EP3160819A1 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer fahrzeugumgebung eines schienenfahrzeugs sowie schienenfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer fahrzeugumgebung eines schienenfahrzeugs sowie schienenfahrzeug

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EP3160819A1
EP3160819A1 EP15713736.5A EP15713736A EP3160819A1 EP 3160819 A1 EP3160819 A1 EP 3160819A1 EP 15713736 A EP15713736 A EP 15713736A EP 3160819 A1 EP3160819 A1 EP 3160819A1
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EP
European Patent Office
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track
rail vehicle
vehicle
detection
profile
Prior art date
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Application number
EP15713736.5A
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English (en)
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EP3160819B1 (de
Inventor
Christian TELKE
Matthias Harter
Gero Zechel
Michael Beitelschmidt
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Publication date
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Publication of EP3160819A1 publication Critical patent/EP3160819A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3160819B1 publication Critical patent/EP3160819B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
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    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/047—Track or rail movements

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting a
  • Vehicle environment of a rail vehicle and a rail vehicle Vehicle environment of a rail vehicle and a rail vehicle.
  • Vehicle environment to capture Such a detection can take place, in particular, within the framework of the creation of a so-called clearance gauge. In particular, it can be detected whether a vehicle environment allows the operation of rail vehicles with certain geometrical dimensions.
  • Determining a track position may also be desirable, e.g. Locate positions of objects or obstacles along the track relative to the track position.
  • a track layer may in particular be provided by a track center, e.g. be given in the form of a center line between the rails of a track, but also through the center line of a track of the track.
  • the track position may hereby be a reference line e.g. for a detection of a clear space relative to the track position. For example, dimensions of a tunnel passage relative to the track position, in particular a height and / or a width of the tunnel, can be detected.
  • GB 2403861 A discloses a system for monitoring and measuring positions of objects along a supervising path.
  • the system is mounted on a vehicle that travels along the route to be monitored.
  • the system includes a scanner and a data analyzer.
  • the scanner is fixedly mounted on the rail vehicle and is designed as a so-called 3D scanner, wherein a laser beam is rotated continuously through 360 °.
  • EP 1544572 A2 discloses a device for non-contact detection of
  • the device comprises a reference position measuring unit comprising a first laser line generator and a first laser line generator
  • Area camera has, which are aligned in the direction of a first rail.
  • the reference position measuring unit is equipped with a second laser line generator and a second area camera, which are aligned in the direction of the second rail. This reference position measuring unit is fixedly attached to the rail vehicle.
  • DE 1980131 1 A1 discloses a rail-mounted maintenance machine. This can use for detecting a rail cross profile, a measuring device having, for example, laser heads.
  • DE 4238034 C1 discloses a method for inspecting, non-contact scanning of the immediate surroundings of a track track with regard to certain measurement criteria.
  • a radially rotating measuring beam is emitted and the reflecting signals of this measuring beam are received, processed and stored in the area of the transmitter and / or signals emitted by the surroundings. Furthermore, the location and the position of the transmitter / receiver unit with respect to an earth-fixed coordinate system or reference point are additionally measured synchronously by means of a navigation system arranged on the measuring vehicle, and the same data is determined therefrom.
  • a device for detecting a vehicle environment of a vehicle is proposed
  • the device is used in particular for optical and
  • the device can serve to generate a clearance gauge.
  • detection here also includes the term determination.
  • the device comprises at least a first image capture device.
  • Image capture device generates image data.
  • the image capture device can be arranged on a rail vehicle, in particular on a front, for example on a front side of the rail vehicle.
  • the first Image capture device may include a detection area. By the first image capture device objects that are in the detection area can be displayed.
  • the first image capture device may be arranged relative to the rail vehicle, in particular be attached to this, that the detection range of the image capture device spatially in front of the
  • Track vehicle can capture.
  • Rail vehicle or side of the rail vehicle are detected.
  • the first image capture device is designed as a 3D image capture device.
  • a 3D image capture device enables detection of an environment in three dimensions.
  • 3D information of a vehicle environment can be determined from the generated 3D image data.
  • Image capture device are detected.
  • the first image capture device By forming the first image capture device as a 3D image capture device, there are a number of advantages.
  • a vehicle environment can be detected optically reliably and as completely as possible by a detection device. Due to the three-dimensionality, in a simple manner, e.g. create a clearance gauge.
  • the generated image data can be evaluated for example by means of known methods of image processing.
  • the first image capture device may be arranged on the rail vehicle such that a track section, in particular a track section spatially in front of the
  • Rail vehicle is arranged in the detection range of the first image capture device.
  • tracks of the track can be detected in the generated images.
  • Output signals of other sensors a high robustness to interference, e.g. by environmental influences such as dirt, especially by leaves, dust or rain. Further advantages are a good comprehensibility of color information and a simple object detection as well as a cost-effective provision of the 3D image capture device. Also, a complete scatter plot can be generated per sample step of the coverage area.
  • the proposed device can be attached in an advantageous manner to any road, underground or full train.
  • the detection can take place during a journey or during operation of the rail vehicle.
  • an environment around a track can be detected.
  • the device comprises at least one further
  • Image capture device wherein the at least one further image capture device is designed as a 2D image capture device. Unlike an SD image capture device, the 2D image capture device enables one
  • the further image capture device can hereby be arranged on a rail vehicle, in particular on a front, for example on a front side of the rail vehicle.
  • the further image capture device can also have a detection range.
  • the further image capture device can be arranged relative to the rail vehicle, in particular be attached to it, that the detection range of Image capture device can detect an area spatially in front of the rail vehicle.
  • an area above the rail vehicle and / or the side of the rail vehicle can detect an area spatially in front of the rail vehicle.
  • a central detection direction or detection axis of the detection range of the further image acquisition device can be oriented parallel to a longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the device preferably comprises a plurality of further image capture devices designed as 2D image capture devices. These can be predetermined
  • Be arranged image capture device Be arranged image capture device.
  • the detection areas of the first image capture device and the at least one further image capture device can at least partially
  • the detection ranges can not
  • the provision of at least one 2D image capture device advantageously results in a redundant acquisition of image data and a direct, timely and reliable imaging of a scene.
  • the device comprises at least one laser scanning device.
  • the laser scanning device can be used to acquire a profile of a
  • a profile can hereby be a two- or three-dimensional profile.
  • the profile may be e.g. represent an outer contour of an object.
  • the laser scanning device can enable non-contact detection of the profile.
  • the laser scanning device can also be used on the rail vehicle, in particular on a front, e.g. on a front side of the rail vehicle, be arranged.
  • the laser scanning device can also have a detection range.
  • the laser scanning device can be arranged in such a way relative to the rail vehicle, in particular attached thereto, that the detection area of the laser scanning device can detect an area spatially in front of the rail vehicle.
  • an area above the rail vehicle and / or laterally of the rail vehicle can also be detected.
  • the laser scanning device may be arranged with a predetermined position and / or orientation relative to the first image capture device.
  • the detection areas of the first image capture device and / or the at least one further image capture device and the laser scanning device may at least partially overlap.
  • the detection ranges can not be
  • At least one laser scanning device results in a high degree of robustness of the detection of solar radiation, in particular direct sunlight. Also results in a redundancy in the optical detection. Further, even in low-environmental light portions, e.g. in tunnels, a reliable detection can be ensured. Also, another vehicle approaching the rail vehicle, for example, can be easily detected by the laser scanning device.
  • the laser scanning device as
  • Rotationslaserscan device is formed.
  • a laser beam for detecting the environment, in particular continuously is rotated about a reference axis.
  • a complete rotation can in this case have a rotation angle of 360 °.
  • the reference axis of the rotary laser scanning device may be oriented parallel to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the laser beam may in this case be oriented perpendicular to the reference axis or include an angle of less than 90 °, but greater than 0 ° with the reference axis.
  • Rotationslaserscan device results in a high robustness of the detection of solar radiation, in particular direct sunlight. Also results in a redundancy in the optical detection. Further, even in low-environmental light portions, e.g. in tunnels, a reliable detection can be ensured. Furthermore, a three-dimensional detection is advantageously ensured.
  • the device comprises at least one
  • Positioning device for determining an absolute position and / or
  • the absolute position may hereby designate a position in a global reference coordinate system.
  • the absolute orientation here may designate an orientation in the global reference coordinate system.
  • the Position determination device can be designed, for example, as an inertial sensor (INS).
  • the position determination device can also be designed as a GNNS sensor.
  • a layer can thus designate a position and / or orientation.
  • the rail vehicle may have a vehicle coordinate system.
  • Profile data or image data are located in the global reference coordinate system.
  • Reference coordinate system can be assigned. This simplifies a subsequent evaluation and assignment of this profile data or image data, e.g. to a certain section of the route.
  • the device comprises at least one
  • Track position determining means designates a device for determining or detecting the track position which is different from the first image capturing device.
  • the track position determining device is used to determine a position of the track, in particular one or both rails of the track, relative to the vehicle coordinate system.
  • a track layer may e.g. indicate a position and / or orientation of a track center or a centerline of the track.
  • the track position determining device can likewise be fastened to the rail vehicle, in particular to a railcar body of the rail vehicle, more particularly to a lower side of the rail vehicle.
  • image data generated by an image acquisition device and / or the profile data generated by the laser scanning device can advantageously be assigned to a specific position relative to the track position, eg relative to a track system.
  • the track position determining device
  • the track position determination device comprises at least one positioning device, wherein the at least one profile detection device is movable by the positioning device, in particular relative to the rail vehicle.
  • the profile detection device is a device which is different from the laser scanning device explained above, in particular a device designed structurally separate from it.
  • a profile may in this case, as explained in more detail below, in particular be a two-dimensional profile.
  • the profile may be e.g. represent an outer contour of the rail.
  • the profile is preferably a transverse profile of the rail, wherein the transverse profile is detected in a plane that is perpendicular to a longitudinal axis of the rail.
  • the profile detection device may in particular be an optical profile detection device.
  • the profile detection device can enable a contactless detection of the profile.
  • the positioning device may in particular comprise a stationary part and a part of the positioning device which is movable relative to the stationary part, e.g. a carriage.
  • the profile detection device can be mounted on or on the positioning device, in particular on or on the movable part.
  • Profile detection device be releasably or permanently attached to the positioning.
  • a position and / or orientation of the profile detection device relative to the positioning device can be changed or unchangeable.
  • the positioning device in particular the stationary part, can be attached to the rail vehicle, in particular to a railcar body of the rail vehicle, in particular on an underside of the rail vehicle
  • the positioning device in particular the stationary part, have at least one fastening means.
  • the positioning device may in this case preferably be fastened to the rail vehicle such that the at least one profile detection device is movable with a desired, in particular rectilinear, movement along a trajectory which is oriented parallel to a vehicle transverse axis of the rail vehicle.
  • the at least one profile detection device is movable with a desired, in particular rectilinear, movement along a trajectory which is oriented parallel to a vehicle transverse axis of the rail vehicle.
  • Profile detection device by the positioning along a predetermined, in particular rectilinear trajectory be movable.
  • the profile detection device is movable by the positioning device or a plurality of positioning devices along a plurality of, in particular straight, trajectories.
  • an orientation of Profile detection device by the positioning or at least one further positioning device is variable.
  • the positioning device can in this case at least one means for generating
  • the means may, for example, an electric motor, in particular a stepper motor or a DC motor or a synchronous motor or a
  • the positioning device may comprise at least one movement control means.
  • the device can be at least one
  • the guide means for guiding the movement of the profile detecting device along a, in particular rectilinear trajectory.
  • the guide means may for example be a bearing device or include such.
  • the guide can
  • a sliding guide for example, a sliding guide, a rolling guide, a rail guide, a
  • the positioning device can also comprise a means for transmitting drive energy.
  • the positioning device may comprise at least one cable, wherein drive energy from the means for generating drive energy to the movable part can be transmitted via the cable.
  • the positioning device may e.g. be designed as a linear unit, wherein the term linear unit comprises the stationary part, the movable part and the means for generating and / or transmission of drive energy.
  • the profile detection device can have a detection region, in particular a two-dimensional detection region, wherein a profile of objects which are located in the detection region is detected by the profile detection device.
  • profile data can be generated that represent or encode the profile of an item.
  • Profile detection device e.g. relative to the positioning device, also a position and / or orientation of the detection area can be changed.
  • the positioning device and / or the profile detection device can be arranged relative to the rail vehicle or attached thereto, that the
  • Detection area covers at least a portion below the rail vehicle.
  • a central detection direction or detection axis of the rail vehicle covers at least a portion below the rail vehicle.
  • the movable part can be arranged for this purpose in the vertical direction below the stationary part.
  • the vertical direction may in this case be oriented parallel to a vehicle vertical axis.
  • the vertical direction may be oriented from bottom to top when oriented from a vehicle floor to a vehicle roof.
  • the vertical direction may also be oriented counter to a direction of gravitational force.
  • a carriage of the movable part is arranged in the vertical direction below a means for guiding movement.
  • the means for motion control can be attached to the rail vehicle, in particular on the underside.
  • the profile detection device be attached directly or indirectly.
  • a distance between the profile detection device and a rail of the track can be reduced in an advantageous manner, which is particularly advantageous for vehicles with high-lying floors.
  • a carriage of the movable part is arranged in the longitudinal direction in front of or behind the stationary part, in particular in front of or behind a means for guiding movement. This can advantageously a
  • the longitudinal direction may in this case be oriented parallel to a vehicle longitudinal axis.
  • the longitudinal direction can be oriented from the back to the front, if this one of a
  • Vehicle rear is oriented to a vehicle front.
  • Vehicle transverse axis can be perpendicular to the vehicle longitudinal axis and perpendicular to
  • Profile detection device relative to a coordinate system of the positioning known or determinable. Also, a position and / or orientation of a coordinate system of the positioning device relative to the vehicle coordinate system can be known or determinable.
  • profile data for at least one rail of the track can be generated by the profile detection device of the track position determination device.
  • profile data can then be a position and / or Orientation of the track relative to the profile detection device and thus also be determined for positioning. This in turn allows the determination of the position and / or orientation of the track relative to the vehicle coordinate system.
  • the profile data generated by the profile detection device of the track position determining device not only allow a determination of the track position. Rather, depending on the profile data and at least one property of the track can be determined.
  • a property of the track may e.g. be a feature of a track of the track or both rails of the track.
  • the device can also serve for rail measurement.
  • a characteristic of the track may be wear of the track, e.g. can be determined by comparing an actual profile of the track with a desired profile of the track. Another property may be a gauge of the track.
  • Another characteristic may be a track cant, e.g. may indicate a relative height difference between a first and another rail surface of the track.
  • Another property may be a radius of curvature of the track or a vertical curvature.
  • Another property may be a gradient of the track through which e.g. a slope or a slope of the track can be represented.
  • the property may also be a rail profile, in particular a rail cross profile.
  • the at least one property may be a geometric property of the track or another determinable depending on at least one geometric property
  • the proposed device also includes a device for determining at least one property of a track, which is fastened to any rail vehicle, in particular on its underside, and allows the detection of the property during a standstill or during a journey of the rail vehicle.
  • Positioning device advantageously allows that even during or after a change in a relative position of the rail vehicle to the track, a position and / or orientation of the profile detection device, in particular by the positioning, can be changed so that the track, in particular a rail further in the Detection area of the profile detection device are located. If the rail vehicle is traveling e.g. by a curve and changes due to the relative position between the profile detection device and a track of the rail, so can a position of the
  • Profile detection device can be changed or tracked so that the rail is still in the detection area, in particular this does not leave. This can be achieved in particular by the previously explained movement parallel to a vehicle transverse axis.
  • unwanted changes in the property are detected, for example, by a comparison of the specific property with a desired target property.
  • the track position determining device can be at least one
  • Image acquisition device of the track position determination device The image capture device of the track position determination device can at the
  • Positioning device in particular on a movable part of the positioning, be attached.
  • Track position determining device by the positioning, for example, along a, in particular rectilinear trajectory, be movable.
  • the image capture device of the track position determination device can be detachable or non-detachable on the
  • Positioning be attached. Also, a position and / or orientation of the image capture device of the track position determination device relative to the
  • Positioning be changeable or unchangeable.
  • the image detection device of the track position determination device can also have a detection range.
  • Imaging device of the track position determination device can be imaged objects that are in the detection area. Thus, therefore, images or image data of these objects can be generated.
  • the positioning device and / or the image detection device of the track position determining device may be arranged relative to the rail vehicle, in particular attached thereto, that the detection range of the image detection device of the track position determining device can detect an area below the rail vehicle.
  • a central detection direction or detection axis of the detection range of the image detection device of the track position determination device can be parallel to a
  • the profile detection device and the image detection device of the track position determination device can be arranged relative to one another such that the detection regions overlap at least partially.
  • Track position determining device for profile detection device and thus also a relative position and / or orientation of their detection ranges to each other may be previously known or determinable.
  • Image acquisition device of the track position determination device and a coordinate system of the profile acquisition device to be registered with each other.
  • Positioning be known or determinable.
  • Positioning device to be known or determined.
  • Track position determining device for profile detection device known or be determined.
  • a redundant optical and thus non-contact detection of the property of the track For example, a detection of the at least one property, in particular of the profile of the rail, by the profile detection device by environmental conditions, for example by leaves on the rail, be disturbed.
  • the at least one property can be determined by the
  • Image acquisition device of the track position determination device generated images are determined.
  • the accuracy of the determination of the property of the track in particular an accuracy of the determination of the spatial position of a track, can be improved by the evaluation of the images generated by the image acquisition device of the track position determination device.
  • edges of the rail can be detected in images generated by the image acquisition device of the track position determination device.
  • profile data provided by the Profile detection means are generated, these edges of the rail are detected.
  • Positioning be determined. If these relative positions deviate from one another by more than a predetermined amount, then for example only the position determined from the profile data or only the position determined from image data can be used to determine the track position and / or the at least one property of the track. However, it is also possible to determine a fused property, in particular position, as a function of the respectively determined property, in particular of the relative positions explained above.
  • a fused property may e.g. be determined by averaging or by weighted averaging.
  • a fused layer can be determined by suitable estimation methods, for example by a Kalman filter method. Of course, other methods of fusion are conceivable. Thus, an accuracy in determining the at least one property of the track increases in an advantageous manner.
  • the track position determining device can be at least one
  • Position determining device of the track position determining device for determining an absolute position and / or orientation of the rail vehicle.
  • Position determining device of the track position determining device also be different from the previously described position determining device, for example, a structurally separate trained component. In this case, however, the
  • the rail vehicle and thus also of the profile detection device and / or the image detection device of
  • Track position determination device generated profile data or image data are located in the global reference coordinate system. For this purpose, a relative position and / or orientation of the coordinate system of the positioning relative to
  • the track position determination device may comprise a further position determination device for determining the position and / or orientation of the positioning device, in particular also the profile acquisition device and / or the image acquisition device, relative to the vehicle coordinate system. This results in an advantageous manner that the profile data generated by the profile acquisition device and / or the of the image capture device of
  • Track position determination device generated image data, e.g. after a ride of
  • Rail vehicle can be assigned to a specific position in the global reference coordinate system. This simplifies a subsequent evaluation and assignment of this profile data or image data, e.g. to a certain section of the route.
  • the track position determination device can be at least one more
  • Position determining device of the track position determining device for determining a position and / or orientation of the positioning device and / or
  • Track position determining device relative to the rail vehicle include.
  • the further position determining device of the track position determining device allows a
  • Track position determining device relative to the rail vehicle, in particular relative to a vehicle coordinate system of the rail vehicle.
  • the track position determination device may comprise at least one distance detection device for detecting a distance of the profile detection device and / or the
  • Track location determining device of a reference point or a reference portion of the rail vehicle include.
  • the at least one distance detection device may e.g. be designed as an optical distance sensor. In case the
  • Positioning device comprises a cable to drive the movable part
  • the distance detection device may also be formed as Seilzugwegaufford luck.
  • a relative position and / or orientation of the profile acquisition device and / or image acquisition device of the track position determination device is known or determinable relative to a coordinate system of the positioning device.
  • Track position determining device for determining a position and / or orientation of the positioning serve relative to the rail vehicle.
  • Image acquisition device of the track position determination device generated image data of a specific position and / or orientation in the vehicle coordinate system and thus possibly assign in a global reference coordinate system.
  • the track position determination device may comprise at least one memory device, wherein the profile data generated by the profile detection device and / or the image acquisition device of the
  • Track location determining device generated image data and optionally information on a spatial position and / or orientation of these data in one of the previously described coordinate systems can be stored.
  • the profile detection device is a two-dimensional
  • Profile detection device formed.
  • no three-dimensional profile can be generated by the profile detection device. So it is e.g. possible, off
  • the profile detection device can be arranged on the rail vehicle such that the two-dimensional profile in a plane perpendicular to one
  • Vehicle longitudinal axis is arranged.
  • the two-dimensional is preferred
  • Profile detection device designed as a laser scanner.
  • the laser scanner here is a different from the previously discussed laser scanning device
  • the track position determination device may comprise at least one illumination device.
  • the lighting device can also by the
  • Positioning be movable.
  • the illumination device may be attached to the positioning device, e.g. be releasably or permanently attached. Also, a position and / or orientation of the illumination device relative to
  • Positioning be changeable or unchangeable.
  • the illumination device may in this case be arranged, for example, on the positioning device, in particular on the movable part of the positioning device, that the
  • Lighting device at least part of the previously explained
  • Detection areas of the profile detection device or the image detection device of the track position determination device illuminates. This advantageously results in an improved optical detection of the profile of the at least one rail.
  • the track position determining device may comprise at least one means for beam guidance and / or beam shaping.
  • the means for beam guidance and / or beam shaping serves in particular for guiding and / or shaping one of the
  • Profile detection device emitted and / or to be received light beam, in particular a radiated and / or to be received laser beam.
  • emitted light beam can also be referred to as emmitierter light beam and a light beam to be received can also be referred to as an immitating light beam.
  • the means for beam guidance and / or beam shaping can hereby at the
  • Positioning device in particular on the movable part of the positioning, be fixed, e.g. detachable or unsolvable.
  • a position and / or orientation of the means for beam guidance and / or beam shaping relative to the positioning and thus also a beam direction can be changed.
  • the spatial position and / or orientation of the detection range of the profile detection device can be changed. It also results in an advantageous manner that a space of the track position determining device can be minimized, since the profile detection device is not necessarily to be arranged on the positioning that the detection area in this position and / or orientation of the profile detection device is already aligned such that the at least one rail of the track is detectable. Rather, by the means for beam guidance and / or beam shaping a spatial position and / or orientation of the detection range can be changed, whereby e.g. a height of
  • Track position determination device can be reduced in the vertical direction below the rail vehicle.
  • Is / are the position (s) or the orientation (s) of the profile detection device and / or the image detection device of the track position determination device and / or the means for beam guidance / beam shaping and / or the at least one illumination device relative to the positioning changeable, then a change manually, for example, by manual operation by operating personnel, or actorgechem done. So it is e.g. conceivable that the position and / or orientation relative to the positioning device before operation of the track position determining device, in particular before a driving operation of the rail vehicle, manually adjusted, the position and / or orientation remains unchanged during operation. This relates in particular to the setting of a position and / or orientation of the profile detection device, the
  • Image acquisition device of the track position determination device and the
  • Lighting device Alternatively or cumulatively, the position and / or orientation be changed during the operation of the track position determining device, in particular during a driving operation of the rail vehicle, in particular be changed actuator-supported. This relates in particular to the position and / or orientation of the means for beam guidance and / or beam shaping.
  • the proposed device comprises at least two of the track position determining devices described.
  • the track position determining devices can in this case be arranged relative to one another such that detection regions of the profile detection devices of the track position determination devices do not overlap.
  • the track position determination devices can be connected to one
  • Rail vehicle be arranged that a first rail of a track for the
  • Profile detection device of a further track position determining device can be detected.
  • the track position determination devices can be arranged with a, in particular changeable, distance from each other on the rail vehicle, the distance being measured along a vehicle transverse direction.
  • the track position determining devices can travel along a straight line parallel to the
  • Track position determining devices by a common guide means or by mutually different guide means.
  • the rail vehicle comprises at least one device for detecting a vehicle environment according to one of the previously described embodiments.
  • the device in particular the first image capture device, the at least one further image capture device, the laser scan device and / or the at least one track position determination device is / are attached to the rail vehicle.
  • the first image capture device which fixes at least one further image capture device and / or the laser scanning device in a front region, in particular on a front side, of the rail vehicle.
  • the at least one track position determining device can be attached to a lower side, in particular to a lower side of a car body of the rail vehicle.
  • a stationary part of the positioning device may be fastened to the rail vehicle, wherein a movable part in this case is movable relative to the stationary part and thus to the rail vehicle.
  • the at least one track position determination device can be fastened to the rail vehicle such that the profile detection device can be moved parallel to a vehicle transverse axis, in particular along a straight trajectory parallel to the vehicle transverse axis.
  • Image capture device, the laser scanning device and / or the at least one track position determination device relative to a vehicle coordinate system can be previously known or determinable. Also, the situation may be fixed or changeable.
  • the rail vehicle may comprise two track position determination devices.
  • a first track position determining device may be arranged on the rail vehicle such that the profile detection device of the first
  • Track position determination device a profile of the first rail is detected and / or at least one property of a first rail of a track through the first
  • Track position determination device is determinable. Accordingly, the other
  • Track location determining device to be arranged on the rail vehicle, that by the profile detection device of the further track position determination device, a profile of the further rail is detected and / or at least one property of another track of the track by the further track position determining device can be determined.
  • a position and / or orientation of the track center can be determined in a simple manner, in particular if a relative position and / or orientation of both positioning devices or both
  • Profile detection devices and / or image capture devices to each other, for example, known or determinable in the vehicle coordinate system.
  • the position and / or orientation of the track center can then, as previously explained, relative to a vehicle coordinate system or relative to a global one
  • Reference coordinate system can be determined and stored.
  • Imaging device is imaged. This may mean that appropriate
  • Image data are generated.
  • the first image capture device is designed as a 3D image capture device.
  • the proposed method is in this case in particular by a device according to one of the embodiments described above feasible.
  • the associated information relating to the position and / or orientation is stored in one of the aforementioned coordinate systems, e.g. in a memory device of the proposed device.
  • a track position of a track for the rail vehicle is additionally determined.
  • a profile detection device detects a profile of at least one rail of the track.
  • at least one property of the track can also be determined. For example, can the at least one
  • Profile detection device before and / or moved during and / or after the detection of the profile by a positioning device.
  • the profile detection device before and / or moved during and / or after the detection of the profile by a positioning device.
  • Profile detection device by the positioning relative to the rail vehicle, in particular parallel to a vehicle transverse axis of the rail vehicle to be moved.
  • the profile detection device can be moved along a predetermined, in particular straight, trajectory. Further, a position and / or orientation of the generated profile data relative to a coordinate system of the positioning or relative to a vehicle coordinate system or relative to a global coordinate system.
  • Reference coordinate system can be determined. Next can the profile data and if appropriate, the associated information relating to the position and / or orientation in one of the aforementioned coordinate systems are stored.
  • the profile data can be evaluated in such a way that at least one of the properties of the track explained in the introduction is determined. Also, a check of the property by adjusting the inventively determined property with a predetermined desired property done.
  • the particular property or a deviation, in particular an undesired deviation can be displayed to a driver and / or maintenance personnel via a display device, for example.
  • the device may comprise at least one communication device, for example a wireless or wired communication device.
  • This can e.g. serve for transmitting the profile data, information on the position and / or orientation and / or other information.
  • the device already comprises an evaluation device, which is designed to determine the at least one property. In this case, the specific property and possibly an undesired deviation can also be transmitted via the communication device.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a rail vehicle
  • Fig. 2 is a schematic side view of a rail vehicle
  • Fig. 3 is a schematic detail view of a track position determining device.
  • Fig. 1 is a schematic front view of a rail vehicle 4 with two
  • Track position determining devices 1 a, 1 b shown, wherein for the sake of clarity, only the positioning devices 1 1 and in particular their stationary parts 1 1 a and moving parts 1 1 b are shown.
  • the track position determining devices 1 a, 1 b are in this case along a vehicle transverse direction yf on opposite sides of the
  • Car body 14 of the rail vehicle 4 is arranged.
  • Track position determining devices 1 a, 1 b is shown in detail in FIG. 3 and described in the corresponding description.
  • the track position determining devices 1 a, 1 b are here part of a device 19 for detecting a vehicle environment of the
  • wheels 17 of the rail vehicle 4 which run on rails 3.
  • the wheels 17 may in this case be fastened to a bogie 18 (see FIG. 2) of the rail vehicle 4. If the rail vehicle 4 travels a curve, at least the relative position between a car body 14 of the rail vehicle 4 and the tracks 3 changes.
  • the laser scanners 2 and the camera 6 of the respective devices 1 can be moved by the positioning devices 1 1 such that the rails 3 remain in the detection areas 5, 7 or moved into them again become.
  • a first track position determining device 1 a is used for detecting a first rail 3 a and a further track position determining device 1 b for detecting a further rail 3 b.
  • the detection of the profiles of both the first rail 3a and the further rail 3b further enables the detection of a position and / or orientation of a track center, in particular a center line between the tracks 3.
  • This track center or center line can be used as a reference point or reference line for a light measurement by further systems, in particular by further detection means of the device 19 for detecting a vehicle environment of the rail vehicle 4, serve. But can also serve as a reference line a center line of a rail 3a, 3b of the track 3.
  • the position and orientation of the track center can also be determined relative to the global reference coordinate system according to the preceding embodiments and optionally stored.
  • the device 19 comprises a 3D image acquisition device, which is designed as a stereo camera system, wherein the stereo camera system comprises a first 2D camera of the stereo camera system 20a and another 2D camera 20b of the stereo camera system , Schematically, a detection area 21 of the 3D image capture device is shown. It can be seen that the detection area 21 comprises at least a part of the vehicle surroundings, which is located spatially in front of and at the side of the rail vehicle 4.
  • the device 19 further comprises a rotary laser scanning device 22.
  • a laser beam 23 (see FIG. 2) for scanning the vehicle surroundings generated by this rotary laser scanning device 22 rotates about an axis parallel to one
  • Vehicle longitudinal direction xf (see Fig. 2) is oriented.
  • One direction of the laser beam 23 may also contain portions in the vehicle longitudinal direction xf.
  • An unillustrated detection range of the Rotationslaserscan device 22 also includes at least a portion of
  • Vehicle environment which is spatially in front of and to the side of the rail vehicle 4.
  • the device 19 comprises a first 2D camera 24 and a further 2D camera 25, wherein detection areas 26, 27 of these 2D cameras 24, 25 are shown schematically.
  • the detection areas 26, 27 of the 2D cameras 24, 25 each comprise at least a part of the vehicle surroundings, which is located laterally of the rail vehicle 4, the detection areas 26, 27 comprising different side areas of the rail vehicle 4.
  • Rotationslaserscan means 22 and the 2D cameras 24, 25 are arranged on a vehicle front of the rail vehicle 4.
  • the 2D cameras 20a, 20b of the stereo camera system, the rotary laser scanning device 22 and the 2D cameras 24, 25 are arranged in the roof region of the rail vehicle 4.
  • vehicle transverse direction yf and a vehicle vertical direction zf which form a vehicle coordinate system.
  • an inertial unit 16 for global referencing of a
  • Vehicle coordinate system and thus also the position and orientation of the 2D cameras 20a, 20b of the stereo camera system, the Rotationslaserscan device 22 and the 2D cameras 24, 25 of the profile data and image data generated by these.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a rail vehicle 4 with a device 19 according to the invention. It is shown that wheels 17 are arranged on a bogie 18. The wheels 17 run on rails 3. At an underside 15 of a car body 14 of the rail vehicle 4 is a
  • Track position determining device 1 with a positioning device 1 1, which has a stationary part 1 1 a and a movable part 1 1 b arranged.
  • the Track position determining device 1 may in this case be designed like the track position determining device 1 described in FIG. 3. Further shown is a
  • Vehicle longitudinal direction xf and a vehicle vertical direction zf Vehicle longitudinal direction xf and a vehicle vertical direction zf.
  • a device 19 for detecting the vehicle environment around the rail vehicle 4 wherein only one rotary laser scanning device 22 and an exemplary laser beam 23 emitted by the rotary laser scanning device are illustrated.
  • the device 19 enables the determination of a track center and the determination of a clearance gauge. Thus, the determination of the available clear space information relative to the track center is possible.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a track position determining device 1 is shown.
  • the track position determining device 1 comprises a profile detection device embodied as a two-dimensional laser scanner 2 for detecting a transverse profile of a rail 3 of a track for a rail vehicle 4. Schematically illustrated is a detection area 5 of the laser scanner 2. Furthermore, the device 1 comprises a
  • Camera 6 formed image acquisition device of the track position determining device. 1 Also shown schematically is a detection area 7 of the camera 6. Die
  • Track location determining device 1 further comprises two illumination devices 8, wherein schematically also lighting areas 9 of the light sources are shown. Furthermore, the track position determining device 1 comprises a distance sensor 10.
  • a mirror 13 for guiding the light beams emitted and to be received by the laser scanner 2.
  • the mirror 13 is on the movable part 1 1 b, in particular in the housing 12, respectively.
  • the mirror 13 in this case forms the previously described means for beam guidance and / or beam shaping.
  • the mirror 13 can in this case in particular be displaceable, that is to say be movable with one or more translational movements, and be rotatable, that is to say be movable with one or more rotational movements.
  • the device 1 further comprises a positioning device 1 1.
  • the positioning device 1 1 comprises a stationary part 1 1 a and a relative to the stationary part 1 1 a movable movable part 1 1 b.
  • the movable part 1 1 b may be attached via a movable cuts on the stationary part 1 1 c.
  • the movable part 1 1 b comprises a housing 12 or has this.
  • the movable part 1 1 b may further comprise or form a carrier device.
  • the housing 12 may also be referred to as a carrier housing.
  • the laser scanner 2 the camera 6, the lighting devices 8 and the distance sensor 10 is arranged on the movable part 1 1 b, in particular within the housing 12, the laser scanner 2, the camera 6, the lighting devices 8 and the distance sensor 10 is arranged. Of course, an arrangement of the distance sensor 10 outside of
  • Carrier housing 12 conceivable. In this case, at least a part of the distance sensor 10 may be arranged outside an outer wall of the carrier housing 12.
  • the housing 12 may in this case have corresponding openings, in particular on an underside of the housing 12, in order to enable the detection and / or illumination of a rail 3 out of the housing 12, that is to say from an internal volume of the housing 12.
  • Positioning device 1 1 are attached, that the detection areas 5, 7
  • the lighting devices 8 are in this case arranged on the positioning device 1 1 that the illumination areas 9 also overlap with the detection areas 5, 7 and thus illuminate the rail 3.
  • a coordinate system of the positioning device 1 which e.g.
  • a position and / or orientation of the laser scanner 2, the camera 6 and the illumination devices 8 relative to the coordinate system of the positioning device 11 can be adjustable in this case.
  • a desired position and / or orientation can be adjusted in time before an operation of the track position determining device 1, in particular before a driving operation of the rail vehicle 4, wherein during operation of the
  • Track position determination device 1 this position and / or orientation remains unchanged.
  • a position and / or orientation of the mirror 13 relative to the coordinate system of the positioning device 1 1 here can be variable, in particular actuator-supported changeable, be.
  • a change may in particular also take place during operation of the track position determining device 1, in particular during driving operation of the rail vehicle 4, in particular during operation of the laser scanner 2.
  • the stationary part 1 1 a of the positioning device 1 for example, parts of a
  • linear drive in particular a stepper motor for driving the movable part 1 1 b.
  • the positioning device can comprise or form guide means for the linear guidance of the movable part 11b relative to the stationary part 11a.
  • a linear drive is provided by the positioning device 1 1.
  • the positioning device 1 in particular the stationary part 1 1 a, on a car body 14, in particular on an underside of the car body 14, the rail vehicle 4 is fixed.
  • FIG. 2 Also shown is a vehicle coordinate system, wherein a vehicle transverse direction yf and a vehicle vertical direction zf is shown.
  • a vehicle longitudinal direction xf (see FIG. 2) is oriented in FIG. 1 orthogonal to the plane of the drawing and oriented toward a viewer.
  • the positioning device 1 1 is in this case designed and on the
  • Rail vehicle 4 arranged that the movable part 1 1 b, in particular the
  • Laser scanner 2 along a rectilinear trajectory is movable, wherein the rectilinear trajectory is oriented parallel to the vehicle transverse direction yf.
  • Rail vehicle 4 the vehicle transverse direction yf parallel to a vehicle pitch axis of the rail vehicle 4 and the vehicle vertical direction zf parallel to a
  • Vehicle yaw axis of the rail vehicle 4 be oriented.
  • the distance sensor 10 detects a distance of the movable part 1 1 b from a reference portion of the rail vehicle 4, in particular a portion of the
  • Carcass 14 This can be continuously a position and / or orientation of the positioning device 1 1, in particular of the movable part 1 1 b, and thus a position and orientation of the laser scanner 2, the camera 6 and the other parts of
  • Track position determining device 1 are detected relative to the vehicle coordinate system.
  • the distance sensor 10 or another, not shown, distance sensor may alternatively or cumulatively a distance between the two devices 1 a, 1 b shown in Fig. 1, in particular a distance between the movable parts 1 1 b of
  • Positioning device 1 1 of the two devices 1 a, 1 b capture.
  • the track position determining device 1 comprises an inertial unit 16
  • This device makes it possible to determine a position and / or orientation of the rail vehicle 4 in a global reference coordinate system (not illustrated). This in turn allows one
  • the carrier housing 12 can be moved translationally by a not fully shown linear unit in order to track the housing 1 1 and thus the laser scanner 2 and the camera 6 to the rail profile moving relative to the vehicle body 14.
  • the carrier housing 12 may in this case be part of the linear unit or be attached to a part, in particular the movable part 1 1 b, the linear unit.
  • a position and / or orientation of the detection area 5 can be changed. In this way, advantageously different distances between the car body 14, housing 12 and the upper edge of the rail 3, for example, at different
  • Embodiment conceivable in which the laser scanner 2 is oriented such that the rail 3 is directly, ie without mirror 13, in the detection range 5 of the laser scanner 2.
  • Track position determination device 1 generated images or image data can be processed here with known image processing algorithms.
  • an orientation of the movable part 11 b of the positioning device 11 relative to the rail 3 can be image-based, that is to say determined by evaluating the image data.
  • a misdetection or function of the laser scanner 2 can be detected.
  • the device 19 and in particular also the track position determining device 1 can be attached to a car body of any road, underground or full train.
  • the track position determining device 1 in addition to the determination of the track position allows the determination or detection of a track, a radius, a

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Vorrichtung (19) mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung umfasst, wobei die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine solche Vorrichtung (19).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines
Schienenfahrzeugs sowie Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer
Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug.
Für einen sicheren Betrieb von Schienenfahrzeugen kann es erforderlich sein, eine
Fahrzeugumgebung zu erfassen. Eine solche Erfassung kann insbesondere im Rahmen der Erstellung eines so genannten Lichtraumprofils erfolgen. Insbesondere kann erfasst werden, ob eine Fahrzeugumgebung den Betrieb von Schienenfahrzeugen mit bestimmten geometrischen Abmaßen zulässt.
Weiterhin kann es erforderlich sein, Eigenschaften eines Gleises für die Schienenfahrzeuge, insbesondere Eigenschaften von Schienen des Gleises, zu bestimmen, um z.B. einen funktionsfähigen Zustand des Gleises zu überwachen.
Auch die Bestimmung einer Gleislage kann wünschenswert sein, um z.B. Positionen von Gegenständen oder Hindernissen entlang des Gleises relativ zu der Gleislage zu verorten. Eine Gleislage kann insbesondere durch eine Gleismitte, z.B. in Form einer Mittellinie zwischen den Schienen eines Gleises, aber auch durch die Mittellinie einer Schiene des Gleises, gegeben sein. Die Gleislage kann hierbei eine Referenzlinie z.B. für eine Erfassung eines lichten Raumes relativ zu der Gleislage sein. Beispielsweise können Dimensionen einer Tunneldurchfahrt relativ zur Gleislage, insbesondere eine Höhe und/oder eine Breite des Tunnels, erfasst werden.
Die GB 2403861 A offenbart ein System zur Überwachung und zur Messung von Positionen von Objekten entlang einer überwachenden Strecke. Das System ist an ein Fahrzeug montiert, welches entlang der zu überwachenden Strecke fährt. Das System umfasst einen Scanner und eine Datenanalysiereinrichtung. Allerdings ist der Scanner ortsfest an dem Schienenfahrzeug befestigt und ist als sogenannter 3D-Scanner ausgebildet, wobei ein Laserstrahl kontinuierlich um 360° rotiert wird.
Die EP 1544572 A2 offenbart eine Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen von
Abständen zu Gegenständen neben einer Gleisanlage. Die Vorrichtung umfasst eine Referenzlagenmesseinheit, die einen ersten Laserliniengenerator und eine erste
Flächenkamera aufweist, die in Richtung einer ersten Schiene ausgerichtet sind. Weiterhin ist die Referenzlagenmesseinheit mit einem zweiten Laserliniengenerator sowie einer zweiten Flächenkamera ausgestattet, die in Richtung der zweiten Schiene ausgerichtet sind. Auch diese Referenzlagenmesseinheit ist ortsfest am Schienenfahrzeug befestigt.
Die DE 1980131 1 A1 offenbart eine schienengebundene Instandhaltungsmaschine. Diese kann zum Erfassen eines Schienenquerprofils eine Messvorrichtung verwenden, die beispielsweise Laserköpfe aufweist.
Die DE 4238034 C1 offenbart ein Verfahren zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Messkriterien.
Hierbei wird während einer kontinuierlichen Messfahrt eines Messfahrzeugs längs der Gleisstrecke senkrecht hierzu ein radial umlaufender Messstrahl ausgesendet und die reflektierenden Signale dieses Messstrahls im Bereich des Senders und/oder von der Umgebung emittierte Signale empfangen, verarbeitet und gespeichert. Weiter wird zusätzlich noch mittels eines auf dem Messfahrzeug angeordneten Navigationssystems der Ort und die Lage der Sender-/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems oder Bezugspunktes synchron gemessen und daraus die gleichen Daten ermittelt.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug zu schaffen, welche eine zuverlässige und genaue Erfassung der Fahrzeugumgebung ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den
Merkmalen der Ansprüche 1 , 8 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines
Schienenfahrzeugs. Die Vorrichtung dient hierbei insbesondere zur optischen und
berührungslosen Erfassung. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtraumprofils dienen. Der Begriff Erfassung umfasst hierbei auch den Begriff Bestimmung.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung. Die erste
Bilderfassungseinrichtung erzeugt hierbei Bilddaten.
Die Bilderfassungseinrichtung ist hierbei an einem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar. Die erste Bilderfassungseinrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Durch die erste Bilderfassungseinrichtung können Gegenstände, die sich im Erfassungsbereich befinden, abgebildet werden. Hierbei kann die erste Bilderfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung einen Bereich räumlich vor dem
Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem
Schienenfahrzeug oder seitlich des Schienenfahrzeugs erfasst werden.
Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des
Erfassungsbereichs der ersten Bilderfassungseinrichtung parallel zu einer Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
Erfindungsgemäß ist die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet. Eine 3D-Bilderfassungseinrichtung ermöglicht hierbei eine Erfassung einer Umgebung in drei Dimensionen. Somit können aus den erzeugten 3D-Bilddaten zu einem späteren Zeitpunkt 3D-lnformationen einer Fahrzeugumgebung bestimmt werden.
Insbesondere kann, im Gegensatz zu einer reinen 2D-Bilderfassungseinrichtung, auch eine Entfernung eines abzubildenden Objekts im Erfassungsbereich von der
Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.
Durch die Ausbildung der ersten Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen.
Zum einen kann eine Fahrzeugumgebung optisch zuverlässig und möglichst vollständig durch eine Erfassungseinrichtung erfasst werden. Aufgrund der Dreidimensionalität kann in einfacher Art und Weise z.B. ein Lichtraumprofil erstellt werden. Hierzu können die erzeugten Bilddaten beispielsweise mittels bekannter Verfahren der Bildverarbeitung ausgewertet werden.
So können beispielsweise Objekte in der Fahrzeugumgebung detektiert werden. Weiter können Eigenschaften, insbesondere geometrische Eigenschaften, und/oder die Position und/oder Orientierung der Objekte relativ zum Schienenfahrzeug oder, wie nachfolgend noch näher erläutert, relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem und/oder relativ zu einer Gleislage bestimmt werden. Auch kann die erste Bilderfassungseinrichtung derart am Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass ein Gleisabschnitt, insbesondere ein Gleisabschnitt räumlich vor dem
Schienenfahrzeug, im Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall können z.B. auch Schienen des Gleises in den erzeugten Abbildern detektiert werden. Auch kann auf Grundlage bzw. in Abhängigkeit der erzeugten Bilddaten, also bildbasiert, eine Gleislage, insbesondere eine Position einer Gleismitte bzw. einer Mittellinie des Gleises oder einer Schiene, bestimmt werden. Dies ermöglicht die Erfassung der Fahrzeugumgebung, insbesondere einer Position und/oder Orientierung von Objekten in der Fahrzeugumgebung, relativ zu der Gleislage.
Weitere Vorteile der 3D-Bilderfassungseinrichtung ergeben sich aus einer zeitlich schnellen Erfassung von Bilddaten, einer einfach zu implementierenden Kombinierbarkeit mit
Ausgangssignalen weiterer Sensoren, eine hohe Robustheit gegenüber Störungen, z.B. durch Umwelteinflüsse wie Verschmutzungen, insbesondere durch Laub, Staub oder Regen. Weitere Vorteile sind eine gute Erfassbarkeit von Farbinformationen und eine einfache Objektdetektion sowie eine kostengünstige Bereitstellung der 3D-Bilderfassungseinrichtung. Auch kann eine vollständige Punktewolke pro Abtastschritt des Erfassungsbereichs erzeugt werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann hierbei in vorteilhafter Weise an einer beliebigen Straßen-, U- oder Voll-Bahn angebracht werden. Die Erfassung kann in diesem Fall während einer Fahrt bzw. während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs erfolgen. Somit kann beim Betrieb eines beliebigen Schienenfahrzeugs eine Umgebung um ein Gleis herum erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere
Bilderfassungseinrichtung, wobei die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung als 2D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist. Im Gegensatz zu einer SD- Bilderfassungseinrichtung ermöglicht die 2D-Bilderfassungseinrichtung eine
zweidimensionale Abbildung einer Fahrzeugumgebung, insbesondere also eine Erfassung ohne Entfernungs- oder Tiefeninformationen.
Auch die weitere Bilderfassungseinrichtung kann hierbei an einem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar sein. Auch die weitere Bilderfassungseinrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Weiter kann die weitere Bilderfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung einen Bereich räumlich vor dem Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem Schienenfahrzeug und/oder seitlich des
Schienenfahrzeugs erfasst werden. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der weiteren Bilderfassungseinrichtung parallel zu einer Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mehrere als 2D-Bilderfassungseinrichtungen ausgebildete weitere Bilderfassungseinrichtungen. Diese können mit vorbestimmten
Positionen und/oder Orientierungen relativ zueinander und/oder relativ zu der ersten
Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein.
Vorzugweise können sich die Erfassungsbereiche der ersten Bilderfassungseinrichtung und der mindestens einen weiteren Bilderfassungseinrichtung zumindest teilweise
überschneiden. Alternativ können sich die Erfassungsbereiche aber auch nicht
überschneiden.
Durch das Vorsehen mindestens einer 2D-Bilderfassungseinrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine redundante Erfassung von Bilddaten und eine direkte, zeitlich schnell und zuverlässige Abbildung einer Szene.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Laserscan- Einrichtung. Die Laserscan-Einrichtung kann zur Erfassung eines Profils einer
Fahrzeugumgebung, insbesondere eines Profils von Objekten in der Fahrzeugumgebung, dienen. Ein Profil kann hierbei ein zwei- oder dreidimensionales Profil sein. Das Profil kann hierbei z.B. eine äußere Kontur eines Objektes repräsentieren. Die Laserscan-Einrichtung kann insbesondere eine berührungslose Erfassung des Profils ermöglichen.
Auch die Laserscan-Einrichtung kann hierbei an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an einer Front, z.B. an einer Vorderseite des Schienenfahrzeugs, anordenbar sein. Auch die Laserscan-Einrichtung kann einen Erfassungsbereich aufweisen. Weiter kann die Laserscan- Einrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Laserscan-Einrichtung einen Bereich räumlich vor dem Schienenfahrzeug erfassen kann. Zusätzlich kann auch ein Bereich über dem Schienenfahrzeug und/oder seitlich des Schienenfahrzeugs erfasst werden.
Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des
Erfassungsbereichs der Laserscan-Einrichtung parallel zu einer Längsachse des
Schienenfahrzeugs orientiert sein. Die Laserscan-Einrichtung kann mit einer vorbestimmten Position und/oder Orientierung relativ zu der ersten Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein. Vorzugweise können sich die Erfassungsbereiche der ersten Bilderfassungseinrichtung und/oder der mindestens einen weiteren Bilderfassungseinrichtung und der Laserscan-Einrichtung zumindest teilweise überschneiden. Alternativ können sich die Erfassungsbereiche aber auch nicht
überschneiden.
Durch das Vorsehen mindestens einer Laserscan-Einrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Robustheit der Erfassung gegenüber Sonneneinstrahlung, insbesondere direkter Sonneneinstrahlung. Ebenfalls ergibt sich eine Redundanz bei der optischen Erfassung. Weiter kann auch in umgebungslichtarmen Abschnitten, z.B. in Tunneln, eine zuverlässige Erfassung gewährleistet werden. Auch kann ein weiteres Fahrzeug, welches sich dem Schienenfahrzeug beispielsweise nähert, einfach durch die Laserscan-Einrichtung erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die die Laserscan-Einrichtung als
Rotationslaserscan-Einrichtung ausgebildet ist. Bei einer Rotationslaserscan-Einrichtung wird ein Laserstrahl zur Erfassung der Umgebung, insbesondere kontinuierlich, um eine Bezugsachse rotiert. Eine vollständige Rotation kann hierbei einen Rotationswinkel von 360° aufweisen. Z.B. kann die Bezugsachse der Rotationslaserscan-Einrichtung parallel zur Längsachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Der Laserstrahl kann hierbei senkrecht zur Bezugsachse orientiert sein oder einen Winkel kleiner als 90°, aber größer als 0° mit der Bezugsachse einschließen.
Durch das Vorsehen mindestens einer Rotationslaserscan-Einrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Robustheit der Erfassung gegenüber Sonneneinstrahlung, insbesondere direkter Sonneneinstrahlung. Ebenfalls ergibt sich eine Redundanz bei der optischen Erfassung. Weiter kann auch in umgebungslichtarmen Abschnitten, z.B. in Tunneln, eine zuverlässige Erfassung gewährleistet werden. Weiter wird in vorteilhafter Weise eine dreidimensionale Erfassung gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine
Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder
Orientierung des Schienenfahrzeugs. Die absolute Position kann hierbei eine Position in einem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die absolute Orientierung kann hierbei eine Orientierung in dem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise als Inertialsensor (INS) ausgebildet sein. Auch kann die Lagebestimmungseinrichtung als GNNS-Sensor ausgebildet sein. Im Sinne dieser Erfindung kann eine Lage also eine Position und/oder Orientierung bezeichnen.
Das Schienenfahrzeug kann ein Fahrzeugkoordinatensystem aufweisen. Durch die vorgeschlagene Positionsbestimmungseinrichtung kann eine relative Position und/oder Orientierung dieses Fahrzeugkoordinatensystems relativ zu dem globalen
Referenzkoordinatensystem bestimmbar sein. Hierdurch können in vorteilhafter Weise das Schienenfahrzeug und somit auch die von der ersten Bilderfassungseinrichtung, einer weiteren Bilderfassungseinrichtung und/oder der Laserscan-Einrichtung erzeugten
Profildaten bzw. Bilddaten in dem globalen Referenzkoordinatensystem verortet werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von einer Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten und/oder die von der Laserscan-Einrichtung erzeugten Profildaten z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs einer bestimmten Position in dem globalen
Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine nachträgliche Auswertung und Zuordnung dieser Profildaten bzw. Bilddaten, z.B. zu einem bestimmten Streckenabschnitt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine
Gleislagebestimmungseinrichtung. Die Gleislagebestimmungseinrichtung bezeichnet hierbei eine von der ersten Bilderfassungserfassungseinrichtung verschiedene Einrichtung zur Bestimmung oder Erfassung der Gleislage. Die Gleislagebestimmungseinrichtung dient zur Bestimmung einer Lage des Gleises, insbesondere einer oder beider Schienen des Gleises, relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem. Eine Gleislage kann z.B. eine Position und/oder Orientierung einer Gleismitte bzw. einer Mittellinie des Gleises bezeichnen.
Die Gleislagebestimmungseinrichtung kann hierbei ebenfalls am Schienenfahrzeug befestigbar sein, insbesondere an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, weiter insbesondere an einer Unterseite des Schienenfahrzeugs.
Hierdurch können in vorteilhafter Weise von einer Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten und/oder die von der Laserscan-Einrichtung erzeugten Profildaten, z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs, einer bestimmten Position relativ zur Gleislage, z.B. relativ zu einem Gleiskoordinatensystem, zugeordnet werden können. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung
mindestens eine Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene des Gleises. Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, insbesondere relativ zum Schienenfahrzeug, bewegbar ist.
Die Profilerfassungseinrichtung ist hierbei jedoch eine von der vorhergehend erläuterten Laserscan-Einrichtung verschiedene Einrichtung, insbesondere eine baulich davon getrennt ausgebildete Einrichtung. Ein Profil kann hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert, insbesondere ein zweidimensionales Profil sein. Das Profil kann hierbei z.B. eine äußere Kontur der Schiene repräsentieren. Das Profil ist vorzugsweise ein Querprofil der Schiene, wobei das Querprofil in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Schiene angeordnet ist, erfasst wird. Die Profilerfassungseinrichtung kann insbesondere eine optische Profilerfassungseinrichtung sein. Somit kann die Profilerfassungseinrichtung eine berührungslose Erfassung des Profils ermöglichen.
Die Positioniereinrichtung kann hierbei insbesondere einen ortsfesten Teil und einen relativ zum ortsfesten Teil beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, z.B. einen Schlitten, umfassen. Die Profilerfassungseinrichtung kann auf oder an der Positioniereinrichtung, insbesondere auf oder an dem beweglichen Teil, befestigt sein. Hierbei kann die
Profilerfassungseinrichtung lösbar oder unlösbar an der Positioniereinrichtung befestigt sein.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein. Die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, kann an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, weiter insbesondere an einer Unterseite des
Schienenfahrzeugs, befestigbar sein. Hierzu kann die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, mindestens ein Befestigungsmittel aufweisen. Die Positioniereinrichtung kann hierbei vorzugsweise derart am Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung mit einer gewünschten, insbesondere geradlinigen, Bewegung entlang einer Trajektorie bewegbar ist, die parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs orientiert ist. Insbesondere kann die mindestens eine
Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegbar sein. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass die Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mehrere Positioniereinrichtungen entlang mehrerer, insbesondere geradliniger, Trajektorien bewegbar ist. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass eine Orientierung der Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mindestens eine weitere Positioniereinrichtung veränderbar ist.
Die Positioniereinrichtung kann hierbei mindestens ein Mittel zur Erzeugung von
Antriebsenergie umfassen. Das Mittel kann beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor oder ein
Asynchronmotor, sein. Weiter kann die Positioniereinrichtung mindestens ein Mittel zur Bewegungsführung umfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens ein
Führungsmittel zur Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtung entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie umfassen. Das Führungsmittel kann beispielsweise eine Lagereinrichtung sein oder eine solche umfassen. Das Führungsmittel kann
insbesondere eine Linearführung ermöglichen. Z.B. kann die Lagereinrichtung
beispielsweise eine Gleitführung, eine Wälzführung, eine Schienenführung, eine
Wellenführung ermöglichen. Weiter kann die Positioniereinrichtung auch ein Mittel zur Übertragung von Antriebsenergie umfassen. Beispielsweise kann die Positioniereinrichtung mindestens einen Seilzug umfassen, wobei über den Seilzug Antriebsenergie von dem Mittel zur Erzeugung von Antriebsenergie auf den beweglichen Teil übertragbar ist.
Die Positioniereinrichtung kann z.B. als Lineareinheit ausgebildet sein, wobei der Begriff Lineareinheit den ortsfesten Teil, den beweglichen Teil sowie das Mittel zur Erzeugung und/oder Übertragung von Antriebsenergie umfasst.
Die Profilerfassungseinrichtung kann hierbei einen Erfassungsbereich, insbesondere einen zweidimensionalen Erfassungsbereich, aufweisen, wobei ein Profil von Gegenständen, die sich im Erfassungsbereich befinden, von der Profilerfassungseinrichtung erfasst wird. Somit können Profildaten erzeugt werden, die das Profil eines Gegenstandes repräsentieren oder kodieren. Durch eine Veränderung der Position und/oder Orientierung der
Profilerfassungseinrichtung, z.B. relativ zur Positioniereinrichtung, kann auch eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden.
Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Profilerfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet bzw. an diesem befestigt werden, dass der
Erfassungsbereich zumindest einen Teilbereich unterhalb des Schienenfahrzeugs abdeckt. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des
Erfassungsbereichs parallel zu einer Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können durch die Profilerfassungseinrichtung Gegenstände unterhalb des
Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden. Der bewegliche Teil kann hierfür in Vertikalrichtung unterhalb des ortsfesten Teils angeordnet sein. Die Vertikalrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeughochachse orientiert sein. Die Vertikalrichtung kann von unten nach oben orientiert sein, wenn sie von einem Fahrzeugboden hin zu einem Fahrzeugdach orientiert ist. In diesem Fall kann die Vertikalrichtung auch entgegen einer Richtung der Gravitationskraft orientiert sein.
Es ist z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Vertikalrichtung unterhalb eines Mittels zur Bewegungsführung angeordnet ist. Das Mittel zur Bewegungsführung kann hierbei an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an der Unterseite, befestigt sein. An dem Schlitten kann z.B. die Profilerfassungseinrichtung direkt oder indirekt befestigt sein.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises reduziert werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit hochliegenden Böden vorteilhaft ist.
Alternativ oder kumulativ ist es z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Längsrichtung vor oder hinter dem ortsfesten Teil, insbesondere vor oder hinter einem Mittel zur Bewegungsführung angeordnet ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein
gewünschter Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises gewährleistet werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit niedrigliegenden Böden vorteilhaft ist.
Die Längsrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeuglängsachse orientiert sein. Die Längsrichtung kann von hinten nach vorne orientiert sein, wenn diese von einem
Fahrzeugheck zu einer Fahrzeugfront orientiert ist. Die vorhergehend erläuterte
Fahrzeugquerachse kann senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und senkrecht zur
Fahrzeughochachse orientiert sein.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der
Profilerfassungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Positioniereinrichtung relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung Profildaten für zumindest eine Schiene des Gleises erzeugt werden können. In Abhängigkeit der Profildaten kann dann eine Position und/oder Orientierung des Gleises relativ zu der Profilerfassungseinrichtung und somit auch zur Positioniereinrichtung bestimmt werden. Dies wiederum ermöglicht die Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Gleises relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem.
Die durch die Profilerfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Profildaten ermöglichen hierbei jedoch nicht nur eine Bestimmung der Gleislage. Vielmehr kann in Abhängigkeit der Profildaten auch mindestens eine Eigenschaft des Gleises bestimmt werden. Eine Eigenschaft des Gleises kann z.B. eine Eigenschaft einer Schiene des Gleises oder beider Schienen des Gleises sein. Somit kann die Vorrichtung auch zur Schienenmessung dienen. Eine Eigenschaft des Gleises kann ein Verschleiß des Gleises sein, der z.B. durch einen Vergleich eines Ist-Profils des Gleises mit einem Soll-Profil des Gleises bestimmt werden kann. Eine weitere Eigenschaft kann eine Spurweite des Gleises sein. Eine weitere Eigenschaft kann eine Gleisüberhöhung sein, die z.B. einen relativen Höhenunterschied zwischen einer ersten und einer weiteren Schienenoberfläche des Gleises bezeichnen kann. Eine weitere Eigenschaft kann ein Bogenradius des Gleises bzw. eine Vertikalkrümmung sein. Eine weitere Eigenschaft kann ein Gradient des Gleises sein, durch den z.B. eine Steigung oder ein Gefälle des Gleises repräsentiert werden kann. Auch kann die Eigenschaft ein Schienenprofil, insbesondere ein Schienenquerprofil, sein. Somit kann die mindestens eine Eigenschaft eine geometrische Eigenschaft des Gleises sein oder eine in Abhängigkeit mindestens einer geometrischen Eigenschaft bestimmbare weitere
Eigenschaft.
Somit umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises, die an einem beliebigen Schienenfahrzeug, insbesondere an dessen Unterseite, befestigbar ist und die Erfassung der Eigenschaft während eines Stillstandes oder während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
Die Bewegbarkeit der Profilerfassungseinrichtung durch die mindestens eine
Positioniereinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch während oder nach einer Veränderung einer relativen Lage des Schienenfahrzeugs zum Gleis eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, insbesondere durch die Positioniereinrichtung, derart verändert werden kann, dass sich das Gleis, insbesondere eine Schiene, weiter im Erfassungsbereich der Profilerfassungseinrichtung befinden. Fährt das Schienenfahrzeug z.B. durch eine Kurve und verändert sich aufgrund dessen die relative Lage zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einem Gleis der Schiene, so kann eine Position der
Profilerfassungseinrichtung derart verändert bzw. nachgeführt werden, dass sich die Schiene weiterhin im Erfassungsbereich befindet, insbesondere diesen nicht verlässt. Dies kann insbesondere durch die vorhergehend erläuterte Bewegung parallel zu einer Fahrzeugquerachse erreichte werden.
Insbesondere können durch die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft
unerwünschte Veränderungen der Eigenschaft detektiert werden, beispielsweise durch einen Abgleich der bestimmten Eigenschaft mit einer gewünschten Soll-Eigenschaft.
Somit wird in vorteilhafter Weise in universelles, flexibles Messsystem geschaffen, welches eine kontinuierliche und genaue Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises ermöglicht und welches an beliebigen Schienenfahrzeugen befestigbar ist, wodurch eine verbesserte Überwachung dieser Eigenschaften möglich ist.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung umfassen. Auch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung kann an der
Positioniereinrichtung, insbesondere an einem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein. Somit kann auch die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, beispielsweise entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie, bewegbar sein. Die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung kann hierbei lösbar oder unlösbar an der
Positioniereinrichtung befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu der
Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein.
Entsprechend der Profilerfassungseinrichtung kann auch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung einen Erfassungsbereich aufweisen. Durch die
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung können Gegenstände, die sich im Erfassungsbereich befinden, abgebildet werden. Somit können also Abbilder oder Bilddaten dieser Gegenstände erzeugt werden. Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung einen Bereich unterhalb des Schienenfahrzeuges erfassen kann. Insbesondere kann auch eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung parallel zu einer
Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können auch durch die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung Gegenstände unterhalb des Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden.
Vorzugsweise können die Profilerfassungseinrichtung und die Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich die Erfassungsbereiche zumindest teilweise überlappen.
Eine relative Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung und somit auch eine relative Position und/oder Orientierung deren Erfassungsbereiche zueinander können hierbei vorbekannt oder bestimmbar sein. Insbesondere können ein Koordinatensystem der
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und ein Koordinatensystem der Profilerfassungseinrichtung zueinander registriert sein. Z.B. kann eine relative Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Koordinatensystem der
Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. In diesem Fall kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Koordinatensystem der
Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmt sein. In diesem Fall kann auch die Position und/oder Orientierung der Koordinatensysteme der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung bekannt oder bestimmbar sein.
Es ergibt sich in vorteilhafter Weise eine redundante optische und somit berührungslose Erfassung der Eigenschaft des Gleises. Z.B. kann eine Erfassung der mindestens einen Eigenschaft, insbesondere des Profils der Schiene, durch die Profilerfassungseinrichtung durch Umgebungsbedingungen, beispielsweise durch Laub auf der Schiene, gestört sein. In diesem Fall kann die mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von durch die
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Abbildern bestimmt werden.
Alternativ oder kumulativ kann durch die Auswertung der von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Abbilder eine Genauigkeit der Bestimmung der Eigenschaft des Gleises, insbesondere eine Genauigkeit der Bestimmung der räumlichen Lage einer Schiene, verbessert werden. Beispielsweise können in Abbildern, die von der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugt werden, Kanten der Schiene detektiert werden. Auch können in Profildaten, die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugt werden, diese Kanten der Schiene detektiert werden. Weiter kann jeweils eine Lage dieser Kanten relativ zu dem Koordinatensystem der
Positioniereinrichtung bestimmt werden. Weichen diese relativen Lagen um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann beispielsweise nur die aus den Profildaten bestimmte Lage oder nur die aus Bilddaten bestimmte Lage zur Bestimmung der Gleislage und/oder der mindestens einen Eigenschaft des Gleises verwendet werden. Allerdings kann in Abhängigkeit der jeweils bestimmten Eigenschaft, insbesondere der vorhergehend erläuterten relativen Lagen, auch eine fusionierte Eigenschaft, insbesondere Lage, bestimmt werden. Eine fusionierte Eigenschaft kann z.B. durch eine Mittelwertbildung oder durch eine gewichtete Mittelwertbildung bestimmt werden. Auch kann eine fusionierte Lage durch geeignete Schätzverfahren, beispielsweise durch ein Kaiman-Filter-Verfahren, bestimmt werden. Selbstverständlich sind aber noch weitere Verfahren zur Fusionierung vorstellbar. Somit erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Genauigkeit bei der Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine
Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs umfassen. Diese
Lagebestimmungseinrichtung kann hierbei der vorhergehend erläuterten
Lagebestimmungseinrichtung entsprechen. Selbstverständlich kann die
Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung auch von der vorhergehend erläuterten Lagebestimmungseinrichtung verschieden sein, beispielsweise ein baulich getrennt ausgebildetes Bauteil. In diesem Fall weist jedoch die
Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung die gleiche
Funktionalität wie die vorhergehend erläuterte Lagebestimmungseinrichtung auf.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise das Schienenfahrzeug und somit auch die von der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Profildaten bzw. Bilddaten in dem globalen Referenzkoordinatensystem verortet werden. Hierfür kann eine relative Position und/oder Orientierung des Koordinatensystems der Positioniereinrichtung relativ zum
Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sein. Beispielsweise kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, die Gleislagebestimmungseinrichtung eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung, insbesondere auch der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung, relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem umfassen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Bilddaten z.B. nach einer Fahrt des
Schienenfahrzeugs einer bestimmten Position in dem globalen Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine nachträgliche Auswertung und Zuordnung dieser Profildaten bzw. Bilddaten, z.B. zu einem bestimmten Streckenabschnitt.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine weitere
Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder
Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu dem Schienenfahrzeug umfassen. Die weitere Lagebestimmungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung ermöglicht eine
Bestimmung der relativen Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem des Schienenfahrzeugs. Beispielsweise kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Abstands der Profilerfassungseinrichtung und/oder der
Positioniereinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung von einem Referenzpunkt oder einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs umfassen. Die mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung kann z.B. als optischer Abstandssensor ausgebildet sein. Im Falle, dass die
Positioniereinrichtung einen Seilzug zum Antrieb des beweglichen Teils umfasst, kann die Abstandserfassungseinrichtung auch als Seilzugwegaufnehmereinrichtung ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist eine relative Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung und/oder Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar. In diesem Fall kann die mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug dienen. Insgesamt ist es somit möglich, von der Profilerfassungseinrichtung erzeugte Profildaten und/oder von der
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugte Bilddaten einer bestimmten Position und/oder Orientierung im Fahrzeugkoordinatensystem und somit gegebenenfalls in einem globalen Referenzkoordinatensystem zuzuordnen. Selbstverständlich kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Speichereinrichtung aufweisen, wobei die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung erzeugten Bilddaten und gegebenenfalls Informationen zu einer räumlichen Position und/oder Orientierung dieser Daten in einem der vorhergehend beschriebenen Koordinatensysteme speicherbar sind.
Bevorzugt ist die Profilerfassungseinrichtung als zweidimensionale
Profilerfassungseinrichtung ausgebildet. Somit ist insbesondere kein dreidimensionales Profil durch die Profilerfassungseinrichtung erzeugbar. So ist es z.B. möglich, aus
zweidimensionale Profildaten, die zu verschiedenen, insbesondere aufeinander folgenden Zeitpunkten, erzeugt wurden, dreidimensionale Profildaten zu erzeugen.
Insbesondere kann die Profilerfassungseinrichtung derart am Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass das zweidimensionale Profil in einer Ebene senkrecht zu einer
Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Bevorzugt ist die zweidimensionale
Profilerfassungseinrichtung als Laserscanner ausgebildet. Der Laserscanner ist hierbei jedoch ein von der vorhergehend erläuterten Laserscan-Einrichtung verschiedene
Einrichtung, insbesondere eine baulich separat davon ausgebildete Einrichtung. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache und zuverlässige Erfassung des Profils.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens eine Beleuchtungseinrichtung umfassen. Hierbei kann die Beleuchtungseinrichtung ebenfalls durch die
Positioniereinrichtung bewegbar sein. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung an der Positioniereinrichtung befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Beleuchtungseinrichtung relativ zur
Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei beispielsweise derart an der Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, angeordnet sein, dass die
Beleuchtungseinrichtung zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten
Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtung bzw. der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung ausleuchtet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte optische Erfassung des Profils der mindestens einen Schiene.
Weiter kann die Gleislagebestimmungseinrichtung mindestens ein Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung umfassen. Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung dient hierbei insbesondere zur Führung und/oder Formung eines von der
Profilerfassungseinrichtung ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Lichtstrahles, insbesondere eines ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Laserstrahls. Ein
ausgestrahlter Lichtstrahl kann auch als emmitierter Lichtstrahl und ein zu empfangender Lichtstrahl kann auch als immitierender Lichtstrahl bezeichnet werden.
Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung kann hierbei an der
Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar.
Bevorzugt ist eine Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung relativ zur Positioniereinrichtung und somit auch eine Strahlrichtung veränderbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch das Mittel zur
Strahlführung und/oder Strahlformung die räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs der Profilerfassungseinrichtung verändert werden kann. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Bauraum der Gleislagebestimmungseinrichtung minimiert werden kann, da die Profilerfassungseinrichtung nicht zwingend derart an der Positioniereinrichtung anzuordnen ist, dass der Erfassungsbereich in dieser Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung bereits derart ausgerichtet ist, dass die mindestens eine Schiene des Gleises erfassbar ist. Vielmehr kann durch das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung eine räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden, wodurch z.B. eine Höhe der
Gleislagebestimmungseinrichtung in Vertikalrichtung unterhalb des Schienenfahrzeugs verringert werden kann.
Ist/sind die Lage(n) oder die Orientierung(en) der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und/oder des Mittels zur Strahlführung/Strahlformung und/oder der mindestens einen Beleuchtungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar, so kann eine Veränderung manuell, beispielsweise durch manuelle Betätigung durch Bedienpersonal, oder aktorgestützt erfolgen. So ist es z.B. vorstellbar, dass die Position und/oder Orientierung relativ zur Positioniereinrichtung vor Betrieb der Gleislagebestimmungseinrichtung, insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs, manuell eingestellt wird, wobei die Position und/oder Orientierung während des Betriebes unverändert bleibt. Dies betrifft insbesondere die Einstellung einer Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, der
Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung und der
Beleuchtungseinrichtung. Alternativ oder kumulativ kann die Position und/oder Orientierung auch während des Betriebs der Gleislagebestimmungseinrichtung, insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs, verändert werden, insbesondere aktorgestützt verändert werden. Dies betrifft insbesondere die Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung.
Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung mindestens zwei der beschriebenen Gleislagebestimmungseinrichtungen. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen können hierbei derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtungen der Gleislagebestimmungseinrichtungen nicht überschneiden.
Insbesondere können die Gleislagebestimmungseinrichtungen derart an einem
Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass eine erste Schiene eines Gleises für das
Schienenfahrzeug durch die Profilerfassungseinrichtung einer ersten
Gleislagebestimmungseinrichtung und eine weitere Schiene des Gleises durch die
Profilerfassungseinrichtung einer weiteren Gleislagebestimmungseinrichtung erfassbar ist.
Weiter insbesondere können die Gleislagebestimmungseinrichtungen mit einem, insbesondere veränderbaren, Abstand zueinander am Schienenfahrzeug angeordnet sein, wobei der Abstand entlang einer Fahrzeugquerrichtung gemessen wird. Z.B. können die Gleislagebestimmungseinrichtungen entlang einer Geraden parallel zur
Fahrzeugquerrichtung beabstandet zueinander angeordnet sein. Dies ermöglicht insbesondere eine spurweitenunabhängige Erfassung einer Gleislage.
Z.B. kann eine Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtungen beider
Gleislagebestimmungseinrichtungen durch ein gemeinsames Führungsmittel oder durch voneinander verschiedene Führungsmittel erfolgen.
Weiter vorgeschlagen wird ein Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug mindestens eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Die Vorrichtung, insbesondere die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung, die Laserscan-Einrichtung und/oder die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung ist/sind an dem Schienenfahrzeug befestigt.
Hierbei kann/können die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung und/oder die Laserscan-Einrichtung in einem Frontbereich, insbesondere an einer Vorderseite, des Schienenfahrzeugs befestigt. Alternativ kann/können die erste Bilderfassungseinrichtung, die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung und/oder die Laserscan-Einrichtung in einem Heckbereich, insbesondere an einer
Hinterseite, des Schienenfahrzeugs befestigt sein.
Die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung kann an einer Unterseite, insbesondere an einer Unterseite eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs befestigt sein. Hierbei kann ein ortsfester Teil der Positioniereinrichtung an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, wobei ein beweglicher Teil in diesem Fall gegenüber dem ortsfesten Teil und somit gegenüber dem Schienenfahrzeug bewegbar ist. Insbesondere kann die mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die Profilerfassungseinrichtung parallel zu einer Fahrzeugquerachse, insbesondere entlang einer geradlinigen Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerachse, bewegbar ist.
Eine Lage der ersten Bilderfassungseinrichtung, der mindestens einen weiteren
Bilderfassungseinrichtung, der Laserscan-Einrichtung und/oder der mindestens einen Gleislagebestimmungseinrichtung relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem kann hierbei vorbekannt oder bestimmbar sein. Auch kann die Lage fest oder veränderlich sein.
Weiter kann das Schienenfahrzeug zwei Gleislagebestimmungseinrichtungen umfassen. Hierbei kann eine erste Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der ersten
Gleislagebestimmungseinrichtung ein Profil der ersten Schiene erfassbar ist und/oder mindestens eine Eigenschaft einer ersten Schiene eines Gleises durch die erste
Gleislagebestimmungseinrichtung bestimmbar ist. Entsprechend kann die weitere
Gleislagebestimmungseinrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der weiteren Gleislagebestimmungseinrichtung ein Profil der weiteren Schiene erfassbar ist und/oder mindestens eine Eigenschaft einer weiteren Schiene des Gleises durch die weitere Gleislagebestimmungseinrichtung bestimmbar ist.
Auf Grundlage der Profile beider Schienen kann in einfacher Art und Weise eine Position und/oder Orientierung der Gleismitte bestimmt werden, insbesondere wenn eine relative Position und/oder Orientierung beider Positioniereinrichtungen bzw. beider
Profilerfassungseinrichtungen und/oder Bilderfassungseinrichtungen zueinander, beispielsweise im Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sind. Die Position und/oder Orientierung der Gleismitte kann dann, wie vorhergehend bereits erläutert, relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen
Referenzkoordinatensystem bestimmt und gespeichert werden.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Fahrzeugumgebung durch mindestens eine erste
Bilderfassungseinrichtung abgebildet wird. Dies kann bedeuten, dass entsprechende
Bilddaten erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet.
Das vorgeschlagene Verfahren ist hierbei insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen durchführbar.
Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der erzeugten Bilddaten und/oder
Profildaten relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter können die Profildaten und
gegebenenfalls die zugehörigen Informationen bezüglich der Position und/oder Orientierung in einem der vorhergehend genannten Koordinatensysteme gespeichert werden, z.B. in einer Speichereinrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine Gleislage eines Gleises für das Schienenfahrzeug bestimmt.
Dies kann insbesondere durch die vorhergehend beschriebene mindestens eine
Gleislagebestimmungseinrichtung erfolgen. Hierbei erfasst eine Profilerfassungseinrichtung ein Profil mindestens einer Schiene des Gleises. In diesem Fall kann auch mindestens eine Eigenschaft des Gleises bestimmt werden. Z.B. kann die mindestens eine
Profilerfassungseinrichtung vor und/oder während und/oder nach der Erfassung des Profils durch eine Positioniereinrichtung bewegt werden. Insbesondere kann die
Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs, bewegt werden. Hierbei kann die Profilerfassungseinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegt werden. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der erzeugten Profildaten relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung oder relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen
Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter können die Profildaten und gegebenenfalls die zugehörigen Informationen bezüglich der Position und/oder Orientierung in einem der vorhergehend genannten Koordinatensysteme gespeichert werden.
Weiter können die Profildaten derart ausgewertet werden, dass mindestens eine der eingangs erläuterten Eigenschaften des Gleises bestimmt wird. Auch kann eine Prüfung der Eigenschaft durch Abgleich der erfindungsgemäß bestimmten Eigenschaft mit einer vorbestimmten Soll-Eigenschaft erfolgen.
Die bestimmte Eigenschaft oder eine Abweichung, insbesondere eine unerwünschte Abweichung, kann beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung einem Fahrzeugführer und/oder Wartungspersonal angezeigt werden.
Z.B. kann die Vorrichtung mindestens eine Kommunikationseinrichtung, beispielsweise eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtung, aufweisen. Diese kann z.B. zum Übertragen der Profildaten, von Informationen zur Position und/oder Orientierung und/oder weiterer Informationen dienen. Weiter ist vorstellbar, dass die Vorrichtung bereits eine Auswerteeinrichtung umfasst, die zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft ausgebildet ist. In diesem Fall kann auch die bestimmte Eigenschaft und gegebenenfalls eine unerwünschte Abweichung über die Kommunikationseinrichtung übertragen werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs, und
Fig. 3 eine schematische Detailansicht einer Gleislagebestimmungseinrichtung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In Fig. 1 ist eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit zwei
Gleislagebestimmungseinrichtungen 1 a, 1 b dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur die Positioniereinrichtungen 1 1 und insbesondere deren ortsfeste Teile 1 1 a und beweglichen Teile 1 1 b dargestellt sind. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen 1 a, 1 b sind hierbei entlang einer Fahrzeugquerrichtung yf auf gegenüberliegenden Seiten des
Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet. Die Ausbildung der
Gleislagebestimmungseinrichtungen 1 a, 1 b ist detailliert in Fig. 3 dargestellt und in der entsprechenden Beschreibung beschrieben. Die Gleislagebestimmungseinrichtungen 1 a, 1 b sind hierbei Teil einer Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des
Schienenfahrzeugs 4.
Weiter dargestellt sind Räder 17 des Schienenfahrzeugs 4, die auf Schienen 3 laufen. Die Räder 17 können hierbei an einem Drehgestell 18 (siehe Fig. 2) des Schienenfahrzeugs 4 befestigt sein. Fährt das Schienenfahrzeug 4 eine Kurve, so verändert sich zumindest die relative Lage zwischen einem Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs 4 und den Gleisen 3. Um zu verhindern, dass durch diese Veränderung der relativen Lage die Gleise 3 aus den Erfassungsbereichen 5 der Laserscanner 6 und den Erfassungsbereichen 7 der Kameras 6 der Gleislagebestimmungseinrichtungen 1 a, 1 b herausbewegen, können die Laserscanner 2 und die Kamera 6 der jeweiligen Vorrichtungen 1 durch die Positioniereinrichtungen 1 1 derart bewegt werden, dass die Schienen 3 in den Erfassungsbereichen 5, 7 verbleiben oder erneut in diese hineinbewegt werden.
Hierbei dient eine erste Gleislagebestimmungseinrichtung 1 a zur Erfassung einer ersten Schiene 3a und eine weitere Gleislagebestimmungseinrichtung 1 b zur Erfassung einer weiteren Schiene 3b.
Die Erfassung der Profile sowohl der ersten Schiene 3a als auch der weiteren Schiene 3b ermöglicht weiterhin die Erfassung einer Position und/oder Orientierung einer Gleismitte, insbesondere einer Mittellinie zwischen den Gleisen 3. Diese Gleismitte bzw. Mittellinie kann als Referenzpunkt bzw. Referenzlinie für eine Lichtraummessung durch weitere Systeme, insbesondere durch weitere Erfassungseinrichtungen der Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des Schienenfahrzeugs 4, dienen. Auch kann aber eine Mittellinie einer Schiene 3a, 3b des Gleises 3 als Referenzlinie dienen. Selbstverständlich kann die Position und Orientierung der Gleismitte entsprechend den vorhergehenden Ausführungen ebenfalls relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt und gegebenenfalls gespeichert werden.
Weiter dargestellt ist die Vorrichtung 19 zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung des Schienenfahrzeugs 4. Die Vorrichtung 19 umfasst eine 3D-Bilderfassungseinrichtung, die als Stereokamerasystem ausgebildet ist, wobei das Stereokamerasystem eine erste 2D-Kamera des Stereokamerasystems 20a und eine weitere 2D-Kamera 20b des Stereokamerasystems umfasst. Schematisch ist ein Erfassungsbereich 21 der 3D-Bilderfassungseinrichtung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Erfassungsbereich 21 zumindest einen Teil der Fahrzeugumgebung, der sich räumlich vor dem und seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet, umfasst. Weiter umfasst die Vorrichtung 19 eine Rotationslaserscan-Einrichtung 22. Ein von dieser Rotationslaserscan-Einrichtung 22 erzeugter Laserstrahl 23 (siehe Fig. 2) zur Abtastung der Fahrzeugumgebung rotiert hierbei um eine Achse, die parallel zu einer
Fahrzeuglängsrichtung xf (siehe Fig. 2) orientiert ist. Eine Richtung des Laserstrahls 23 kann auch Anteile in Fahrzeuglängsrichtung xf enthalten. Ein nicht dargestellter Erfassungsbereich der Rotationslaserscan-Einrichtung 22 umfasst ebenfalls zumindest einen Teil der
Fahrzeugumgebung, der sich räumlich vor dem und seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet.
Weiter umfasst die Vorrichtung 19 eine erste 2D-Kamera 24 und eine weitere 2D-Kamera 25, wobei schematisch Erfassungsbereiche 26, 27 dieser 2D-Kameras 24, 25 dargestellt sind. Die Erfassungsbereiche 26, 27 der 2D-Kameras 24, 25 umfassen jeweils zumindest einen Teil der Fahrzeugumgebung, der sich seitlich des Schienenfahrzeugs 4 befindet, wobei die Erfassungsbereiche 26, 27 verschiedene Seitenbereiche des Schienenfahrzeugs 4 umfassen.
Es ist dargestellt, dass die 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, die
Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und die 2D-Kameras 24, 25 an einer Fahrzeugfront des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet sind. Insbesondere sind die 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, die Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und die 2D-Kameras 24, 25 im Dachbereich des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet.
Weiter dargestellt ist die Fahrzeugquerrichtung yf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf, die ein Fahrzeugkoordinatensystem ausbilden.
Weiter dargestellt ist eine Inertialeinheit 16 zur globalen Referenzierung eines
Fahrzeugkoordinatensystems und somit auch der Position und Orientierung der 2D-Kameras 20a, 20b des Stereokamerasystems, der Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und der 2D- Kameras 24, 25 der von diesen erzeugten Profildaten und Bilddaten.
In Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 19 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass Räder 17 an einem Drehgestell 18 angeordnet sind. Die Räder 17 laufen auf Schienen 3. An einer Unterseite 15 eines Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 ist eine
Gleislagebestimmungseinrichtung 1 mit einer Positioniereinrichtung 1 1 , die einen ortsfesten Teil 1 1 a und einen beweglichen Teil 1 1 b aufweist, angeordnet. Die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 kann hierbei wie die in Fig. 3 beschriebene Gleislagebestimmungseinrichtung 1 ausgebildet sein. Weiter dargestellt ist eine
Fahrzeuglängsrichtung xf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf.
Weiter dargestellt ist eine Vorrichtung 19 zur Erfassung der Fahrzeugumgebung um das Schienenfahrzeug 4 herum, wobei nur eine Rotationslaserscan-Einrichtung 22 und ein exemplarischer von der Rotationslaserscan-Einrichtung emittierter Laserstrahl 23 dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 19 ermöglicht die Bestimmung einer Gleismitte sowie die Bestimmung eines Lichtraumprofils. Somit ist die Bestimmung der Informationen zum verfügbaren lichten Raum relativ zu der Gleismitte möglich.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Gleislagebestimmungseinrichtung 1 dargestellt. Die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 umfasst eine als zweidimensionalen Laserscanner 2 ausgebildete Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Querprofils einer Schiene 3 eines Gleises für ein Schienenfahrzeug 4. Schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine als
Kamera 6 ausgebildete Bilderfassungseinrichtung der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 . Ebenfalls schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 7 der Kamera 6. Die
Gleislagebestimmungseinrichtung 1 umfasst weiter zwei Beleuchtungseinrichtungen 8, wobei schematisch ebenfalls Beleuchtungsbereiche 9 der Lichtquellen dargestellt sind. Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 einen Abstandssensor 10.
Weiter dargestellt ist ein Spiegel 13 zur Führung der von dem Laserscanner 2 ausgestrahlten und zu empfangenden Lichtstrahlen. Auch der Spiegel 13 ist am beweglichen Teil 1 1 b, insbesondere im Gehäuse 12, angeordnet.
Der Spiegel 13 bildet hierbei das vorhergehend beschriebene Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung aus. Der Spiegel 13 kann hierbei insbesondere verschiebbar, also mit einer oder mehreren Translationsbewegungen bewegbar, und verdrehbar, also mit einer oder mehreren Rotationsbewegungen bewegbar, sein.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Laserscanner 2 derart anzuordnen, dass dieser mit seinem Erfassungsbereich 7 nicht hin zur Schiene 3, sondern quer zur Schiene 3 ausgerichtet ist. Hierdurch kann ein Bauraum der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 , insbesondere eine Höhe entlang einer Vertikalrichtung zf des Schienenfahrzeugs 4, minimiert werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Positioniereinrichtung 1 1 . Die Positioniereinrichtung 1 1 umfasst einen ortsfesten Teil 1 1 a und einen relativ zum ortsfesten Teil 1 1 a bewegbaren beweglichen Teil 1 1 b. Der bewegliche Teil 1 1 b kann über einen beweglichen Schnitten am ortsfesten Teil 1 1 c befestigt sein. Der bewegliche Teil 1 1 b umfasst ein Gehäuse 12 oder weist dieses auf. Der bewegliche Teil 1 1 b kann weiter eine Trägereinrichtung umfassen bzw. ausbilden. Somit kann das Gehäuse 12 auch als Trägergehäuse bezeichnet werden. Am beweglichen Teil 1 1 b, insbesondere innerhalb des Gehäuses 12, ist der Laserscanner 2, die Kamera 6, die Beleuchtungseinrichtungen 8 sowie der Abstandssensor 10 angeordnet. Selbstverständlich ist eine Anordnung des Abstandssensors 10 außerhalb des
Trägergehäuses 12 denkbar. Hierbei kann zumindest ein Teil des Abstandssensors 10 außerhalb einer Außenwand des Trägergehäuses 12 angeordnet sein.
Das Gehäuse 12 kann hierbei entsprechende Öffnungen, insbesondere an einer Unterseite des Gehäuses 12 aufweisen, um die Erfassung und/oder Beleuchtung einer Schiene 3 aus dem Gehäuse 12 heraus, also aus einem Innenvolumen des Gehäuses 12, zu ermöglichen.
Es ist dargestellt, dass der Laserscanner 2 und die Kamera 6 derart an der
Positioniereinrichtung 1 1 befestigt sind, dass sich die Erfassungsbereiche 5, 7
überschneiden und jeweils die Schiene 3 umfassen. Die Beleuchtungseinrichtungen 8 sind hierbei derart an der Positioniereinrichtung 1 1 angeordnet, dass die Beleuchtungsbereiche 9 sich ebenfalls mit den Erfassungsbereichen 5, 7 überschneiden und somit die Schiene 3 ausleuchten.
Nicht dargestellt ist ein Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 1 1 , welches z.B.
ortsfest relativ zum beweglichen Teil 1 1 b angeordnet sein kann. Eine Position und/oder Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der Beleuchtungseinrichtungen 8 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 1 1 kann hierbei einstellbar sein. Insbesondere kann eine gewünschte Position und/oder Orientierung zeitlich vor einem Betrieb der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 , insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs 4, eingestellt werden, wobei während des Betriebes der
Gleislagebestimmungseinrichtung 1 diese Position und/oder Orientierung unverändert bleibt.
Auch eine Position und/oder Orientierung des Spiegels 13 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 1 1 kann hierbei veränderlich, insbesondere aktorgestützt veränderbar, sein. Eine Veränderung kann hierbei insbesondere auch während eines Betriebs der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 , insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere während eines Betriebs des Laserscanners 2 erfolgen.
Der ortsfeste Teil 1 1 a der Positioniereinrichtung 1 1 kann beispielsweise Teile eines
Linearantriebes umfassen, insbesondere einen Schrittmotor zum Antrieb des beweglichen Teils 1 1 b. Weiter kann die Positioniereinrichtung Führungsmittel zur Linearführung des beweglichen Teils 1 1 b relativ zum ortsfesten Teil 1 1 a umfassen oder ausbilden. Somit wird durch die Positioniereinrichtung 1 1 ein Linearantrieb bereitgestellt.
Es ist dargestellt, dass die Positioniereinrichtung 1 1 , insbesondere der ortsfeste Teil 1 1 a, an einem Wagenkasten 14, insbesondere an einer Unterseite des Wagenkastens 14, des Schienenfahrzeugs 4 befestigt ist.
Weiter dargestellt ist ein Fahrzeugkoordinatensystem, wobei eine Fahrzeugquerrichtung yf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf dargestellt ist. Eine Fahrzeuglängsrichtung xf (siehe Fig. 2) ist in Fig. 1 orthogonal zur Zeichenebene orientiert und auf einen Betrachter zu orientiert. Die Positioniereinrichtung 1 1 ist hierbei derart ausgebildet und an dem
Schienenfahrzeug 4 angeordnet, dass der bewegliche Teil 1 1 b, insbesondere der
Laserscanner 2, entlang einer geradlinigen Trajektorie bewegbar ist, wobei die geradlinige Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerrichtung yf orientiert ist.
Hierbei kann die Fahrzeuglängsrichtung xf parallel zu einer Rollachse des
Schienenfahrzeugs 4, die Fahrzeugquerrichtung yf parallel zu einer Fahrzeugnickachse des Schienenfahrzeugs 4 und die Fahrzeugvertikalrichtung zf parallel zu einer
Fahrzeuggierachse des Schienenfahrzeugs 4 orientiert sein.
Der Abstandssensor 10 erfasst einen Abstand des beweglichen Teils 1 1 b von einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere einem Abschnitt des
Wagenkastens 14. Hierdurch kann kontinuierlich eine Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung 1 1 , insbesondere des beweglichen Teils 1 1 b, und somit eine Position und Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der
Gleislagebestimmungseinrichtung 1 , relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem erfasst werden. Der Abstandssensor 10 oder ein weiterer, nicht dargestellter, Abstandssensor kann alternativ oder kumulativ einen Abstand zwischen den beiden in Fig. 1 dargestellten Vorrichtungen 1 a, 1 b, insbesondere einen Abstand zwischen den beweglichen Teilen 1 1 b der
Positioniereinrichtung 1 1 der beiden Vorrichtungen 1 a, 1 b erfassen.
Weiter umfasst die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 eine als Inertialeinheit 16
ausgebildete Lagebestimmungseinrichtung des Schienenfahrzeugs 4. Diese entspricht der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Inertialeinheit 16 der Vorrichtung 19. Diese ermöglicht eine Bestimmung einer Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs 4 in einem nicht dargestellten globalen Referenzkoordinatensystem. Dies wiederum ermöglicht eine
Bestimmung der Lage des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der Gleislagebestimmungseinrichtung 1 und insbesondere der von dem Laserscanner 2 erzeugten Profildaten und der von der Kamera 6 erzeugten Bilddaten relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem.
Das Trägergehäuse 12 kann durch eine nicht vollständig dargestellte Lineareinheit translatorisch bewegt werden, um das Gehäuse 1 1 und somit den Laserscanner 2 und die Kamera 6 dem sich relativ zum Wagenkasten 14 bewegenden Schienenprofil nachzuführen. Das Trägergehäuse 12 kann hierbei Teil der Lineareinheit sein oder an einem Teil, insbesondere dem beweglichen Teil 1 1 b, der Lineareinheit befestigt sein. Durch den Spiegel 13 kann eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs 5 verändert werden. Hierdurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Abstände zwischen Wagenkasten 14, Gehäuse 12 und Oberkante der Schiene 3, beispielsweise bei verschiedenen
Schienenfahrzeugen 4, berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist auch eine
Ausführungsform vorstellbar, bei der der Laserscanner 2 derart ausgerichtet ist, dass die Schiene 3 unmittelbar, also ohne Spiegel 13, im Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2 liegt.
Die von der als Kamera 6 ausgebildeten Bilderfassungseinrichtung der
Gleislagebestimmungseinrichtung 1 erzeugten Abbilder bzw. Bilddaten können hierbei mit bekannten Bildverarbeitungsalgorithmen verarbeitet werden. Hierbei kann insbesondere eine Orientierung des beweglichen Teils 1 1 b der Positioniereinrichtung 1 1 relativ zur Schiene 3 bildbasiert, also durch Auswertung der Bilddaten, bestimmt werden. Durch Auswertung der Bilddaten kann aber auch eine Fehldetektion oder -funktion des Laserscanners 2 erkannt werden. Die Vorrichtung 19 und insbesondere auch die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 kann an einem Wagenkasten einer beliebigen Straßen-, U- oder Voll-Bahn angebracht werden.
Insgesamt ermöglicht die Gleislagebestimmungseinrichtung 1 neben der Bestimmung der Gleislage die Bestimmung oder Erfassung einer Spurweite, eines Radius, einer
Vertikalkrümmung sowie einer Gradiente der Schiene bzw. des Gleises. Weiterhin kann auch ein Schienenprofil und dessen Qualität bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Vorrichtung (19) mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19)
mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung umfasst, wobei die mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung als 2D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Laserscanner-Einrichtung umfasst.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserscan-Einrichtung als Rotationslaserscan-Einrichtung (22) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung zur
Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs (4) umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (19) mindestens eine Gleislagebestimmungseinrichtung (1 , 1 a, 1 b) umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gleislagebestimmungseinrichtung (1 , 1 a, 1 b) mindestens eine
Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene (3, 3a, 3b) des Gleises umfasst, wobei die Gleislagebestimmungseinrichtung (1 , 1 a, 1 b) mindestens eine Positioniereinrichtung (1 1 ) umfasst, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung (1 1 ) bewegbar ist.
8. Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine Vorrichtung (19) nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (19) an dem Schienenfahrzeug (4) befestigt ist.
9. Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung eines Schienenfahrzeugs (4), wobei die Fahrzeugumgebung durch mindestens eine erste Bilderfassungseinrichtung abgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Bilderfassungseinrichtung als 3D-Bilderfassungseinrichtung ausgebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Gleislage eines Gleises für das Schienenfahrzeug (4) bestimmt wird.
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