Verfahren zur Streckenkartierung

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Kartierung einer von einem Schienenfahrzeug befahrenen Strecke .

Oft werden Schienenfahrzeuge auf Strecken eingesetzt , auf denen eingeschränkte Bahnstreckenkarten oder für einige Funktionen des Schienenfahrzeugs unvollständige Bahnstreckenkarten des Betreibers zur Verfügung stehen .

Es ist üblich, dass Bahnstreckenkarten zumeist einmalig an den Schienenfahrzeugbetreiber übergeben und oft nur in sehr großen Zeiträumen aktualisiert werden .

Es ist bekannt , bei Bahnstreckenkarten des Betreibers für eine geforderte Lokalisierung des Schienenfahrzeugs eine GPSbasierte Positionsbestimmung durchzuführen, was j edoch auf Strecken mit unterbrochener Verbindung zu j eweiligen GPS- Satelliten zu einer unzureichenden Lokalisierungsgenauigkeit führt .

Eingeschränkte bzw . unvollständige Bahnstreckenkarten erschweren eine geplante Einführung von Fahrerassistenzsystemen, die im Rahmen einer Bahnanwendung sowohl große Dateninhalte als auch eine hohe Datenqualität benötigen .

Entsprechend wird es notwendig werden, Bahnstreckenkarten mit einer hohen Genauigkeit zu kartieren bzw . zu erfassen, wobei eine im Rahmen der Fahrerassistenzsysteme geforderte genaue Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs zuverlässig durchgeführt werden muss .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geeignetes und genaues Verfahren zur Kartierung einer Schienenfahrzeug-Strecke anzugeben . Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Kartierung einer von einem Schienenfahrzeug befahrenen Strecke . Mit Hil fe einer am Schienenfahrzeug vorgesehenen Kamera werden Bilder einer vom Schienenfahrzeug befahrenen Strecke aufgenommen . Basierend auf den Kamerabildern wird seitens des Schienenfahrzeugs die befahrene Strecke bezüglich relevanter Streckenpunkte analysiert . Mit Hil fe eines am Schienenfahrzeug vorgesehenen Mobil funkgeräts wird eine j eweilige Position des Schienenfahrzeugs kontinuierlich ermittelt . Seitens des Schienenfahrzeugs werden die relevanten Streckenpunkte mit zugehörigen Positionen und mit vorliegende Kartendaten verknüpft , um eine Streckenkartierung zu bilden .

Beispielsweise werden basierend auf den Kamerabildern längs der Strecke als relevante Punkte Signale , Anzeigetafeln, Balisen, Weichen, Baustellen, Tunnel , Brücken, etc . , erkannt .

Beim Mobil funkgerät handelt es sich bevorzugt um ein SG- fähiges Mobil funkgerät , wobei über die zugehörige SG- Funktionalität , die nachfolgend näher beschrieben wird, die Positionsermittlung bzw . Positionsbestimmung erfolgt .

Bevorzugt mit Hil fe von externen Kartendaten erfolgt eine zusätzliche Verknüpfung der relevanten Punkte und der zugehörigen Positionsdaten mit den Kartendaten .

Bevorzugt werden als externe Kartendaten internetbasierte Karten des Proj ekts „OpenStreetMap, OSM" verwendet . Bekanntermaßen ist das Proj ekt OSM ein freies Proj ekt , das frei nutzbare Geodäten sammelt , strukturiert und für die Nutzung durch j edermann in einer Datenbank zur Verfügung stellt . Aus diesen Daten können sowohl freie als auch kommerzielle Landkarten erstellt werden . Basierend auf diesen Verknüpfungen wird ein hochgenaues Streckenabbild für eine Streckenkartierung bei einer klassischen betrieblichen Einsatz fahrt des Schienenfahrzeugs erstellt .

In einer bevorzugten Weiterbildung wird die ermittelte Streckenkartierung als Bahnstreckenkarte im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems verwendet .

Nachfolgend wird die Funktionalität des Mobil funkgeräts zur Positionsbestimmung, insbesondere die 5G-Funktionalität des Mobil funkgeräts , kurz beschrieben :

Das Mobil funkgerät ist am oder im Schienenfahrzeug angeordnet und verwendet einen Mobil funkstandard, der es einem Mobilfunkbetreiber bzw . Mobil funknetzbetreiber erlaubt , die Position des Mobil funkgeräts und damit des Schienenfahrzeugs auf eine Anforderung hin fest zustellen .

Bevorzugt verwendet das Mobil funkgerät den SG-Mobil funkstandard, der eine als "Location Managed Function" bezeichnete Funktionalität zur Positionsbestimmung bereitstellt .

Bekanntermaßen baut der 5G-Mobil funkstandard auf dem bestehenden Standard „Long Term Evolution" ( LTE ) auf . Dabei hat die zuständige Standardisierungsorganisation 3GPP im Dezember 2018 mit Release 15 den ersten Standard veröf fentlicht , der Funktionen von 5G beinhaltet , während weitere Funktionen mit Release 16 im Juli 2020 festgelegt wurden .

Bevorzugt wird die Positionsermittlung landseitig, d . h . von einer orts festen Kontrollstelle aus , für das beim Schienenfahrzeug angeordnete Mobil funkgerät beim Mobil funkbetreiber angefordert .

Der Mobil funkbetreiber veranlasst basierend auf dieser Anforderung die kontinuierliche Positionsermittlung des Mobil funkgeräts und damit des Schienenfahrzeugs , wobei die vom Mobilfunkbetreiber ermittelte Position kontinuierlich zum Mobil- funkgerät übertragen wird und damit seitens des Schienenfahrzeugs zur Verfügung steht .

Bevorzugt erfolgt die seitens des Mobil funkbetreibers vorgenommene Positionsbestimmung durch eine Lauf zeitmessung eines Signals , das zwischen mehreren stationären Mobil funkantennen bzw . Basisstationen und dem j eweiligen Mobil funkgerät übertragen wird .

Bevorzugt wird das j eweilige Mobil funkgerät mit Hil fe einer Kennung beim Mobil funkbetreiber eindeutig erkannt , registriert und zur Positionsermittlung adressiert .

Bevorzugt wird als Kennung die sogenannte „International Mobile Station Equipment Identity, IMEI" verwendet , die als Seriennummer dem Mobil funkgerät als Endgerät zur weltweiten Identi fikation eindeutig zugeordnet ist .

Bevorzugt sendet der Mobil funkbetreiber fortlaufend aktuelle Positionen des Mobil funkgeräts an dieses , solange eine Funkverbindung zum Mobil funkgerät besteht , so dass stets aktuelle Positionsdaten seitens des Schienenfahrzeugs zur Verfügung stehen .

Die Positionsauswertung und die Erstellung der Streckenkartierung erfolgt bevorzugt im Schienenfahrzeug, beispielsweise in einer Lokomotive .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht im laufenden Betrieb eine zuverlässige Erstellung bzw . Aktualisierung einer Bahnstreckenkarte .

Die vorliegende Erfindung ist leicht realisierbar und mit geringstem Aufwand nachrüstbar .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht : eine Kartierung einer Strecke während der Fahrt des Schienenfahrzeugs , so dass aktuelle Streckendaten unabhängig vom Netzbetreiber ermittelt und bevorzugt zur Weiterverwendung, z . B . in einem Fahrassistenzsystem, bereitgestellt werden,

- ein Erkennen von Kurvenradien der Bahnstrecke , so dass eine automatische Führung von Drehgestellen des Schienenfahrzeugs zum zugehörigen Fahrzeugkasten ermöglicht wird,

- eine ortsbezogene Zustands-Erkennung einer vorhandenen Oberleitung, um daran Schäden im weiten Vorfeld zu detek- tieren und um entsprechende Wartungsarbeiten veranlassen zu können,

- eine ortsbezogene Erkennung, ob in einem Streckenabschnitt eine Oberleitung zur Verfügung steht oder nicht , so dass beim Einsatz eines Dual-Mode-Schienenfahrzeugs eine automatische Umkonfiguration, beispielsweise zwischen einem rein elektrischen Betrieb und einem Diesel-elektrischen Betrieb des Schienenfahrzeugs , sichergestellt wird,

- eine automatische Erkennung einer Ländergrenze , so dass für ein grenzüberschreitendes Schienenfahrzeug eine automatische Länderwahl mit zugehöriger Betriebseinstellung ermöglicht wird, oder so dass eine Länder-abhängige Störstromumschaltung ermöglicht wird,

- eine Verbesserung des Datenbestandes , so dass eine Energieef fi zienz-Untersuchung des Schienenfahrzeugs auf bisher unbekannten Strecken durchführbar ist ,

- eine Freigabe einer Wirbelstrombremse in Bahnnetzen, wenn dieses Bahnnetz den Einsatz der Wirbelstrombremse erlaubt , und

- eine Freigabe einer Magnetschienenbremse in Bahnnetzen, wenn dieses Bahnnetz den Einsatz dieser Bremse erlaubt .

Die vorliegende Erfindung verwendet handelsübliche Mobil funkgeräte im beteiligten Schienenfahrzeug und ist damit kosten- günstig und höchst zuverlässig implementierbar und aus führbar .

Auf Basis der ermittelten Bahnstreckenkarten und einer genauen Lokalisierung auf der Strecke wird bei vollumfänglicher Potentialausnut zung eine Unabhängigkeit von einem Streckennetz-Betreiber ermöglicht . Damit werden unzulängliche Streckendaten des Netzbetreibers ausgeglichen .

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erklärt , wobei die Figur FIG 1 ein zugehöriges prinzipielles Schaltbild zeigt .

Eine Lokomotive weist als Schienenfahrzeug SFZ einen Fahrzeugbus 9 auf , an dem Teilnehmer 5 , 6 und 7 angeschlossen sind .

Als Teilnehmer 5 bis 7 kommen insbesondere Steuergeräte des Schienenfahrzeugs in Betracht :

- ein Remote-Data-Access (RDA) Steuerungsgerät ,

- ein Antriebssteuerungsgerät (ASG) ,

- ein Bremssteuerungsgerät (BSG) ,

- ein zentrales Steuergerät ( ZSG) , etc .

Die Teilnehmer 5 , 6 und 7 nutzen eine Bahnstreckenkarte , die seitens einer Plattform ZPF, die seitens des Schienenfahrzeugs SFZ intergiert angeordnet ist , zur Verfügung gestellt wird .

Die Plattform ZPF weist eine Kamera 1 als erste Mess- bzw . Erfassungseinheit auf .

Mit Hil fe der Kamera 1 wird eine vom Schienenfahrzeug SFZ befahrene Strecke aufgenommen und nachfolgend seitens des Schienenfahrzeugs analysiert : beispielsweise werden basierend auf den Kamerabildern längs der Strecke relevante Punkte (Signale, Balisen, Weichen, Baustellen, Tunnel, Brücken, etc . ) erkannt .

Die Plattform ZPF weist ein Mobilfunkgerät 2 als zweite Mess- bzw. Erfassungseinheit auf. Mit Hilfe des Mobilfunkgeräts 2 wird die jeweilige Position des Schienenfahrzeugs SFZ ermittelt, um nachfolgend mit dem Kamerabild verknüpft zu werden.

Dadurch erhalten die relevanten Punkte der Strecke jeweils zugeordnete Positionsdaten.

Bevorzugt handelt es sich beim Mobilfunkgerät 2 um ein SG- fähiges Mobilfunkgerät, wobei über die zugehörige SG- Funktionalität die Positionsermittlung bzw. Positionsbestimmung erfolgt.

Die Plattform ZPF weist in einem Speicher 3 externe Kartendaten als dritte Einheit auf. Mit Hilfe der Kartendaten wird eine zusätzliche Verknüpfung der Kartendaten mit den relevanten Punkten aus den Kamerabildern und mit den zugehörigen Positionsdaten durchgeführt.

Diese Verknüpfung erfolgt mit Hilfe einer Recheneinheit 4, die als Teil der Plattform ZPF mit der Kamera 1, mit dem Mobilfunkgerät 2 und mit dem Kartendaten-Speicher 3 verbunden ist .

Die Recheneinheit 4 ist dann über den Fahrzeugbus 9 mit den Teilnehmern 5, 6 und 7 verbunden.