone erfassten Schallfrequenzen liegen in einem Frequenzbereich, in dem die üblichen Motorgeräusche von Flugzeugen liegen. Der Frequenzbereich kann dabei den von Menschen hörbaren Bereich und gegebenenfalls auch einen nichthörbaren Bereich (z.B. Ultraschall bzw. Infraschall) umfassen. Ebenso können Mikrofone auch durch Schallaufnehmer in der Form von Vibrationssensoren ersetzt werden . Die Anordnung der einzelnen Mikrofone bzw. Mikrofonarrays gemäß Fig. 1 ist lediglich beispielhaft und es können auch andere Anordnungen zur Lokalisation des Flugzeugs über die Erfassung von Geräuschsignalen vorgesehen sein. Insbesondere können auch weitere Mikrofone bzw. Mikrofonarrays verwendet werden bzw. gegebenenfalls auch Teile der Mikrofone bzw. Mik- rofonarrays weggelassen oder an anderen Positionen angeordnet werden. Mikrofonarrays bzw. Richtmikrofone können gegebenenfalls auch an entsprechenden Schildern am Taxiweg bzw. an ei- gens für die Mikrofone vorgesehenen Pfosten angeordnet werden. Werden die Mikrofonarrays bzw. Richtmikrofone im Boden integriert, sind entsprechende Maßnahmen vorzusehen, dass die Funktion der Mikrofone auch bei Schneefall nicht beeinträchtigt ist. Beispielsweise könnte eine entsprechende Heizung zum Schmelzen von Schnee im Bereich der Mikrofone vorgesehen sein .
Über die Richtcharakteristik, d.h. die richtungsabhängige Dämpfung, kann ein Flugzeug durch die Richtmikrofone lokali- siert werden. Eine entsprechende veränderbare Richtcharakteristik wird durch Phasenverschiebungen auch für die Mikrofon- arrays erzeugt und zur Lokalisation genutzt, wie weiter unten noch beschrieben wird. Darüber hinaus können zur Lokalisation Laufzeitunterschiede des Flugzeugschalls bestimmt werden. E- benso kann über die entfernungsabhängige Dämpfung des Flugzeugschalls der Abstand des Flugzeugs zu den einzelnen Mikrofonen und hierdurch ein Parameter für die Position des Flugzeugs bestimmt werden. Ferner können zur Lokalisation des Flugzeugs aus dem Stand der Technik bekannte Klassifikations- bzw. Bewertungsverfahren eingesetzt werden, welche über entfernungsabhängige Klangeigenschaften eines Flugzeugs dessen Position bestimmen. Mit einem geeignet trainierten statistischen Klassifikationsverfahren kann auch festgestellt werden, welcher Flugzeugtyp sich auf dem Taxiweg befindet. Diese In- formation kann gegebenenfalls auch weiterverarbeitet werden, da unter Umständen der Fall auftreten kann, dass ein Flugzeug, welches auf eine Startbahn auffahren will, aufgrund seines Typs nicht zum Starten auf dieser Bahn geeignet ist, da die Länge der Startbahn wegen der Größe des Flugzeugs nicht zum Abheben des Flugzeugs ausreicht. Die soeben beschriebenen möglichen Varianten zur Lokalisation eines Flugzeugs können zur Steigerung der Robustheit in geeigneter Wei- se miteinander kombiniert werden.
Fig. 2 zeigt beispielhaft, wie mit Hilfe eines Mikrofonarrays 6' , welches die gleiche Bauform wie das Mikrofonarray 6 der Fig. 1 aufweist, ein Flugzeug 1 auf einem Verkehrsweg 17 lo- kalisiert werden kann. Im Betrieb wird durch das Mikrofonaray die zu dem Verkehrsweg hin gerichtete Umgebung in einem 180°- Bereich gescannt, indem Phasensignale auf die einzelnen Mikrofone des Arrays addiert werden, wodurch die Richtcharakteristik des Arrays geändert wird. Das heißt, das Array verän- dert seine Richtung, in der es Schall „hören" kann. Schallgeräusche aus der Richtung, in der das Mikrofonarray gerade hört, werden gemäß den Phasenverschiebungen der Mikrofone konstruktiv addiert und es tritt ein entsprechendes Maximum auf. Zur effektiven Lokalisation von Schallmaxima für Flug- zeugschall hat sich ein Mikrofonabstand von 3 bis 4 cm zwischen den Mikrofonen des Arrays 6' als praktikabel erwiesen.
Durch den oben dargelegten Scan des Mikrofonarrays kann somit der Winkel ermittelt werden, aus dem ein Schallmaximum emp- fangen wird. In Fig. 2 ist dies der Winkel α(t), der von der Zeit t abhängt, da sich in dem dargestellten Szenario das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit v bewegt. Die tatsächliche Position des Flugzeugs x(t), welche ausgehend von dem Ursprung O nach rechts entlang der Mittellinie L der Fahrbahn 17 gemessen wird, ergibt sich mit Hilfe des Abstands d des Mikrofonarrays 6' von der Mittellinie L wie folgt:
a(t) = tan —1 (/x(/tvΛ)//dJ\) = jt-a„„n—1 (vld-i)
Somit kann durch ein Mikrofonarray über die Bestimmung des
Winkels α, aus dem ein Schallmaximum empfangen wird, auch die Position des Flugzeugs lokalisiert werden. Darüber hinaus kann durch die zeitabhängige Veränderung des Winkels α(t), welche ebenfalls durch die Mikrofone erfasst werden kann, auch die Geschwindigkeit des Flugzeugs abgeschätzt werden. Die abgeschätzte Geschwindigkeit v ergibt sich dabei aus der zeitlichen Veränderung des Winkels und der aktuellen Winkel- position wie folgt:
Durch die Verwendung von weiteren Mikrofonarrays bzw. Richt- mikrofonen kann die Genauigkeit der Lokalisation weiter verbessert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Schall näher zu klassifizieren, um zu ermitteln, von welchem Flugzeugtyp der Schall stammt. Eine entsprechende Ausführungsform, welche eine derartige Klassifikation des Schalls durchführt, wird nachfolgend anhand von Fig. 3 beschrieben.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung zunächst einen Schallwandler A in der Form eines Mikrofonarrays mit einzelnen Mikrofonen Ml bis M4. Der Schall, der durch die Mikrofone Ml bis M4 analog erfasst wurde, wird in dem Schallwandler A mit Hilfe einzelner Analog-Digital-Wandler ADl bis AD4, welche jeweils einem der Mikrofone Ml bis M4 zugeordnet sind, digitalisiert. Im Folgenden werden die weiteren durchgeführten Schritte Sl bis S5 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Wie durch den Schritt Sl angedeutet, wird das digitalisierte Geräuschsignal in einer Einheit El weiterverarbeitet, wobei in dieser Einheit abhängig vom Anwendungsfall eine entsprechende Gewichtung der Signale der Mikrofone erfolgt. Gegebenenfalls kann die Verarbeitung durch die Einheit El weggelas- sen werden. Das aufbereitete Signal wird in einem nächsten Schritt S2 einer Einheit E2 zugeführt, welche basierend auf den Signalen der Mikrofone ermittelt, ob überhaupt ein Geräuschsignal vorliegt, das einem Flugzeug entsprechen könnte. Dies geschieht beispielsweise durch einen Vergleich der Laut- stärke der erfassten Geräuschsignale mit einem Schwellwert. Wird der Schwellwert überschritten, wird hieraus gefolgert, dass ein Flugzeug durch den Schallaufnehmer A erfasst wurde. Alternativ kann zusätzlich zum Schwellwert auch eine Klassifikation des Geräuschsignals durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass auch tatsächlich ein Flugzeug für das über dem Schwellwert liegende Geräusch verantwortlich ist.
Anschließend wird in einem Schritt S3 in einem entsprechenden Klassifikationsmodul E3 ein Klassifikationsverfahren durchgeführt, um zu erkennen, von welchem Flugzeugtyp das Geräusch- signal stammt. Insbesondere wird dabei ein statistisches
Klassifikationsverfahren eingesetzt. Solche Klassifikationsverfahren sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und bestimmen im vorliegenden Anwendungsfall eine Klassenzugehörigkeit der erfassten Geräuschdaten anhand von Trainings- daten, d.h. aus Merkmalsverteilungen von Geräuschsignalen, welche zuvor aufgenommen wurden und den Geräuschsignalen von bestimmten Flugzeugtypen entsprechen. Die Erfassung und Klassifikation der Geräuschsignale kann dabei beispielsweise basierend auf einer Sensoreinrichtung erfolgen, welche in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 044 407.0 beschrieben ist. Der verwendete Klassifikator E3 wurde dabei mit Trainingsdaten gelernt, die aus entsprechenden Feldversuchen mit verschiedenen Flugzeugtypen stammen. Da sich die Geräuschsignale auf unterschiedlichen Flughäfen verschieden verhalten können, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Klassi- fikator nochmals in Betrieb auf dem vorgesehenen Flughafen an die Bedingungen dieses Flughafens adaptiert. Diese Adaption erfolgt insbesondere basierend auf dem Verfahren, welches in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 021 362.4 beschrie- ben ist.
Nach Klassifikation des Flugzeugtyps erfolgt im Schritt S4 in einer weiteren Verarbeitungseinheit E4 die Positionsbestimmung des Flugzeugs, beispielsweise basierend auf dem anhand von Fig. 2 erläuterten Verfahren. Schließlich wird in einer weiteren Einheit E5 die Geschwindigkeit berechnet, wobei e- benfalls das anhand von Fig. 2 verwendete Verfahren eingesetzt werden kann. Die von den Einheiten ermittelten Daten werden einer gemeinsamen Auswerteeinheit AE zugeführt. Insbesondere wird die Information TI über den Flugzeugtyp, die Information PI über die Position des Flugzeugs sowie die Information VI über die Geschwindigkeit des Flugzeugs in der Aus- werteeinheit AE ausgewertet. Die Auswerteeinheit kann dabei ein zentrales Flugmanagement darstellen, welches auf aktuelle Daten des Flugbetriebs und die Infrastruktur des Flughafens Zugriff hat. Es erfolgt schließlich ein Abgleich der Soll- Erwartung für die Position des entsprechenden Flugzeugtyps mit dem Istwert der tatsächlich bestimmten Position. Sollte der Istwert vom Sollwert abweichen, wird eine entsprechende Signalisierung durchgeführt, insbesondere wird der Pilot durch optische bzw. akustische Signale, beispielsweise durch eine entsprechende Signalisierung auf speziellen Signallampen eines Taxiwegs, gewarnt. Insbesondere können als Gegenmaßnahmen die oben beschriebenen Stopbars auf dem Taxiweg eingeschaltet werden.
Die anhand von Fig. 3 beschriebenen einzelnen Einheiten El bis E5 stellen funktionale Module dar, welche vorbestimmte
Berechnungsschritte ausführen. Diese Module müssen nicht als getrennte Einheiten ausgestaltet sein, sondern können in einem Gesamtmodul integriert sein und werden insbesondere durch entsprechende Software realisiert.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können ferner weitere Positionsdaten von anderen Sensoren, wie z.B. Mikrowellensensoren, Kontaktschleifen und dergleichen, in der Auswerteeinheit AE mit den restlichen Daten fusioniert werden, um hierdurch die Genauigkeit der Lokalisation zu erhöhen.
Wie sich aus den vorangegangenen Ausführungen ergibt, kann mit der dargestellten Ausführungsform die Sicherheit auf Flughäfen erhöht werden, weil Piloten beim unerlaubten Fahren auf Taxiwegen, beim unerlaubten Verlassen von Taxiwegen bzw. beim unerlaubten Auffahren auf Taxiwegen gewarnt werden können. Dies geschieht mit Hilfe einer akustischen Geräuscher- kennung der Flugzeuge, d.h. insbesondere der Turbinengeräusche der Flugzeuge. Gegebenenfalls kann die Geräuscherkennung auch derart ausgestaltet sein, dass neben bzw. anstatt von Flugzeugen Zugmaschinen erkannt werden, welche das Flugzeug auf dem Flughafengelände ziehen. Wird eine Zugmaschine lokalisiert, wird hieraus auf die Anwesenheit eines Flugzeugs geschlossen. Die erfindungsgemäße akustische Geräuscherkennung hat gegenüber anderen Sensoren den Vorteil, dass sie auch einen Betrieb bei schlechten Sichtverhältnissen ermöglicht, was beispielsweise bei Radarsensoren nicht gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Verkehrswegs (2) für ein Verkehrsmittel (1) einer vorbestimmten Art, insbesondere für ein Flugzeug auf einer Fahrbahn eines Flughafens, bei dem: a) in einem Abschnitt des Verkehrswegs (2) auftretende Geräuschsignale mit einem Schallaufnehmermittel (6, ..., 16) erfasst werden; b) die erfassten Geräuschsignale derart ausgewertet werden, dass eine Lokalisationsinformation ermittelt wird, welche angibt, ob sich ein Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) befindet; c) falls sich gemäß der Lokalisationsinformation ein Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt befindet, die Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels (1) in dem Abschnitt in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien überprüft wird und ein entsprechendes Überprüfungsergebnis ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit dem Verfahren ein Taxiweg (2) auf einem Flughafen und/oder die Start- und/oder Landebahn (3) auf einem Flughafen und/oder eine Parkposition auf einem Flughafen überwacht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das oder die vorgegebenen Kriterien die aktuelle Verkehrssituation, insbesondere die Information über die aktuellen Start- und Landezeiten von Flugzeugen (1) auf einem Flughafen, berücksichtigen .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit dem Verfahren Geräuschsignale in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 1 bis 4 kHz oder einem in diesem Frequenzbereich liegenden Teilband überwacht werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Geräuschsignale mit einem Schallaufnehmermittel umfassend einen oder mehrere einzelne Schallaufnehmer (6, ..., 16), insbesondere in der Form von Mikrofonen, erfasst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das oder die Schallauf- nehmer (6, ..., 16) seitlich neben dem Verkehrsweg (2), insbesondere seitlich neben einem Taxiweg, und/oder in dem Verkehrsweg (2), insbesondere in einem oder mehreren Leuchtfeuern in einem Taxiweg, angeordnet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Geräuschsignale mit einem oder mehreren Mikrofonarrays (6, 7, 8) erfasst werden .
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zumindest ein Mikrofon- array ein lineares Mikrofonarray (6, 7, 8) ist, in dem die
Mikrofone entlang einer oder mehrerer Linien angeordnet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem zumindest ein Mikrofonarray (6, 7, 8) ein radiales Mikrofonarray (6, 7, 8) ist, in dem die Mikrofone im Wesentlichen kreisförmig angeordnet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der Abstand zu benachbarten Mikrofonen in dem Mikrofonarray im Wesentlichen zwischen 3 und 4 cm liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem die Geräuschsignale mit zumindest einem Richtmikrofon (9, ...,16) erfasst werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung in Schritt b) das Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) basierend auf einem oder mehreren der folgenden Parameter der Geräuschsignale lokalisiert wird:
Laufzeitunterschiede und/oder Phasenunterschiede in den
Geräuschsignalen; die richtungsabhängige Dämpfung der Geräuschsignale; die entfernungsabhängige Dämpfung der Geräuschsignale; die entfernungsabhängige Klangcharakteristik der Geräuschsignale .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung der Geräuschsignale in Schritt b) der Doppler-Effekt berücksichtigt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung in Schritt b) als Lokalisationsinformation ferner die räumliche Position des Verkehrsmittels (1) ermittelt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung in Schritt b) ferner eine Bewegungsinformation ermittelt wird, welche die Geschwindigkeit (v) und/oder die Richtung angibt, mit der bzw. in welche sich ein in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) befindliches Verkehrsmittel (1) bewegt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung in Schritt b) eine Klassifikationsverfahren, insbesondere ein statistisches Klassifikationsverfahren, verwendet wird, welches die Geräuschsignale dahingehend klas- sifiziert, von welchem Typ von Verkehrsmittel (1) aus einer Menge von vorbestimmten Typen sie stammen, wodurch eine entsprechende Klassifikationsinformation ermittelt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Menge von vorbe- stimmten Typen ein oder mehrere Flugzeugtypen und/oder eine oder mehrere Zugmaschinen für Flugzeuge umfasst.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Bewegungs- und/oder Klassifikationsinformationen bei der Ü- berprüfung der Zulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) in Schritt c) berücksichtigt werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Falle, dass in Schritt c) gemäß dem Überprüfungsergebnis die Unzulässigkeit des Aufenthalts des Verkehrsmittels (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) festgestellt wird, eine oder mehrere Maßnahmen zur Warnung von einer oder mehreren, das Verkehrsmittel (1) steuernder Personen und/oder zum Eingriff in die Bewegung des Verkehrsmittels (1) durchgeführt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Maßnahmen folgende Maßnahme umfassen:
Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Warnhinweises, insbesondere auf einer Signalisierungseinheit (5, 5') am Verkehrsweg (2) und/oder auf einer Signalisie- rungseinheit im Verkehrsmittel (1) .
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung in Schritt b) ferner über einen oder mehrere weitere Sensoren ermittelte Signale zur Lokalisation des Verkehrsmittels (1) berücksichtigt werden, insbesondere über eine oder mehrere Videokameras und/oder über einen oder mehrere Radarsensoren und/oder über eine oder mehrere Lichtschranken ermittelte Signale.
22. Vorrichtung zur Überwachung eines Verkehrswegs (2) für ein Verkehrsmittel (1) einer vorbestimmter Art, insbesondere für ein Flugzeug auf einer Fahrbahn eines Flughafens, umfassend: ein Schallaufnehmermittel (6, ..., 16) zur Erfassung von in einem Abschnitt des Verkehrswegs (2) auftretenden Geräuschsignalen; ein Auswertemittel, welches im Betrieb die erfassten Geräuschsignale derart auswertet, dass eine Lokalisations- information ermittelt wird, welche angibt, ob sich ein Verkehrsmittel (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt des Verkehrswegs (2) befindet, wobei im Falle, dass sich gemäß der Lokalisationsinformation ein Verkehrsmittel (1) in dem Abschnitt befindet, die Zulässigkeit des Aufent- halts des Verkehrsmittels (1) der vorbestimmten Art in dem Abschnitt in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorgegebenen Kriterien überprüft wird und ein entsprechendes Überprüfungsergebnis ausgegeben wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 21 mit der Vorrichtung durchführbar ist.
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