Verfahren zur Positionsbestimmung eines Schienenfahrzeugs und Schienenfahrzeug mit Positionsbestimmungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines auf einer Schienenstrecke fahrenden Schienenfahrzeugs, wobei bei dem Verfahren ein Radarsignal ausgesandt wird, ein zurückkommendes Radarsignal empfangen wird und der Ort des Schienenfahrzeugs unter Heranziehung der Radarsignale bestimmt wird. Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 32 104 Cl bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Schienenfahrzeugs anzugeben, das sich besonders einfach, aber dennoch sehr zuverlässig und mit hoher Genauigkeit durchführen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in Richtung des die Schienenstrecke tragenden Bodens ein Bodenradarsignal ge ^¬ strahlt wird, das in den Boden eindringt und aus dem Bodenin ^¬ neren - zumindest zum Teil - als Antwortsignal zum Schienen ^¬ fahrzeug zurückgelangt, das Antwortsignal unter Bildung einer Untergrundinformation ausgewertet wird, die Untergrundinfor- mation mit für die Schienenstrecke vorab erfassten und orts ^¬ bezogen abgespeicherten Untergrundinformationen verglichen wird, anhand des Vergleichsergebnisses eine bodenradarbasier- te Ortsangabe ermittelt wird und die Position des Schienen ^¬ fahrzeugs auf der Schienenstrecke fahrzeugseitig zumindest auch anhand der bodenradarbasierten Ortsangabe bestimmt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich in einfacher Weise eine sehr hohe Or- tungsgenauigkeit erreichen lässt. Das beschriebene Verfahren kann allein zur Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs eingesetzt werden oder in Kombination mit anderen weiteren Verfahren zur Ortsbestimmung. Das Charakterisieren von Boden- strukturen bzw. der oberen Bodenschicht des Bodens mittels Bodenradarstrahlen ist auf dem Gebiet der Geophysik bekannt.

Die bodenradarbasierte Ortsangabe 0 und/oder eine mit dieser gebildete Positionsangabe kann in vorteilhafter Weise im Zu- sammenhang mit folgenden Anwendungen bzw. mit der Lösung folgender Problemstellungen verwendet werden:

- Kuppeln von Zügen

- Präzises Halten, z. B. an Bahnsteigtüren

- Dichtes Abstellen zu einem anderen Zug und/oder zum Gleis- abschluss

- Sichere Abstandshaltung

- Kollisionsvermeidung

- Gleisbesetztmeldung

- Fahrgastinformation

- Steuerung von Zügen

Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Bodenradarsignal mit einer am Fahrzeugboden des Schienenfahrzeugs angeordneten Sende- und Empfangseinheit in einen Abschnitt des Gleisober- baus eingestrahlt wird, der unterhalb des Schienenfahrzeugs liegt, das zurückkommende Bodenradarsignal mit der genannten oder einer anderen am Fahrzeugboden des Schienenfahrzeugs angeordneten Sende- und Empfangseinheit gemessen und unter Bil ^¬ dung der Untergrundinformationen ausgewertet wird.

Die Position des Schienenfahrzeugs auf der Schienenstrecke wird bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ausschließlich anhand der bodenradarbasierten Ortsangabe bestimmt. Bei einer alternativen, aber ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine weitere

Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe ermittelt wird und mit der bodenradarbasierten Ortsangabe und der zumindest einen weiteren Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe die Positionsbestimmung erfolgt.

Bei der letztgenannten Variante ist es vorteilhaft, wenn schienenstreckenseitig Ortsmarken installiert sind und fahr- zeugseitig eine Ortsmarkenerkennungseinrichtung vorgesehen ist, die anhand empfangener Ortsmarkensignale die mindestens eine weitere Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe er ^¬ zeugt .

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass fahr- zeugseitig eine Geschwindigkeits- oder Wegmesseinrichtung vorgesehen ist, die anhand eines gemessenen Wegstreckenmess- werts die mindestens eine weitere Orts-, Weg- und/oder Ge- schwindigkeitsangabe erzeugt.

Als Bodenradarsignal wird vorzugsweise ein Radarpulssignal oder ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradarsignal in den Boden gestrahlt, und zwar vorzugsweise mit einer Strahlleis- tung, die ein Eindringen des Bodenradarsignals mit einer mittleren Eindringtiefe von mindestens einem halben Meter in den Boden ermöglicht. Das Antwortsignal bildet bei einer sol ^¬ chen Eindringtiefe anschaulich beschrieben ein Tiefenprofil- signal des Bodens und die daraus gebildete Untergrundinforma- tion eine Tiefenprofilinformation des Bodens.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben von Schienenfahrzeugen. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass die Schienenfahr- zeuge ihre jeweilige Position nach einem der voranstehenden

Verfahren unter Bestimmung von Positionsangaben ermitteln und die Schienenfahrzeuge ihre Positionsangaben zu einer stre- ckenseitigen Einrichtung oder zu anderen Fahrzeugen übermitteln .

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Schienenfahrzeug mit einer Positionsbestimmungseinrichtung, die geeignet ist, ein Radarsignal auszusenden, ein zurückkommendes Radarsignal zu empfangen und den Ort des Schienenfahrzeugs unter Heranziehung der Radarsignale zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen, dass die Positionsbestimmungseinrichtung eine bodenradarbasierte Ortungseinrichtung umfasst, die in Richtung des die Schienenstrecke tragenden Bodens ein Bodenradarsignal strahlt, das in den Boden ein ^¬ dringt und aus dem Bodeninneren - zumindest zum Teil - als Antwortsignal zum Schienenfahrzeug zurückgelangt, das Ant ^¬ wortsignal unter Bildung einer Untergrundinformation auswer- tet, die Untergrundinformation mit abgespeicherten, anhand der Schienenstrecke vorab erfassten Untergrundinformationen vergleicht und anhand des Vergleichsergebnisses eine bodenra ^¬ darbasierte Ortsangabe ermittelt. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Positionsbestimmungseinrichtung eine die jeweilige Position des Schienenfahrzeugs auf der Schienenstrecke angebende Positionsangabe ausschließlich an ^¬ hand der bodenradarbasierten Ortsangabe erzeugt.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Positionsbestimmungseinrichtung mindestens eine weitere fahrzeugseitige Ein- richtung zur Ermittlung mindestens einer weiteren Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe aufweist und die Positions ^¬ bestimmungseinrichtung eine die jeweilige Position des Schienenfahrzeugs auf der Schienenstrecke angebende Positionsanga ^¬ be anhand der bodenradarbasierten Ortsangabe und der zumin- dest einen weiteren Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe erzeugt.

Das Schienenfahrzeug umfasst vorzugsweise eine mit der Posi ^¬ tionsbestimmungseinrichtung in Verbindung stehende Kommunika- tionseinrichtung, die die bodenradarbasierte Ortsangabe oder eine damit gebildete, die jeweilige Position des Schienen ^¬ fahrzeugs angebende Positionsangabe an eine streckenseitige Einrichtung oder andere Fahrzeuge übermittelt. Eine strecken- seitige Einrichtung kann daraufhin beispielsweise Betriebsbe fehle, insbesondere Fahrbefehle oder Haltebefehle für die Schienenfahrzeuge und/oder Stellbefehle für streckenseitige Einrichtungen, zumindest auch in Abhängigkeit von den empfan genen Positionsangaben erzeugen.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine streckenseitige Einrichtung zur Steuerung und/oder Überwachung von Schienenfahrzeugen. Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen streckenseitigen Einrichtung vorgesehen, dass die streckenseitige Einrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit den Schienenfahrzeugen aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie von den Schienenfahrzeugen übermit telte und auf bodenradarbasierten Ortsangaben basierte Positionsangaben auswertet und Betriebsbefehle, insbesondere Fahrbefehle oder Haltebefehle für die Schienenfahrzeuge und/oder Stellbefehle für streckenseitige Einrichtungen, zu ^¬ mindest auch in Abhängigkeit von den empfangenen Positionsan gaben erzeugt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie ^¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes

Schienenfahrzeug, anhand dessen ein Ausführungs ^¬ beispiel für eine mögliche Durchführung des erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird,

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfin ^¬ dungsgemäßes Schienenfahrzeug, anhand dessen ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine mögliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird, und

Figur 3 eine Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug sowie einem Ausfüh ^¬ rungsbeispiel für eine streckenseitige Einrich ^¬ tung, die mit dem Schienenfahrzeug kommuniziert. In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .

Die Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10, das eine Schienen ^¬ strecke 20 befährt. Das Schienenfahrzeug 10 weist eine Posi ^¬ tionsbestimmungseinrichtung 30 auf, die eine bodenradarba- sierte Ortungseinrichtung 40 umfasst oder - wie bei dem Aus- führungsbeispiel gemäß Figur 1 - allein durch die bodenradar- basierte Ortungseinrichtung 40 gebildet ist.

Die bodenradarbasierte Ortungseinrichtung 40 ist mit einer Sende- und Empfangseinheit 41 ausgestattet, die mit einer Steuereinrichtung 42 in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung 42 kann durch eine Recheneinrichtung 420 und einen Speicher 421 gebildet sein, in dem ein die Arbeitsweise der Steu ^¬ ereinrichtung 42 festlegendes Steuerprogrammmodul SPM sowie vorab anhand der Schienenstrecke 20 erfasste Untergrundinfor- mationen UI abgespeichert sind. Die Erfassung der abgespei ^¬ cherten Untergrundinformationen UI kann beispielsweise von dem Schienenfahrzeug 10 bei vorangegangenen Fahrten oder von anderen Schienenfahrzeugen durchgeführt worden sein, und zwar vorzugsweise durch Aufnahmen bodenradarbasierter Antwortsig- nale zu ausgesandten Bodenradarsignalen, wobei die Aufzeichnung und Abspeicherung der Antwortsignale ortsabhängig, und zwar in Abhängigkeit von dem mittels anderer Ortungseinrichtungen ermittelten oder aus anderen Gründen bekannten Ort auf der Schienenstrecke erfolgt.

Das Schienenfahrzeug 10 weist außerdem eine Kommunikations ^¬ einrichtung 50 auf, die mit der bodenradarbasierten Ortungseinrichtung 40 in Verbindung steht und von der bodenradarbasierten Ortungseinrichtung 40 erzeugte bodenradarbasierte Or- tungsangaben O aussenden kann, beispielsweise an andere

Schienenfahrzeuge und/oder an eine streckenseitige Einrich ^¬ tung . Die bodenradarbasierte Ortungseinrichtung 40 kann beispiels ^¬ weise wie folgt betrieben werden:

Die Steuereinrichtung 42 steuert die Sende- und Empfangsein- heit 41 derart an, dass diese ein Bodenradarsignal BRS in Richtung des Gleisoberbaus 21 der Schienenstrecke 20 sendet. Zu diesem Zweck ist die Sende- und Empfangseinheit 41, die beispielsweise eine oder mehrere Radarantennen aufweisen oder durch eine oder mehrere solcher gebildet sein kann, vorzugs- weise im Bereich des Fahrzeugbodens 11 oder unmittelbar am Fahrzeugboden 11 des Schienenfahrzeugs 10 angeordnet.

Das Bodenradarsignal BRS dringt in den die Schienenstrecke 20 tragenden Boden 22 ein, vorzugsweise mindestens einen halben Meter, und gelangt aus dem Bodeninneren des Bodens 22 - zu ^¬ mindest zum Teil - durch Reflexion, Beugung und/oder Streuung als Antwortsignal AS zum Schienenfahrzeug 10 bzw. zur Sende- und Empfangseinheit 41 zurück. Das Antwortsignal AS wird von der Sende- und Empfangseinheit 41 zur Steuereinrichtung 42 übertragen, deren Recheneinrichtung 420 anhand der vorab erfassten und im Speicher 421 abgespeicherten Untergrundinformationen UI eine bodenradarbasierte Ortsangabe 0 erzeugt. Beispielsweise kann die Rechenein- richtung 420 das Antwortsignal AS mit Blick auf charakteris ^¬ tische Merkmale analysieren und - bei Vorliegen solcher charakteristischen Merkmale - die abgespeicherten Untergrundinformationen UI hinsichtlich des Vorliegens eben dieser charakteristischen Merkmale überprüfen. Im Falle einer Identität oder - nach vorgegebenen Kriterien - hinreichender Ähnlichkeit zwischen dem Antwortsignal oder den darin erkannten charakteristische Merkmalen und den abgespeicherten Untergrund ^¬ informationen UI bzw. den darin enthaltenen charakteristischen Merkmalen schließt die Recheneinrichtung 420 darauf, dass sich das Schienenfahrzeug 10 an derjenigen Stelle befin ^¬ det, an der seinerzeit die Referenzmessung durchgeführt und die Untergrundinformationen UI erfasst worden waren. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird die Positions ^¬ bestimmungseinrichtung 30 ausschließlich durch die bodenra- darbasierte Ortungseinrichtung 40 gebildet; demgemäß wird ei ^¬ ne die jeweilige Position des Schienenfahrzeugs 10 auf der Schienenstrecke 20 angebende Positionsangabe der Positions ^¬ bestimmungseinrichtung 30 allein durch die bodenradarbasierte Ortsangabe 0 gebildet.

Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist die Positionsbestimmungseinrichtung 30 zusätzlich zu der bodenradarbasierten Ortungseinrichtung 40 eine weitere fahrzeugseitige Einrichtung 60 auf, die dazu dient, eine wei ^¬ tere Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe 02 zu erzeu- gen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Positions ^¬ bestimmungseinrichtung 30 außerdem mit einer Auswerteinrichtung 70 ausgestattet, die mit der bodenradarbasierten Or- tungseinrichtung 40 sowie der weiteren fahrzeugseitigen Einrichtung 60 in Verbindung steht und die bodenradarbasierte Ortsangabe 0 sowie die weitere Orts-, Weg- und/oder Geschwin ^¬ digkeitsangabe 02 auswertet und mit diesen ausgangsseitig ei ^¬ ne Positionsangabe POS erzeugt, die die jeweilige Position des Schienenfahrzeugs 10 auf der Schienenstrecke 20 angibt.

Die Positionsangabe POS kann beispielsweise durch Mittelwert ^¬ bildung aus der bodenradarbasierten Ortsangabe 0 und einem Ortungsmesswert, den die weitere Orts-, Weg- und/oder Ge ^¬ schwindigkeitsangabe 02 selbst bildet oder den die Auswert- einrichtung 70 mit dieser errechnet, gebildet werden.

Die Kommunikationseinrichtung 50 kann die Positionsangabe POS aussenden, beispielsweise an andere Schienenfahrzeuge

und/oder an eine streckenseitige Einrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist die weitere fahrzeugseitige Einrichtung 60 eine Ortungseinheit 61 sowie eine mit dieser in Verbindung stehende Antenne 62 auf. Die fahrzeugseitige Einrichtung 60 ist derart ausgestaltet, dass sie streckenseitig verlegte Ortsmarken 23, wie beispielsweise Balisen (z. B. Eurobalise) , die im Gleisoberbau 21 bzw. der Strecke 20 verlegt sind, erkennen und anhand erkannter Orts- marken 23 die weitere Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeits ^¬ angabe 02 erzeugen kann.

Die weitere fahrzeugseitige Einrichtung 60 kann alternativ zu einer Erkennung von Ortsmarken 23 auf anderen Messverfahren basieren, beispielsweise kann die fahrzeugseitige Einrichtung 60 eine Geschwindigkeits- oder Wegmesseinrichtung sein, die anhand eines gemessenen Wegstreckenmesswerts die weitere Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe 02 erzeugt. So ist es beispielsweise möglich, als weitere fahrzeugseitige Einrichtung 60 eine Radareinrichtung einzusetzen, die anhand ausgesandter Radarsignale und empfangener Radarsignale die jeweilige Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 10 ermittelt und anhand der jeweiligen Geschwindigkeitsangaben durch Integration den jeweiligen Ort des Schienenfahrzeugs 10 auf der Schienenstrecke 20 ermittelt. Bezüglich einer solchen Bestim ^¬ mung einer Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe sei auf die oben genannte Druckschrift zum Stand der Technik ver ^¬ wiesen . Die Figur 3 zeigt das Schienenfahrzeug 10 gemäß Figur 2 sowie darüber hinaus eine streckenseitige Einrichtung 500, die mit einer streckenseitigen Kommunikationseinrichtung 510 zur Kommunikation mit Schienenfahrzeugen geeignet ist. Die streckenseitige Einrichtung 500 wertet von den Schienenfahrzeugen, insbesondere dem Schienenfahrzeug 10 gemäß Figur 3, übermit ^¬ telte und zumindest auch auf bodenradarbasierten Ortsangaben O basierte Positionsangaben POS aus. Anhand der Auswertergeb ^¬ nisse kann die Einrichtung 500 Betriebsbefehle B, insbesonde ^¬ re Fahrbefehle oder Haltebefehle, für die Schienenfahrzeuge und/oder Stellbefehle für streckenseitige Einrichtungen er ^¬ zeugen . Die bodenradarbasierte Ortsangabe 0 und/oder eine mit dieser gebildete Positionsangabe POS kann in vorteilhafter Weise im Zusammenhang mit folgenden Anwendungen bzw. mit der Lösung folgender Problemstellungen verwendet werden:

- Kuppeln von Zügen

- Präzises Halten, z. B. an Bahnsteigtüren

- Dichtes Abstellen zu einem anderen Zug und/oder zum Gleis- abschluss

- Sichere Abstandshaltung

- Kollisionsvermeidung

- Gleisbesetztmeldung

- Fahrgastinformation

- Steuerung von Zügen

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs ^¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugs zeichenliste

10 Schienenfahrzeug

11 Fahrzeugboden

20 Schienenstrecke

21 Gleisoberbau

22 Boden

23 Ortsmarken

30 Positionsbestimmungseinrichtung

40 Ortungseinrichtung

41 Sende- und Empfangseinheit

42 Steuereinrichtung

50 Kommunikationseinrichtung

60 fahrzeugseitige Einrichtung

61 Ortungseinheit

62 Antenne

70 Auswerteinrichtung

420 Recheneinrichtung

421 Speicher

500 Einrichtung

510 Kommunikationseinrichtung

AS Antwortsignal

B Betriebsbefehle

BRS Bodenradarsignal

O Ortsangaben

02 Orts-, Weg- und/oder Geschwindigkeitsangabe

POS Positionsangabe

SPM Steuerprogrammmodul

UI Untergrundinformationen