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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR ASCERTAINING ACOUSTIC EVENTS IN A TRACK USING ACOUSTIC SENSORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/173646
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for locating an acoustic event in a track 11. In the method, a measuring point 14 on the track is used in order to capture sound conducted through the track section 12 via sensors SEN. The sound characteristic can be used to ascertain defects in the track 11 for example. In order to detect same, a computer C is provided which can also be connected to a central computer GZ. According to the invention, longitudinal waves and transverse waves of the sound being conducted through the track are detected using the sensor. In this manner, a distance measurement of the acoustic event is made possible advantageously using only one sensor because during the propagation of longitudinal waves and transverse waves, a transit time difference results which becomes greater as the distance to the acoustic event increases. The invention also relates to a measuring point by means of which the method according to the invention can be carried out.

Inventors:
SCHÜTZ DIETMAR (DE)
CELAN BORIS (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/052102
Publication Date:
September 03, 2020
Filing Date:
January 29, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS MOBILITY GMBH (DE)
International Classes:
B61L23/04; B61L27/00; G01N29/00
Foreign References:
JPH079999A1995-01-13
US6216985B12001-04-17
US20020108445A12002-08-15
US20150013465A12015-01-15
EP2287062A12011-02-23
US5743495A1998-04-28
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Lokalisierung eines akustischen Ereignisses in einem Gleis (11), bei dem an einer am Gleis (11) befindlichen Messstelle (14) mit mindestens einem schallempfindlichen Sensor (SEN) der durch das Gleis (11) geleitete Schall des akustischen Ereignisses erfasst wird und ein durch den Sensor (SEN) generiertes Sensorsignal ausgegeben wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass

• durch den mindestens einen Sensor (SEN) sowohl

Longitudinalwellen als auch Transversalwellen des durch das Gleis (11) geleiteten Schalls detektiert werden,

• aus dem Laufzeitunterschied zwischen den detektierten

Longitudinalwellen und Transversalwellen eine Entfernung des akustischen Ereignisses von der Messstelle (14) berechenbar ist .

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass neben dem Laufzeitunterschied auch eine Signalcharakteristik der Longitudinalwellen und/oder der Transversalwellen

berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalcharakteristik mit Einträgen einer Datenbank (DAT) verglichen werden, wobei die Einträge einen Rückschluss auf die Entfernung des akustischen Ereignisses vom Sensor (SEN) zulassen.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalcharakteristik der Longitudinalwellen und/oder der Transversalwellen mit Einträgen in einer Datenbank (DAT) verglichen werden, wobei die Einträge einen Rückschluss auf die Art des akustischen Ereignisses zulassen. 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Computerprogramm genutzt ist, wobei

• das Computerprogramm Zugang zu einer Datenbank (DAT) mit

typisierten Signalcharakteristiken, die aus typischen akustischen Ereignissen resultieren, hat,

• dieses Computerprogramm genutzt wird, um aus den Sensorsignalen streckenspezifische Signalcharakteristiken und/oder

zeitspezifische Veränderungen der streckenspezifischen

Signalcharakteristiken aus den typisierten

Signalcharakteristiken abzuleiten .

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Sensorsignale mit Daten aus dem aktuellen Fährbetrieb und/oder Daten des Streckenplans abgeglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Computerprogramm genutzt wird,

um aus streckenspezifischen Signalcharakteristiken Einträge in der Datenbank (DAT) zu erzeugen.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Messstelle (14) zwei Sensoren (SEN1, SEN2) aufweist, welche bezüglich des Gleisverlaufes hintereinander angeordnet sind, wobei aufgrund der Zeitdifferenz zwischen den durch diese Sensoren (SEN1, SEN2) erzeugten Sensorsignale die Richtung bestimmt wird, aus der die Longitudinalwellen und/oder die Transversalwellen gekommen sind.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Netzwerk von Messstellen (14) verwendet wird, wobei aufgrund der Zeitdifferenz zwischen den 2 Messstellen (14) erzeugten Sensorsignale die Richtung bestimmt wird, aus der die

Longitudinalwellen und/oder die Transversalwellen gekommen sind.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Messstelle (14) Sensoren (SEN) an beiden Gleissträngen (12) des Gleises (11) aufweist, wobei die erzeugten Sensorsignale beider Gleisstränge (12) parallel ausgegeben werden.

11. Messstelle (14)

• zur Montage an einem Gleis (11),

• zur Lokalisierung eines akustischen Ereignisses in dem Gleis (11) ,

mit mindestens einem schallempfindlichen Sensor, durch den durch das Gleis (11) geleiteter Schall des akustischen Ereignisses erfassbar ist, und mit einer Schnittstelle, durch die ein durch den Sensor (SEN) generiertes Sensorsignal ausgebbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass

• durch den mindestens einen Sensor (SEN) sowohl

Longitudinalwellen als auch Transversalwellen des durch das Gleis (11) geleiteten Schalls detektierbar sind,

• aus dem Laufzeitunterschied zwischen den detektierten

Longitudinalwellen und Transversalwellen eine Entfernung des akustischen Ereignisses von der Messstelle (14) berechenbar ist .

12. Messstelle (14) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet,

dass Sensoren (SEN) jeweils an beiden Gleissträngen (12) des Gleises (11) angebracht sind.

13. Messstelle (14) nach einem der Ansprüche 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass das die Messstelle (14) an einer Weiche vorgesehen ist, wobei jedes der Weichenenden (19) der Weiche, bevorzugt auch der Weichenanfang (20) mit mindestens einem Sensor (SEN) ausgestattet ist .

14. Messstelle (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Messstelle (14) über die Schnittstelle mit einem Computer (C) zur Verarbeitung der Sensorsignale verbunden ist.

15. Messstellennetzwerk,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Vielzahl von Messstellen (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 zu einem Netzwerk verbunden sind, wobei mindestens ein Computer (C) zur Verarbeitung der Messdaten in das Netzwerk integriert ist.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung akustischer Ereignisse mittels Schallsensoren im Gleis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines akustischen Ereignisses in einem Gleis, bei dem an einer am Gleis befindlichen Messstelle mit mindestens einem schallempfindlichen Sensor der durch das Gleis geleitete Schall des akustischen

Ereignisses erfasst wird und ein durch den Sensor generiertes Sensorsignal ausgegeben wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Messstelle, zur Montage an einem Gleis, zur Lokalisierung eines akustischen Ereignisses in dem Gleis,

mit mindestens einem schallempfindlichen Sensor, durch den durch das Gleis geleiteter Schall des akustischen Ereignisses erfassbar ist, und mit einer Schnittstelle, durch die ein durch den Sensor generiertes Sensorsignal ausgebbar ist.

Im schienengebundenen Eisenbahnverkehr ist für einen reibungslosen, störungsarmen und letztendlich sicheren Betrieb neben dem rollenden Material insbesondere der Zustand der Gleise von entscheidender Bedeutung. Hierbei tritt das Problem auf, wie man den Zustand des Gleiskörpers beurteilen bzw. Veränderungen am Gleiskörper und die damit verbundenen Gefahren erkennen kann. Dabei sind komplexe Einflussfaktoren auf den Zustand der Gleise zu berücksichtigen wie zum Beispiel die im Betrieb auftretenden Belastungen bzw. deren Folgen .

Gemäß der US 5743495 ist beschrieben, dass zur Detektion

beispielsweise von Schienenbrüchen am Gleis Schwingungsdetektoren vorgesehen werden können, welche die durch fahrende Züge erzeugten Schwingungen im Gleis detektieren. Schienenbrüche können mit diesem Verfahren detektiert werden, da eine Weiterleitung der Schwingungen über einen Schienenbruch hinaus nur vermindert oder überhaupt nicht möglich ist. Durch geeignete Auswertung der Sensorsignale lässt sich daher ein Schienenbruch feststellen, wobei hierzu eine Vielzahl von Sensoren an den Gleissträngen des Gleises befestigt werden müssen. Die Sensorsignale werden durch einen zentralen Prozessor

ausgewertet, der das Vorhandensein eines Schienenbruchs ermitteln kann, wobei jeweils Sensorsignale von Sensoren ausgewertet werden, welche beidseitig des aufgetretenen Schienenbruchs liegen (also vor bzw. hinter dem Schienenbruch liegen) .

Die Herausforderung besteht in der rechtzeitigen Erkennung sowie Lokalisierung von Schäden, um Unfälle zu vermeiden und mittels präventiver Wartung die Betriebseinschränkungen wie auch

Instandhaltungskosten zu minimieren. Gleichzeitig soll der Aufwand für die Lokalisierung der Schäden möglichst geringgehalten werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Lokalisierung eines akustischen Ereignisses in einem Gleis mittels schallempfindlicher Sensoren anzugeben, mit dem die Lokalisierung zuverlässig und kostengünstig erfolgen kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Messstelle anzugeben, mit der ein solches Verfahren durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Verfahren) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

• durch den mindestens einen Sensor sowohl Longitudinalwellen als auch Transversalwellen des durch das Gleis geleiteten Schalls detektiert werden,

• aus dem Laufzeitunterschied zwischen den detektierten

Longitudinalwellen und Transversalwellen eine Entfernung des akustischen Ereignisses von der Messstelle (vorzugsweise rechnergestützt) berechenbar ist.

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass sich

Longitudinalwellen eines akustischen Ereignisses im Gleis schneller ausbreiten, als Transversalwellen. Während Longitudinalwellen in Stahl eine Schallgeschwindigkeit von ca. 5900 m/s aufweisen, liegt die Schallgeschwindigkeit von Transversalwellen bei ca. 3200 m/s. In einem festen Medium wie dem Schienenstrang erzeugen akustische Ereignisse immer gleichzeitig Longitudinalwellen und

Transversalwellen. Da diese gleichzeitig von dem Ort des akustischen Ereignisses ausgesendet werden, vergrößert sich aufgrund der verschiedenen Schallgeschwindigkeiten der Laufzeitunterschied zwischen den beiden Wellenfronten mit zunehmender Entfernung von dem akustischen Ereignis. Daher kann aus dem Laufzeitunterschied des Messsignals an der Messstelle auf die Entfernung des akustischen Ereignisses geschlossen werden.

Damit ist es vorteilhaft möglich, den Laufzeitunterschied mit einem einzigen Sensor zu ermitteln. Da die Frequenz der Longitudinalwellen und der Transversalwellen jeweils dem akustischen Ereignis entspricht und somit gleich ist, benötigt der Sensor eine

Empfindlichkeit in nur einem Frequenzbereich, in dem das akustische Ereignis gut messbar ist. Hierdurch ist vorteilhaft eine

kostengünstige Umsetzung des Verfahrens möglich. Dies liegt nicht nur an der Verringerung der notwendigen Anzahl an Sensoren, sondern auch daran, dass die Messstelle als Einheit am Gleis montiert werden kann, sodass Montageaufwand und nachfolgend auch Wartungsaufwand eingespart werden können. Auch die Sicherheit gegen einen Ausfall des Verfahrens wird vergrößert, da weniger Komponenten auch eine geringere Störanfälligkeit bewirken.

Die akustischen Ereignisse werden vorrangig durch die Befahrung des Gleises durch Züge ausgelöst. Es ist somit kein Schallgeber notwendig, der ein Signal erzeugt. Dies bedeutet, dass das akustische Ereignis daraufhin untersucht werden muss, ob es Anomalien aufweist, die auf einen Schaden hinweisen. Der Schaden ist somit als

Fehlerquelle für das akustische Ereignis aufzufassen.

Die akustischen Ereignisse können durch unterschiedliche

Fehlerquellen beeinflusst werden. Diese bestehen beispielsweise aus einer Abnutzung bzw. Schädigung der Lauffläche des Gleises

(Schienenkopf und Flanke) oder aus sich entwickelnden strukturellen Schwächen oder Schädigungen (beginnender oder entstandener

Gleisbruch, lockere Verschraubungen an Schwellen oder an Stoßstellen) . Außerdem können externe Ereignisse eintreten, die die Integrität des Schienenstrangs beeinflussen, z.B.

Steinschlag/Felsstürze, Erdrutsche, Unfallfolgen, aber auch gezielte terroristische Anschläge auf die Infrastruktur. Die Detektion von Schäden im Gleis ermöglicht es, Wartungsmaßnahmen bzw. Reparaturen des Schienennetzes einzuleiten, bevor es zu einem endgültigen Ausfall bzw. einem Unfall kommt.

Weiterhin kann das akustische Ereignis auch durch den fahrenden Zug selbst beeinflusst werden. So sind auch Fehlerquellen detektierbar, die beispielsweise durch defekte Räder des Zuges erzeugt werden. Werden diese erkannt, ist es somit auch möglich, den Verschleiß des rollenden Materials zu ermitteln und hieraus gegebenenfalls

Wartungsmaßnahmen abzuleiten. Außerdem kann durch den Sensor auch eine Achszählfunktion realisiert werden.

Verschiedene Schadensbilder am Gleis verursachen definierte

Veränderungen am Schallsignal, und sind dadurch erkennbar. Beispiele dafür sind:

• Beginnende oder vorliegende Schienenbrüche erschweren die Transmission des Schalls entlang der Schienen. Sie sind erkennbar durch sprunghafte Anstiege bei Überfahrt, oder durch den Vergleich mit dem Nachbarstrang.

• Schlupfwellen oder Riffel erzeugen bei jeder Überfahrt eine rhythmische Anregung, ggf. besser erkennbar mit externem Wissen über die Zugzusammenstellung (aus einem Dispositionssystem) und dessen Geschwindigkeit (aus dem Sicherungssystem oder

BetriebsleitSystem)

• Singuläre Eindrückungen der Oberfläche oder Squats offenbaren sich durch wiederkehrende Muster, ausgelöst von jeder Achse bei Überfahrt des Zuges.

Die Analyse der Schallsignale erlaubt auch die Erkennung von typischen Betriebsszenarien, die im Gegensatz zur normalen Fahrt eine besondere Belastung für die Schiene darstellen, z. B. das Sanden bei Bremsungen auf rutschigem Untergrund, oder auch besonders starke Bremsungen mit ggf. blockierenden Rädern. Ebenso können durch Auswertung der Frequenzanteile Rückschlüsse auf die Achslasten gezogen werden. Mit diesen Informationen wird eine kumulative Ermittlung der Belastung des Schienenstrangs möglich. Derartige Ereignisse werden mittels durchgehender Signalanalyse offenbart.

Ebenso auswertbar sind Schallereignisse, die nicht mit einer Überfahrt durch einen Zug in Verbindung stehen, also eine externe Ursache haben. Beispiele dafür sind:

• Direkte Manipulationen am Gleis verursachen materialbedingt eine Menge Lärm.

• Naturereignisse wie Felsstürze, Erdrutsche,

Gleisbettabsenkungen, aber auch Unfälle mit Auswirkungen auf das Gleisbett bringen viel Energie ein, die in Schall resultiert, und ggf. auch eine starke Veränderung im

Übertragungsverhalten bewirkt.

• Bewusste Einspeisung eines Signals zur Warnung, über

entsprechende mobile Geräte (Rottenwarngerät) oder durch behelfsmäßiges Anschlägen.

Die Auswertung der Sensorsignale wird vorteilhaft rechnergestützt durch einen Computer vorgenommen. Dieser ist mit einer Schnittstelle des Sensors verbunden, sodass dieser die Sensorsignale empfangen kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Computer auf eine Datenbank zugreifen kann bzw. diese Datenbank mit Daten füttern kann (hierzu im Folgenden noch mehr) . Die Datenbank ist durch eine Speichereinheit realisiert.

Der Ausdruck "Computer" ist breit auszulegen, um alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server,

Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur

Datenverarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können. Unter "rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem ein Computer oder mehrere Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt oder ausführen.

Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer

Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl.

Application-Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Signalprozessor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit einer Konfiguration zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet ist .

Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines

Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder einer Festplatte verstanden werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem Laufzeitunterschied auch eine Signalcharakteristik der

Longitudinalwellen und/oder der Transversalwellen berücksichtigt werden. Hierdurch können vorteilhaft zusätzliche Erkenntnisse für das Messergebnis erlangt werden, wie im Folgenden näher erläutert werden soll. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalcharakteristik (vorzugsweise rechnergestützt) mit Einträgen einer Datenbank verglichen werden, wobei die Einträge einen

Rückschluss auf die Entfernung des akustischen Ereignisses vom Sensor zulassen .

Es hat sich nämlich vorteilhafterweise gezeigt, dass die

Signalcharakteristik sich ebenfalls in Abhängigkeit von der Laufzeit des akustischen Signals ändert. Diese Änderungen lassen sich mit Blick auf die durch das akustische Signal zurückgelegte Strecke auswerten und ergeben somit eine zusätzliche Entfernungsinformation. Hierbei können die Longitudinalwellen und/oder die Transversalwellen herangezogen werden. Die Entfernungsinformation, die sich gemäß dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ableiten lässt, kann mit der Information, die aufgrund des

Laufzeitunterschiedes der verschiedenen Wellenarten ermittelt wurde, verglichen werden. Bei Abweichungen können dann weitere Untersuchungen eingeleitet werden, was das Verfahren vorteilhaft weniger fehleranfällig macht .

Die Signalcharakteristik kann beispielsweise durch den Frequenzgang der durch das akustische Ereignis erzeugten akustischen Signale gegeben sein. Diese können beispielsweise einer

Fouriertransformation unterzogen werden, wobei dies für die

Longitudinalwellen und die Transversalwellen getrennt erfolgen kann. Genutzt werden kann beispielsweise der Umstand, dass höher frequentierte Signalanteile mit zunehmender Entfernung schneller vorausschicken, als niederfrequente Signalanteile. Dieser Umstand lässt sich mittels einer Fouriertransformation des Signals leicht feststellen .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalcharakteristik der Longitudinalwellen und/oder der

Transversalwellen mit Einträgen in einer Datenbank verglichen werden, wobei die Einträge einen Rückschluss auf die Art des akustischen Ereignisses zulassen. Das akustische Ereignis ist zunächst ursächlich für bestimmte Signalcharakteristiken, die aufgrund unterschiedlicher Gruppen von akustischen Ereignissen auch typisiert werden können. Zur Erkennung bestimmter Ereignisse ist es also hilfreich, dass über den

Laufzeitvergleich hinaus auch die Charakteristik des Signals ausgewertet wird. Hierdurch lassen sich vorteilhaft Ereignisse auch qualitativ erkennen, die auf dem überwachten Gleis an sich nicht Vorkommen sollten (ein Steinschlag unterscheidet sich beispielsweise von einem Gleisbruch) . Auch wenn bisher unbekannte Ereignisse detektiert werden, können auf den Verdacht einer Störung hin Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Computerprogramm genutzt wird, wobei

• das Computerprogramm Zugang zu einer Datenbank mit typisierten Signalcharakteristiken, die aus typischen akustischen

Ereignissen resultieren, hat,

• dieses Computerprogramm genutzt wird, um aus den Sensorsignalen rechnergestützt streckenspezifische Signalcharakteristiken und/oder zeitspezifische Veränderungen der

streckenspezifischen Signalcharakteristiken aus den

typisierten Signalcharakteristiken abzuleiten.

Die Signalermittlung und -analyse erfolgt vorzugsweise

kontinuierlich. Aus den Ergebnissen kann im laufenden Betrieb eine Datenbasis für alle Streckenabschnitte (streckenspezifisch) mit ihren Eigenheiten aufgebaut bzw. "erlernt" werden. Durch eine kontinuierliche Überwachung ist es außerdem möglich, eine zeitliche Veränderung der streckenspezifischen Signalcharakteristiken zu erfassen ( zeitspezifische Veränderung); diese kann beispielsweise durch eine Abnutzung des Gleises hervorgerufen werden. Zur Ermittlung der streckenspezifischen Signalcharakteristiken und deren

zeitspezifischen Veränderungen ist das Computerprogramm so programmiert, dass es eine künstliche Intelligenz realisiert. Zusätzlich sollten auch Erkenntnisse aus Messfahrten einbezogen werden. Messfahrten werden in an sich bekannter Weise durch

Schienenfahrzeuge durchgeführt, die die Gleise befahren und hierbei Messungen vornehmen können. Diese Messungen können insbesondere zur Erzeugung von Datenbankeinträgen und typisierten

Signalcharakteristiken dienen. Selbstverständlich können auch die erfindungsgemäßen Sensoren selbst zur Erzeugung dieser Daten verwendet werden. Eine Vergleichbarkeit mit späteren Messungen ist hierdurch besser gewährleistet.

Die so entstandene Datenbasis dient dann im weiteren Verlauf als Vergleichsgrundlage, um Anomalien oder auch langfristige

Veränderungen zu erkennen. Vorteilhaft können weiterhin die gewonnenen streckenspezifischen Signalcharakteristiken als typisierte Signalcharakteristiken abgespeichert werden, wenn diese als typische Fälle oder typische Entwicklungen erkannt werden. Zu diesem Zweck sind, wie im Folgenden näher erläutert wird, jedoch weitere Daten heranzuziehen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensorsignale (vorzugsweise rechnergestützt) mit Daten aus dem aktuellen Fährbetrieb und/oder Daten des Streckenplans abgeglichen werden .

Der aktuelle Fährbetrieb ergibt sich aus dem Fahrplan und eventuellen Abweichungen von diesem Fahrplan. Die Kenntnis des aktuellen Fährbetriebs erlaubt es beispielsweise, die akustischen Ereignisse bestimmten Zügen zuzuordnen. Dies erleichtert den Abgleich mit typisierten Signalcharakteristiken bestimmter akustischer

Ereignisse. Außerdem erlaubt die Kenntnis des Fahrplans, auf einfache Weise die Richtung zu bestimmen, aus der das akustische Ereignis kommt, wenn man Kenntnis davon hat, wo der fahrende Zug sich befindet und infolgedessen wo das akustische Signal erzeugt wird.

Auch ein Abgleich mit dem Streckenplan ist von Vorteil.

Beispielsweise wird die Ausbreitung akustischer Signale von dem Verlauf der Strecke beeinflusst. Auch dies erleichtert den Abgleich mit typisierten Signalcharakteristiken, die beispielsweise

Streckenverläufen wie Kurven oder bestimmten Gleisbetten zugeordnet werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Computerprogramm genutzt wird,

um rechnergestützt aus streckenspezifischen Signalcharakteristiken Einträge in der Datenbank zu erzeugen.

Durch die Kenntnis von Streckenplänen bzw. dem aktuellen Zugbetrieb sind, wie bereits erläutert, zusätzliche Informationen auswertbar, die es vorteilhaft auch ermöglichen, neue typisierte

Signalcharakteristiken zu erkennen. Unterscheiden sich

beispielsweise die Signalcharakteristiken von bereits erfassten Personenzügen von denjenigen, die Güterzüge erzeugen, können auch diejenigen von Güterzügen als typisierte Signalcharakteristiken abgespeichert werden. Auf diese Weise wird die Datenbank erweitert, wobei Algorithmen des Computerprogramms, die eine künstliche Intelligenz desselben gewährleisten, selbst lernend die Datenbank erweitern können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messstelle zwei Sensoren aufweist, welche bezüglich des

Gleisverlaufes hintereinander angeordnet sind, wobei aufgrund der Zeitdifferenz zwischen den durch diese Sensoren erzeugten

Sensorsignale die Richtung (vorzugsweise rechnergestützt) bestimmt wird, aus der die Longitudinalwellen und/oder die Transversalwellen gekommen sind.

Durch die Anordnung von zwei Sensoren in einer Messstelle ist es vorteilhaft möglich, das Verfahren in der Messstelle derart zu erweitern, dass neben einem Laufzeitvergleich zum Zwecke der Entfernungsmessung auch ein Laufzeitvergleich zum Zwecke der Richtungsbestimmung des akustischen Ereignisses erfolgen kann. Da sich das Gleis von der Messstelle in beide Richtungen erstreckt, genügt eine Entfernungsmessung nämlich nicht zur eindeutigen Lokalisierung des akustischen Ereignisses.

Die Bestimmung der Richtung, in der das akustische Ereignis liegt, erfolgt ebenfalls über einen Laufzeitvergleich. Allerdings sind hierfür die beiden Sensoren notwendig, die in Gleisrichtung gesehen (Gleisverlauf) hintereinander angeordnet sind. Diese detektieren das betreffende akustische Signal (welches von dem akustischen Ereignis ausgelöst wurde) kurz hintereinander, sodass das akustische Signal aus der Richtung kommt, in der derjenige Sensor liegt, der das akustische Signal als erster erfasst hat. Bei einer Entfernung der beiden Sensoren von beispielsweise 30 cm ergeben sich bereits Laufzeitunterschiede im Mikrosekundenbereich, welche mit moderner Messtechnik erfasst werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Netzwerk von Messstellen verwendet wird, wobei aufgrund der

Zeitdifferenz zwischen den zwei Messstellen erzeugten Sensorsignale die (vorzugsweise rechnergestützt) Richtung bestimmt wird, aus der die Longitudinalwellen und/oder die Transversalwellen gekommen sind.

Gemäß dieser Ausgestaltung wird vorteilhaft der Umstand genutzt, dass bei dem Vorhandensein von Sensornetzwerken zwei jeweils bevorzugt benachbarte Messstellen zur Ermittlung der Richtung verwendet werden können, aus der der durch das akustische Ereignis ausgelöste Schall kommt. Liegen beispielsweise die Messstellen 5 km weit auseinander, ergeben sich daraus ortsbedingte Laufzeitunterschiede des zum akustischen Ereignis gehörenden Signals im Sekundenbereich.

Gleichzeitig ist hierbei eine Veränderung der Signalcharakteristik zu berücksichtigen, damit benachbarte Messstellen das betreffende Signal als dasselbe Signal identifizieren können. Dies kann durch die bereits angesprochene selbstlernende Ausführung des

Computerprogramms zur Analyse der Signale gewährleistet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messstelle Sensoren an beiden Gleissträngen des Gleises aufweist, wobei die erzeugten Sensorsignale beider Gleisstränge parallel ausgegeben werden.

Diese Ausführungsform verbessert die Möglichkeit einer Detektion von äußeren Einflüssen auf das Gleis, welche nicht durch Züge

hervorgerufen werden. In diesem Zusammenhang wurden schon

beispielhaft Manipulationen am Gleis bzw. Naturereignisse genannt. Insbesondere wirken solche Ereignisse i.A. nicht gleichförmig auf beide Schienen, so dass Unterschiede zwischen beiden Seiten genutzt werden können, um eine weitere Analyse anzustoßen. Damit entstehen vorteilhaft Indikatoren für eine wahrscheinliche Gefahr.

Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Messstelle) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass

• durch den mindestens einen Sensor sowohl Longitudinalwellen als auch Transversalwellen des durch das Gleis geleiteten Schalls detektierbar sind,

• aus dem Laufzeitunterschied zwischen den detektierten

Longitudinalwellen und Transversalwellen eine Entfernung des akustischen Ereignisses von der Messstelle berechenbar ist.

Damit ist die Messstelle vorteilhaft dazu geeignet das vorstehend genauer erläuterte Verfahren durchzuführen. Die mit der Durchführung des Verfahrens verbundenen Vorteile werden daher auch durch die erfindungsgemäße Messstelle verwirklicht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Sensoren jeweils an beiden Gleissträngen des Gleises angebracht sind.

Wie bereits erwähnt, können vorteilhaft durch Verwendung von Sensoren an beiden Gleissträngen des Gleises von außen wirkende Ereignisse besser detektiert werden. Überdies können an ein und derselben Messstelle beide Gleisstränge überwacht werden, wenn beispielsweise Abnutzungen in Kurven nicht symmetrisch an beiden Gleissträngen auftreten . Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messstelle an einer Weiche vorgesehen ist, wobei jedes der

Weichenenden der Weiche mit mindestens einem Sensor ausgestattet ist, um die von der Weiche wegführenden Gleise zu überwachen. Gleichzeitig ist es auch möglich, das an den Weichenanfang grenzende Gleis zu überwachen, da dieses in Abhängigkeit von der Weichenstellung jeweils mit dem einen Weichenende oder dem anderen Weichenende akustisch leitend verbunden ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messstelle über die Schnittstelle mit einem Computer zur Verarbeitung der Sensorsignale verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Computer in der Messstelle vorgesehen ist. Hierdurch kann eine zeitnahe Verarbeitung der Sensorsignale erfolgen. Außerdem kann eine zuverlässige Übertragung der Sensorsignale über die Schnittstelle an den Computer erfolgen, wobei diese vorzugsweise kabelgebunden sein kann. Um die Messdaten zentral zu sammeln, kann überdies zwischen dem Computer und einem weiteren zentralen Computer eine Verbindung, zum Beispiel eine Funkverbindung, vorgesehen werden.

Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Messstellennetzwerk) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass eine Vielzahl von Messstellen der obenstehend beschriebenen Art zu einem Netzwerk verbunden sind, wobei mindestens ein Computer zur Verarbeitung der Messdaten in das Netzwerk integriert ist.

In diesem Fall kann der Computer ein zentraler Computer sein, an den alle Messstellen angeschlossen sind. Dies ermöglicht vorteilhaft den Einsatz kostengünstiger Messstellen, da diese nicht mit einem Computer ausgestattet werden müssen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Messstellen bereits eine Vorverarbeitung der Daten mit einem Computer bewerkstelligen und das Messstellennetzwerk durch

Vernetzung dieser Computer erfolgt. Zuletzt ist es, wie vorstehend beschrieben, auch möglich, dass das Netzwerk aus einzelnen Computern überdies mit einem zentralen Computer gesteuert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende

Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den

Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messstelle, mit dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, schematisch im Schnitt,

Figur 2 eine Weiche mit weiteren Ausführungsbeispielen der

erfindungsgemäßen Messstelle,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Verfahrens, dargestellt unter Anwendung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messstelle. Gemäß Figur 1 ist ein Gleis 11 mit zwei Gleissträngen 12 im Schnitt dargestellt, wobei die Schienenstränge auf einer Schienenschwelle 13 montiert sind. An jedem der Gleisstränge 12 ist ein Sensor SEN angebracht, der jeweils schematisch dargestellt ist. Beide Sensoren SEN ergeben eine Messstelle 14 für akustische Schwingungen in den beiden Gleissträngen 12. Nicht dargestellt, aber genauso möglich, ist es, dass die Messstelle sich nur über einen Gleisstrang erstreckt, und der andere Gleisstrang ohne einen Sensor SEN ausgeführt ist.

Teil der Messstelle 14 ist auch ein Computer C, welcher über Signalleitungen 16 mit den Sensoren SEN verbunden ist. Der Computer C bildet ebenfalls einen Teil der Messstelle 14, was durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Damit ist eine dezentrale Auswertung der Sensorsignale in jeder Messstelle durch den dort vorgesehenen Computer C ermöglicht.

Außerdem ist der Computer C über eine Verbindungsleitung 17 mit einem zentralen Computer CZ verbunden. Dieser zentrale Computer ist zur Sammlung von Daten unterschiedlicher Computer C, CI, C2 vorgesehen, wobei diese Computer C, CI, C2 auch mit nicht näher dargestellten Sensoren weitere Messstellen bilden. Auf diese Weise kann ein Vergleich der aufgenommenen Daten unterschiedlicher Messstellen erfolgen .

Andererseits ist der zentrale Computer CZ mit einer Datenbank DAT verbunden. In dieser Datenbank DAT sind typisierte

Signalcharakteristiken abgespeichert, welche zum Vergleich mit den gemessenen Signalcharakteristiken am Gleis verglichen werden können. Der Vergleich kann sowohl in dem zentralen Computer CZ erfolgen als auch in den lokalen Computern CI, C2, wobei diese in letzterem Fall über den zentralen Computer CZ mit den Daten der Datenbank DAT versorgt werden.

Außerdem können in der Datenbank DAT weitere Daten gespeichert werden, wenn sich neue Signalcharakteristiken ergeben, die bisher nicht aufgezeichnet wurden und als bestimmtes Ereignis erkannt wurden. Anschließend können diese neuen Ereignisse dann auch als typisierte Signalcharakteristiken durch die Datenbank DAT zur Verfügung gestellt werden.

Es ist möglich, aus den gemessenen Signalcharakteristiken

streckenspezifische Signalcharakteristiken für eine bestimmte Messstelle abzuspeichern. Bei den neuen typisierten

Signalcharakteristiken kann es sich einerseits um Ereignisse handeln, die bisher nicht aufgezeichnet wurden, z. B. ein über den Gleiskörper rollender Steinschlag oder dergleichen. Es ist aber auch möglich, dass neue typisierte Signalcharakteristiken für einen fortschreitenden Gleisverschleiß aufgenommen werden, damit der Gleisverschleiß durch entsprechenden Vergleich mit typisierten Signalcharakteristiken ermittelt werden kann. Hierzu ist eine gewisse Betriebszeit eines bestimmten Gleises notwendig, da die Verschleißerscheinungen erst nach einer gewissen Betriebsdauer auftreten. Diese Veränderung der Signalcharakteristiken werden auch als zeitspezifische Veränderungen der streckenspezifischen

Signalcharakteristiken bezeichnet .

In Figur 2 ist eine Weiche schematisch dargestellt. Diese weist zwei Weichenenden 19 und einen Weichenanfang 20 auf. Dabei handelt es sich bei den Weichenenden 19 um den verzweigten Teil der Weiche, während der Weichenanfang 20 den eingleisigen Teil der Weiche darstellt, und zwar unabhängig von der Richtung, in der die Weiche fahren wird. Zu erkennen sind weiterhin die Weichenzungen 21, die ein Stellen der Weiche in an sich bekannter Weise ermöglichen. Die in Figur 2 dargestellte Stellung der Weiche steht auf „geradeaus".

Zu erkennen ist weiterhin, dass an den beiden Weichenenden 19 je eine Messstelle 14 vorgesehen ist. Bei diesen Messstellen sind jeweils nur die an beiden Gleissträngen angebrachten Sensoren SEN schematisch durch Kreise dargestellt.

Der Computer C, der gemäß Figur 1 die Sensorsignale verarbeitet, ist in Figur 2 nicht näher dargestellt. Außerdem ist zusätzlich am Weichenanfang 20 eine weitere Messstelle 14 vorgesehen, die ebenfalls mit zwei Sensoren SEN ausgestattet ist.

Egal, wie die Weiche gestellt ist, können immer jeweils zwei Sensoren SEN des Weichenanfangs 20 mit den Sensoren SEN des Weichenendes 19 eine Paarung bilden, sodass der Abstand zwischen diesen Sensoren SEN zu einer Messung des Laufzeitunterschiedes des Signals von dem einen Sensor SEN zu dem anderen Sensor SEN gemessen werden kann. Dieser Laufzeitunterschied kann zur Ermittlung der Richtung genutzt werden, aus der das gemessene akustische Signal gekommen ist. Gleichzeitig ermöglicht die Ausstattung beider Weichenenden 19, sowohl das eine fortführende Gleisstück als auch das andere wegführende Gleisstück zu überwachen.

In Figur 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Messstelle 14 dargestellt. Diese Messstelle weist neben dem Computer C zwei Sensoren SEN1 und SEN2 an ein und demselben Schienenstrang 12 auf, die beispielsweise 30 cm voneinander entfernt sein können. Die Entfernung wird in longitudinaler Erstreckung des Gleisstranges 12 gemessen. In nicht dargestellter Weise können auch an dem hinter dem dargestellten Gleisstrang liegenden Gleisstrang Sensoren in der eben beschriebenen Weise befestigt sein. Diese sind allerdings nicht zu erkennen, da es sich bei Figur 3 um eine Seitenansicht auf das Gleis 11 handelt .

Der Computer C ist außerdem mit einer Antenne A ausgestattet, die mit einer korrespondierenden Antenne A des zentralen Computers CZ mit angeschlossener Datenbank DAT über eine Funkschnittstelle 22 kommuniziert. Auf diese Weise lassen sich vorteilhaft ohne den teilweise beträchtlichen Aufwand einer Kabelverlegung Messstellen mit Computern C mit dem zentralen Computer CZ verbinden, die in einer größeren Entfernung desselben liegen. Die Anordnung der Sensoren SEN1 und SEN2 ermöglichen vorteilhaft eine Bestimmung der Richtung des empfangenen Signals in ein und derselben Messstelle. Der Abstand der beiden Sensoren SEN1 und SEN2 führt bereits zu einem messbaren Laufzeitunterschied des gemessenen Signals. Aufgrund der geringen Entfernung der beiden Sensoren SEN1 und SEN2 wird überdies sichergestellt, dass sich das gemessene Signal auf dem Weg zwischen den beiden Sensoren SEN1 und SEN2 nicht stark verändert. Deswegen ist eine Erkennung der Identität des gemessenen Signals in diesem Fall besonders einfach.

Exemplarisch sind an dem Gleis 11 verschiedene Fehlstellen, die akustische Ereignisse erzeugen könnten, dargestellt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine geschweißte Verbindung 23, um eine Fehlstelle 24 (beispielsweise Riffel) auf der Lauffläche des Schienenstrangs oder um einen Felsbrocken 25 handeln. Während der Felsbrocken 25, wenn er auf das Gleis 11 rollt, ein akustisches Ereignis eigenständig erzeugt, sind die Verbindung 23 und die Fehlstelle 24 nur in einer typisierten Signalcharakteristik erkennbar, wenn ein Schienenfahrzeug 26 über das Gleis rollt. Das Rollgeräusch der Räder 27 des Schienenfahrzeugs 26 lässt sich durch die Sensoren SEN1 und SEN2 aufnehmen und wird durch die Verbindung 23 oder die Fehlstelle 24 abgeändert, sobald sich das

Schienenfahrzeug 26 jenseits dieser Anomalien befindet. Das akustische Ereignis, das gemessen wird, ist also die Veränderung der Geräusche, die durch die abrollenden Räder 27 erzeugt werden.

Bezugszeichenliste

SEN Sensor

DAT Datenbank

C Computer

A Antenne

11 Gleis

12 Gleisstrang

13 Schienenschwelle

14 Messstelle

16 Signalleitung

17 Verbindungsleitung

18 Verbindungsleitung

19 Weichenende

20 Weichenanfang

21 Weichenzungen

22 Funkschnittstelle

23 Verbindung

24 Fehlstelle

25 Felsbrocken

26 Schienenfahrzeug 27 Rad