HOCHGESCHWINDIGKEITSZUG MIT EINEM SYSTEM ZUR HINDERNISWARNUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochgeschwindigkeitszug mit einem System zur Hinderniswarnung im spurgeführten Verkehr.

[0002] Beim Betrieb von Transportsystemen besteht unabhängig von der jeweiligen technischen Ausprägung die Anforderung, das durch die Fahrzeugbewegung vorgegebene dynamische Lichtraumprofil von solchen Hindernissen freizuhalten, deren Beschaffenheit eine potentielle Gefährdung des Betriebes an sich bzw. der Sicherheit des Betriebes (d.h. der Sicherheit von Fahrgästen, Betriebspersonal und Dritten) darstellen.

[0003] Insbesondere beim spurgeführten Verkehr, wo zum einen ein Ausweichen vor Hindernissen in der Regel unmöglich ist und es zum anderen schwieriger ist, aufgrund der langen Anhaltewege ein Fahrzeug vor einem Hindernis zum Stehen zu bringen, kommt dieser Aufgabe eine besondere Bedeutung zu.

[0004] Weiter verschärft wird die Aufgabenstellung beim spurgeführten Verkehr mit hohen Geschwindigkeiten (Rad-Schiene-Systeme wie z.B. TGV, ICE; Magnetschwebebahnen, insbesondere Transrapid):

• Die Anhalteweg ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit wesentlich länger, d.h. vorausliegende Hindernisse müssen bereits in hoher Entfernung erkannt werden, um ein rechtzeitiges Anhalten zu ermöglichen.
• Die Detektion von Hindernissen durch den Menschen wird durch die Dynamik der Vorgänge bei der schnellen Vorbeifahrt wesentlich erschwert. Auch sind die Reaktionszeiten nach einer Erkennung gegenüber einem technischen System um Größenordnungen länger.
• Die Folgen einer Kollision mit einem Hindernis sind bei hoher Geschwindigkeit wesentlich gravierender, insbesondere auch die Gefährdung Dritter durch die vom Ort der Kollision weggeschleuderten Teile, insbesondere in dichtbebauten Regionen.

[0005] In der Regel werden daher für solche Systeme prophylaktische Maßnahmen wie z.B. das Errichten von Absperrungen und sonstige Zugangsbeschränkungen realisiert. Das nach solchen Maßnahmen noch verbleibende Restrisiko (welches immer auch Gefährdungen durch Sabotage, Terror, Vandalismus, Unfälle benachbarter Systeme usw. einschließt) könnte weiter vermindert werden, wenn es gelänge, potentiell gefährliche Hindernisse rechtzeitig zu erkennen. Auf der Basis dieser Information könnte das jeweilig gefährdete Fahrzeug rechtzeitig vor dem Hindernis zum Stehen gebracht werden bzw. könnten Fahrten auf dem beeinträchtigten Gleis solange verhindert werden, bis das Hindernis sicher entfernt wurde.

[0006] Die Erkennung und Vermeidung vorausliegender Hindernisse mittels am Fahrzeug angeordneter vorauschauender Sensoren wird bei spurgeführten Hochgeschwindigkeitstransportsystemen aufgrund der Dynamik der Vorgänge als technisch kaum machbar bzw. wirtschaftlich zu aufwändig eingestuft.

[0007] Darüber hinaus wird in der US 6,417,765 ein spurgebundener Sensorträger vorgeschlagen, der dem spurgebundenen Fahrzeug in einem ausreichenden Abstand vorausfährt, und somit das Fahrzeug rechtzeitig vor möglichen Hindernissen warnen kann. Ein solches System ist ebenfalls mit hohem technischen Aufwand verbunden.

[0008] In der XP000423811, Jin, Y.: et al.: "A highly accurate laser-sectioning method for inmotion railway Inspection", 10. Oktober 1993 ist ein spurgebundenes Inspektionsfahrzeug zur Prüfung des Fahrwegs, auf dem sich das Fahrzeug selbst befindet, beschrieben. Die Prüfung erfolgt während der Fahrt mittels eines optischen Sensors.

[0009] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein für die Anwendung in Hochgeschwindigkeitstransportsystemen geeignetes kostengünstiges und somit wirtschaftlich realisierbares System zur Hinderniswarung zu schaffen.

[0010] Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0011] Der erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitszug umfasst mindestens einen, an dem Hochgeschwindigkeitszug angeordneten Sensor, wobei der Sensor auf den dem Fahrweg des Hochgeschwindigkeitszugs benachbarten Fahrweg ausgerichtet ist, so dass potentielle Hindernisse innerhalb des Lichtraumprofils des Nachbarfahrwegs erkannt werden können. Der erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitszug erfasst also nicht die für den Hochgeschwindigkeitszugs unmittelbar vorausliegenden Hindernisse, sondern solche, die sich auf dem Nachbarfahrweg befinden. Da die Bahntrassen moderner Bahnsysteme mindestens zwei Fahrwege umfassen, ist die Erfindung allgemein anwendbar.

[0012] Die gewonnenen Hindernisinformationen können mit Angabe des Hindernisortes an eine Betriebszentrale weitergeleitet werden. Dies ermöglicht die gezielte Sperrung des betroffenene Fahrwegabschnitts und den gezielten (zeitsparenden) Einsatz von Räum- und Wartungsdiensten.

[0013] Alternativ oder zusätzlich kann eine Verhinderung bzw. ein Abbruch der Fahrt auf dem Nachbarfahrweg erfolgen. Bei hinreichend zuverlässiger automatischer Klassifizierung des Hindernisses kann dies auch automatisch erfolgen. Dazu ist eine Verbindung zum Betriebsleitsystem notwendig. Dies führt zu einer Entlastung des Betriebs sowie zur Unabhängigkeit von der menschlichen Reaktionszeit und Fehlerträchtigkeit.

[0014] Für die automatische Erkennung von potentiell gefährdenden Objekten auf dem querab liegenden Nachbarfahrweg während der Vorbeifahrt bei hohen Geschwindigkeiten (typischerweise 500 km/h) wird vorteilhaft eine hochauflösende abbildende Sensorik und eine schnelle Verarbeitung der anfallenden Daten angewandt.

[0015] Der Sensor kann insbesondere ein optischer Sensor, z.B. ein IR-Sensor oder ein Radarsensor sein.

[0016] Möglich ist z.B. die Detektion von Objekten ab einer als kritisch anzunehmenden Größe. In der Regel ist jedoch nicht die Größe des Objekts entscheidend, sondern seine Masse und Konsistenz. Deshalb kann die Größe allein nur einen Anhaltswert liefern. Daher ist der Einsatz von Bildverarbeitungs- und Mustererkennungsverfahren sinnvoll, um eine Trennung kritischer von unkritischen Objekten zu ermöglichen (z.B. ist ein auf dem Fahrweg sitzender großer Vogel nicht als kritisches Hindernis für einen Hochgeschwindigkeitszug zu werten, wohl aber ein Betonteil gleicher Größe).

[0017] Alternativ könnte aber auch die Übertragung des Bildes in die Betriebszentrale zur Beurteilung des Hindernisses und Festlegung geeigneter Maßnahmen durch den Menschen erfolgen.

[0018] Eine besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeitszuges ist die Anordnung jeweils eines Sensors am Zuganfang und eines Sensors am Zugende. Es kann angenommen werden, dass "harmlose" Objekte, die zwar aufgrund ihrer Größe eine Alarmmeldung erzeugen, jedoch aufgrund ihrer Beschaffenheit keine Gefahr darstellen, durch den Fahrtwind von dem Fahrweg weggeschleudert, d.h. entfernt, werden. Durch eine Korrelation der Sensorinformation am Zuganfang mit der jeweiligen Sensorinformation am Zugende kann festgestellt werden, ob ein Objekt im Beobachtungsraum noch nach Vorbeifahrt des Zuges am gleichen Ort vorhanden ist. Sollte dies der Fall sein, so kann in erster Näherung davon ausgegangen werden, dass es sich um ein Objekt mit Gefahrenpotential handelt.

[0019] Das Zusammenspiel verschiedener Sensoren (Sensor-/Datenfusion) kann erforderlich sein, um die Entdeckungswahrscheinlichkeit zu erhöhen bzw. die Falschalarmrate zu senken; z.B. die Kombination von optischen Sensoren (z.B. InfrarotSensoren) mit Radarsensoren.

[0020] Zusammengefasst ergeben sich somit die folgenden Vorteile des erfindungsgemäßen Systems:

• Verminderung des von Hindernissen auf dem Fahrweg ausgehenden Risikos beim Betrieb spurgeführter Verkehrssysteme;
• Bei automatischer Detektion und Reaktion Entlastung des Betriebes, Vermeidung der menschlichen Reaktionszeit und Fehlerträchtigkeit.

Vorteilhafte Nebeneffekte:

[0021] Bei hinreichend hoher Auflösung könnte ein für die Hinderniswarnung eingesetztes System auch anderen Zwecken dienen, z.B.

• der allgemeinen Beurteilung der Qualität des Fahrweges, um ggf. Wartungsmaßnahmen gezielt auszulösen (Condition Monitoring)
• der automatischen Erkennung von Absenkungen/Versätzen/Verwerfungen aufgrund seismischer Effekte
• zur Gewinnung von Rückschlüssen auf die Fahrdynamik anhand der Auswertung von Sensordaten, die sich auf ortsfeste Referenzmarken beziehen (auch zur Ortung des Zugs einsetzbar)

[0022] In den angesprochenen Fällen müssten die von der Sensorik aktuell erzeugten Daten mit zuvor abgespeicherten Referenzdaten verglichen werden.

[0023] Die Erfindung wird anhand eines konkreten Ausfühungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßer Hochgeschwindigkeitszug mit einem System zur Hinderniswarnung,

Fig. 2 eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung der Sensordaten.

[0024] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeitszug mit einem System zur Hinderniswarnung. Der spurgebundene/Hochgeschwindigkeitszug Fz, z.B. eine Magnetschwebebahn, bewegt sich entlang Spur A. Im Bereich des vorderen sowie des hinteren Endes des Hochgeschwindigkeitszug Fz ist jeweils ein Sensor S1, S1 angebracht, deren Blickrichtung quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs Fz ausgerichtet ist, so dass Hindernisse auf der benachbarten Spur B detektiert werden können. In der gezeigten Ausführung ist der Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Hochgeschwindigkeitszug Fz und der Blickrichtung der Sensoren zu ca. 90° gewählt. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Winkel gewählt werden können (z.B. mit einer Abweichung von der exakten Querrichtung um ±30°), solange sichergestellt werden kann, dass die Sensoren noch das Lichtraumprofil der benachbarten Spur B abdecken.

[0025] Da spurgeführte Systeme grundsätzlich richtungsunabhängig, d.h. in beide Fahrtrichtungen eingesetzt werden können, besteht ein weiteres - nicht abgebildetes - Ausführungsbeispiel darin, die erforderliche Sensorik mit entsprechender Auswertungselektronik in beiden Querrichtungen auf dem Fahrzeug Fz zu montieren.

[0026] Ein möglicher Aufbau für die zugehörige Auswerteschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Sensordaten der beiden Sensoren S1, S1 (Fig. 1) werden zunächst getrennt jeweils einer Signal-/Bildverarbeitungseinheit S/B1, S/B2 zugeführt. Um die Falschalarmrate zu vermindern, erfolgt anschließend eine Korrelation/Bildvergleich der Sensordaten von Sensor S1 und S2. Die Sensordaten eines der beiden Sensoren müssen zuvor mit einer Zeitverzögerung (Verzögerungseinheit DT) beaufschlagt werden, die proportional dem Quotienten aus Abstand der montierten Sensoren S1,S1 im Hochgeschwindigkeitszug Fz und der gemessenen Geschwindigkeit v ist.

[0027] Im Schwellwertdetektor SD erfolgt dann ein Vergleich der Sensordaten mit einer vorgegebenen Schwelle, wobei bei Überschreitung eine Alarmmeldung ausgegeben wird.

Ansprüche

1. Hochgeschwindigkeitszug, umfassend ein System zur Hinderniswarnung, mit mindestens einem, an dem Hochgeschwindigkeitszug angeordneten Sensor (S1,S2), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (S1,S2) auf den dem Fahrweg des Hochgeschwindigkeitszugs (Fz) benachbarten Fahrweg ausgerichtet ist, so dass potentielle Hindernisse innerhalb des Lichtraumprofils des zum Fahrweg des Hochgeschwindigkeitszugs (Fz) benachbarten Fahrwegs erkannt werden können.

2. Hochgeschwindigkeitszug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Sensor (S1,S2) unter einem Winkel von im wesentlichen 90° zur Fahrtrichtung des Hochgeschwindigkeitszugs (Fz) ausgerichtet ist.

3. Hochgeschwindigkeitszug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der Sensor (S1,S2) ein optischer Sensor, insbesondere ein IR-Sensor und/oder ein Radarsensor ist.

4. Hochgeschwindigkeitszug nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensorentypen vorhanden sind, deren Sensordaten in die Auswertung einbezogen werden.

5. Hochgeschwindigkeitszug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei Sensoren (S1,S2), welche bezogen auf die Fahrtrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, und eine Korrelationseinrichtung (KO), in der eine Korrelation der Sensordaten der beiden Sensoren (S1,S2) erfolgt.

6. Hochgeschwindigkeitszug nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochgeschwindigkeitszug (Fz) eine Bahn nach dem Prinzip Schiene/Rad oder eine Magnetschwebebahn ist.

7. Hochgeschwindigkeitszug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1,S2) in beide Querrichtungen des Hochgeschwindigkeitszugs (Fz) ausgerichtet sind.

8. Verwendung eines Systems zur Hinderniswarnung in einem Hochgeschwindigkeitszug nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Beurteilung der Qualität des Fahrweges, zur automatischen Erkennung von geländemäßigen Besonderheiten entlang des Fahrwegs, zum Rückschluss auf die Fahrdynamik des Hochgeschwindigkeitszugs und zur Fahrzeugortung.

Claims

1. High-speed train, having a system for obstruction warning, having at least one sensor (S1, S2), which is arranged on the high-speed train, characterized in that the sensor (S1, S2) is aligned at the track adjacent to the track of the high-speed train (Fz), so that it is possible to identify potential obstructions within the clear area profile of the track adjacent to the track of the high-speed train (Fz).

2. High-speed train according to Claim 1, characterized in that the sensor (81, S2) is aligned at an angle of essentially 90° to the direction of travel of the high-speed train (Fz).

3. High-speed train according to Claim 1 or 2, characterized in that the sensor (S1, S2) is an optical sensor, in particular an IR sensor and/or a radar sensor.

4. High-speed train according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of sensor types are provided, whose sensor data is included in the evaluation.

5. High-speed train according to one of the preceding claims, characterized by at least two sensors (S1, S2) which are separated from one another with respect to the direction of travel, and by a correlation device (KO) in which the sensor data from the two sensors (S1, S2) is correlated.

6. High-speed train according to one of the preceding Claims 5 or 6, characterized in that the high-speed train (Fz) is a railway based on the principle of a rail/wheel or a magnetic levitation railway.

7. High-speed train according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors (S1, S2) are aligned in both lateral directions of the high-speed train (Fz).

8. Use of a system for obstruction warning in a high-speed train according to one of the preceding claims for assessment of the quality of the track, for automatic identification of special terrain features along the track, for deduction of the travel dynamics of the high-speed train, and for vehicle position-finding.

Revendications

1. Train à grande vitesse comportant un système d'avertissement d'obstacles, avec au moins un détecteur (S1, S2) disposé sur le train à grande vitesse, caractérisé en ce que le détecteur (S1, S2) est orienté vers la voie adjacente à la voie du train à grande vitesse (Fz), de sorte que des obstacles potentiels à l'intérieur du gabarit d'espace libre de la voie adjacente à la voie du train à grande vitesse (Fz) puissent être identifiés.

2. Train à grande vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (S1, S2) est orienté selon un angle de substantiellement 90° par rapport au sens de marche du train à grande vitesse (Fz).

3. Train à grande vitesse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur (S1, S2) est un détecteur otique, en particulier un détecteur à infrarouge et/ou un détecteur radar.

4. Train à grande vitesse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs types de détecteurs, dont les données de détection sont intégrées dans l'évaluation, sont présents.

5. Train à grande vitesse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par au moins deux détecteurs (S1, S2), lesquels présentent une distance entre eux par rapport au sens de marche, et un dispositif de corrélation (KO), dans lequel une corrélation entre les données de détection des deux détecteurs (S1, S2) est opérée.

6. Train à grande vitesse selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que le train à grande vitesse (Fz) est un train selon le principe rail/roue ou un train à sustentation magnétique.

7. Train à grande vitesse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les détecteurs (S1, S2) sont orientés dans les deux sens transversaux du train à grande vitesse (Fz).

8. Utilisation d'un système d'avertissement d'obstacles dans un train à grande vitesse selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour évaluer la qualité de la voie, pour identifier automatiquement des particularités topographiques le long de la voie, pour conclure au sujet de la dynamique de mouvement du train à grande vitesse et pour localiser le véhicule.

Zeichnung