Korrektur eines gemessenen Positionswerts eines schienenge- bundenen Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen Fahrzeugs. Überdies betrifft die Erfindung eine Positionskorrektureinrich- tung.

Für Schienenfahrzeuge, insbesondere wenn sie in PZB- (PZB = punktförmige Zugbeeinflussung) , LZB- (LZB = Linienzugbeeinflussung) oder ETCS-Abschnitten (ETCS = European Train

Control System = europäisches Zugkontrollsystem) fahren, ist es notwendig, genau zu wissen, wo sich das Schienenfahrzeug befindet. Die Kenntnis über die gefahrene Wegstrecke wird nicht nur für die Ermittlung der Geschwindigkeit eines Schie ^¬ nenfahrzeugs genutzt, sondern auch dafür, die Bremsdistanz zu schätzen und Schaltpunkte und Signale für das betreffende Fahrzeug und eventuell auch andere Fahrzeuge zu überwachen und zu steuern.

Die zurückgelegte Wegstrecke wird üblicherweise durch Integ- ration der geschätzten Geschwindigkeit eines Fahrzeugs be ^¬ rechnet, wobei der Wert der Geschwindigkeit auf fahrzeugsei- tigen Sensormessungen beruht. Sind die Sensormessungen ungenau, so ergibt sich auch eine ungenaue Positionsschätzung für das Fahrzeug. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten wer- den daher Fehlermargen bei der Geschwindigkeits- und Positi ^¬ onsermittlung einkalkuliert und entsprechend korrigierte Wer ^¬ te werden für die oben genannten Aufgaben verwendet.

Allerdings besteht ein Problem darin, dass wenn die Fehler- margen sehr groß sind, der Wert der geschätzten zurückgeleg ^¬ ten Wegstrecke des Fahrzeugs ziemlich ungenau ist, wodurch das Schienennetz nicht effektiv genutzt werden kann und Verzögerungen verursacht werden. In WO 2012/ 007 822 AI wird eine odometrische Positionsmes ^¬ sung eines Schienenfahrzeugs durch einen Abgleich von Positi ^¬ onsinformationen von sogenannten Eurobaiisen justiert. In EP 0 762 363 AI beschreibt die Ermittlung einer Position und Lage eines Fahrzeugs mit Hilfe von Gyroskopen und Be ^¬ schleunigungsmessgeräten. Dabei werden Daten von verschiedenen Messeinheiten gefiltert und fusioniert. In DE 10 2005 046 456 werden odometrische Daten mit Hilfe von mindestens drei unterschiedlichen Sensoren ermittelt. Zur Qualitätsermittlung wird aus Messwerten von jeweils zwei unterschiedlichen Sensoren ein Differenzfaktor ermittelt. Anhand dieser Differenzfaktoren wird die Güte der einzelnen Sensoren berechnet und die ermittelte Güte wird bei der Ge ^¬ wichtung der Messwerte unterschiedlicher Sensoren zur Ermittlung der odometrischen Daten berücksichtigt.

Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrich- tung zur Ermittlung der Position eines Fahrzeugs zu entwickeln, welche exaktere Ergebnisse liefern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Korrektur einer gemessenen Position eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 und eine Positionsermittlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen Fahrzeugs werden neue positionsrelevante Informationen ermittelt. Als neue po ^¬ sitionsrelevante Informationen sollen Informationen verstanden werden, die zur herkömmlichen Ermittlung der gemessenen Position des schienengebundenen Fahrzeugs noch nicht verwendet wurden. Solche neuen positionsrelevanten Informationen können zum Beispiel auf der Erfassung und Identifizierung von stationären Objekten beruhen, deren Position bekannt ist. Neue positionsrelevante Informationen können aber auch Informationen über Abweichungen bei Geschwindigkeitsmessungen und Positionsmessungen in der Vergangenheit sein, die auf eine aktuell gemessene Position übertragen werden können.

Auf Basis der neuen positionsrelevanten Informationen wird geprüft, ob die bisher gemessene Position fehlerhaft ist. Dieser Prüfvorgang kann zum Beispiel darauf basieren, dass die neuen positionsrelevanten Informationen einen Hinweis darauf geben, dass die bisher gemessene Position von der tatsächlichen Position des Schienenfahrzeugs abweicht.

Weiterhin wird eine aktuelle Position des Fahrzeugs auf Basis der neuen positionsrelevanten Informationen für den Fall, dass der Wert der bisher gemessenen Position fehlerhaft ist, ermittelt. Die Nutzung von aktuellen positionsrelevanten In- formationen erlaubt es, nicht vorhersagbare Störungen zu be ^¬ rücksichtigen und eine gemessene Position eines schienenge ^¬ bundenen Fahrzeugs zu korrigieren, so dass eine exaktere Po ^¬ sitionsermittlung ermöglicht wird. Dadurch lässt sich der Schienenverkehr präziser planen. Zeittoleranzen können redu- ziert werden und die Sicherheit wird erhöht.

Die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung für ein schienengebundenes Fahrzeug weist eine Detektionseinheit zum Detektieren von neuen positionsrelevanten Informationen, wel- che Informationen über Abweichungen bei Geschwindigkeitsmessungen und/oder Positionsmessungen in der Vergangenheit umfassen, auf. Teil der erfindungsgemäßen Positionsermittlungs- einrichtung ist auch eine Prüfeinheit, welche dazu eingerich ^¬ tet ist, auf Basis der neuen positionsrelevanten Informatio- nen zu prüfen, ob die gemessene Position fehlerhaft ist. Die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung weist auch eine Ermittlungseinheit auf. Die Ermittlungseinheit dient da ^¬ zu, für den Fall, dass die bisher gemessene Position fehlerhaft ist, eine aktuelle Position des Fahrzeugs auf Basis der neuen positionsrelevanten Informationen zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße schienengebundene Fahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung . Das erfindungsgemäße schienengebundene Fahrzeug teilt mithin die Vor- teile der erfindungsgemäßen Positionsermittlungseinrichtung .

Einige Komponenten der erfindungsgemäßen Positionsermitt- lungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbeson- dere Teile der Prüfeinheit und der Ermittlungseinheit. Grund ^¬ sätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötig- ten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.

Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem Fahrzeug vorhandene Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätzliche Hardwareelemente auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerpro ^¬ gramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung ei ^¬ nes solchen Rechnersystems ladbar ist, mit Programmabschnit- ten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszu ^¬ führen, wenn das Computerprogramm in dem Rechnersystem ausgeführt wird.

Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer- programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen Zum Transport zur Speichereinrichtung des Rechnersystems und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikropro- zessoren oder dergleichen aufweisen.

Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den ab ^¬ hängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen Fahrzeugs umfasst die Mehrzahl von unterschiedlichen positi- onsrelevanten Informationen mindestens einen Teil der folgenden Informationen:

- Informationen von einem Schätzfilter,

- Abweichungen von in der Vergangenheit ermittelten Geschwindigkeiten und Positionen.

Informationen von Schätzfiltern geben Auskunft über Abweichungen bei Geschwindigkeitsmessungen und können daher zur Korrektur von Geschwindigkeitsinformationen, welche auf Drehzahlmessungen beruhen, verwendet werden. Sind Abweichungen bei der Geschwindigkeitsmessung oder der Positionsmessung für bestimmte Streckenabschnitte bekannt, so können diese zu spä ^¬ teren Zeitpunkten ebenfalls für eine Korrektur einer ermit- telten Geschwindigkeit und Position genutzt werden, wodurch die Ermittlung einer Fahrzeuggeschwindigkeit präzisiert wird.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kor- rektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen

Fahrzeugs umfassen die positionsrelevanten Informationen externe Informationen. Derartige externe positionsrelevante In ^¬ formationen können mindestens einen Teil der folgenden Informationen umfassen:

- natürliche Landmarken,

- künstliche Landmarken,

- schienenspezifische Markierungen,

- positionsrelevante Informationen von anderen Fahrzeugen,

- positionsrelevante Informationen von Funktionselementen der Infrastruktur.

Landmarken können zum Beispiel Infrastrukturelemente, Brü ^¬ cken, Bäume und ähnliches umfassen. Schienenspezifische Mar ^¬ kierungen sind zum Beispiel Masten, Signaleinheiten, Weichen etc ..

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen Fahrzeugs werden eine Mehrzahl unterschiedlicher positionsre- levanter Informationen zur Korrektur der gemessenen Position genutzt. Indem bei der Ermittlung der korrigierten Position eines schienengebundenen Fahrzeugs mehrere unterschiedliche Typen bzw. Arten von positionsrelevanten Informationen miteinfließen, können einzelnen Typen bzw. Arten von Informatio- nen anhaftende Fehler ausgeglichen werden, so dass die Positionsmessungen genauer wird.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden unterschiedliche externe positionsrelevante Informationen un- terschiedlich gewichtet. Beispielsweise können einzelne In ^¬ formationsquellen eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweisen und entsprechende Informationen werden daher höher gewichtet als andere weniger zuverlässige Informationen. Auf diese Weise wird die Positionsschätzung weiter verbessert.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens er- folgt die unterschiedliche Gewichtung unterschiedlicher posi ^¬ tionsrelevanter Informationen auf Basis einer der folgenden Vorgehensweisen :

- durch Voreinstellung,

- basierend auf aktuellen Statusinformationen.

Werden aktuelle Statusinformationen berücksichtigt, so können auch unerwartete Änderungen der Zuverlässigkeit von Informa ^¬ tionen, welche zum Beispiel aufgrund von Informationen über ein aktuelles Szenario, in dem sich das schienengebundene Fahrzeug befindet, erkannt werden. Auf diese Weise wird das Verfahren an unvorhersehbare Änderungen der Zuverlässigkeit von positionsrelevanten Informationen angepasst und damit flexibilisiert. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige ^¬ fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Korrektur einer gemessenen Position eines schienengebundenen

Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,

FIG 2 ein Blockdiagramm, welches eine Positionsermittlungs- einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin- dung veranschaulicht,

FIG 3 ein Blockdiagramm, welches ein schienengebundenes Fahr ^¬ zeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver ^¬ anschaulicht . In FIG 1 ist ein Verfahren zur Korrektur einer Position eines Schienenfahrzeugs 30 (FIG 3 gezeigt) gemäß einem Ausführungs ^¬ beispiel der Erfindung in einem Flussdiagramm 100 veranschaulicht. Bei dem Schritt 1.1 werden zunächst Sensorsignale SG von unterschiedlichen externen Merkmalen erfasst. Zum Beispiel werden an einer Schienenstrecke seitlich angebrachte Markierungen optisch erfasst und zusätzlich per Funk von einer stationären Funkeinrichtung Positionsangaben erfasst, welche über die Position der Funkeinrichtung auf die Position des Schienenfahrzeugs schließen lassen. Bei dem Schritt l.II werden auf Basis der erfassten Sensordaten SG neue Positionsinformationen I _PR ermittelt. Bei dem Schritt l.III wird auf Basis der neuen Positionsinformationen I _PR geprüft, ob die bisher gemessenen Werte für die Position des Schienenfahrzeugs korrekt sind. Für den Fall, dass sich bei der Prüfung herausstellt, dass der bisher gemessene Wert der Position des Schienenfahrzeugs korrekt ist, was in FIG 1 mit „j" gekenn ^¬ zeichnet wird, wird zu dem Schritt 1. I übergegangen und der Überwachungsprozess wird weitergeführt. Für den Fall, dass diese Werte nicht korrekt sind, was in FIG 1 mit „n" gekenn ^¬ zeichnet ist, wird zu dem Schritt 1. IV übergegangen. Bei dem Schritt 1. IV wird eine korrigierte aktuelle Position P _a (t) aus den neuen Positionsinformationen I _PR abgleitet. Dabei kann beispielsweise der exakt zu ermittelnden Positionsmarkierung eine höhere Gewichtung eingeräumt werden als den et ^¬ was ungenauer zuzuordnenden Funkdaten.

In FIG 2 ist eine Positionsermittlungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Blockdia ^¬ gramm veranschaulicht. Die Positionsermittlungseinrichtung 20 weist eine Eingangsschnittstelle 21 auf, welche Signaldaten SG von unterschiedlichen Sensoren und Empfangseinrichtungen und auch aktuelle gemessene Positionsdaten bzw. Positionswer- te P(t) empfängt. Die Signaldaten SG werden an eine Detekti- onseinheit 22 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, auf Ba ^¬ sis der Signaldaten SG positionsrelevante Informationen I _PR zu ermitteln. Die positionsrelevanten Informationen IPR wer den an eine Prüfeinheit 22a übermittelt, die auf Basis der positionsrelevanten Informationen I _PR ermittelt, ob die bisher gemessene Position P(t) fehlerhaft ist. Beispielsweise können die positionsrelevanten Informationen I _PR direkt auf eine korrekte aktuelle Position schließen lassen oder alter- nativ wird anhand der positionsrelevanten Informationen I _PR ermittelt, dass bei der Messung der zu prüfenden Positionsangabe ein Fehler aufgetreten ist. Für den Fall, dass bei der Prüfung ermittelt wurde, dass der Wert P(t) der bisher gemes- senen Position fehlerhaft ist, werden die positionsrelevanten Informationen I _PR sowie die geprüfte Positionsangabe P(t) an eine Ermittlungseinheit 23 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, eine aktuelle korrigierte Position P _a (t) des Fahrzeugs auf Basis der positionsrelevanten Informationen I _PR und gege- benenfalls auch dem fehlerhaften Wert P(t) der gemessenen Position zu ermitteln. Die ermittelten korrigierten Positionsinformationen P _a (t) werden dann über eine Ausgangsschnittstelle 24 zur Anzeige oder zur Datenverarbeitung ausgegeben. Für den Fall, dass die Prüfeinheit 22a den Wert P(t) der bis- her gemessenen Position als korrekt einstuft, wird dieser Wert P(t) über die Ausgangsschnittstelle ausgegeben.

In FIG 3 ist ein Blockdiagramm gezeigt, welches ein schienengebundenes Fahrzeug 30 veranschaulicht. Das schienengebundene Fahrzeug 30 umfasst Sensoreinheiten 31, mit denen Sensordaten SG erfasst werden. Die Sensordaten SG werden an eine erfindungsgemäße Positionsermittlungseinrichtung 20 übermittelt, die auf Basis der unterschiedlichen Sensordaten SG eine aktuelle Position P _a (t) ermittelt. Die Position P _a (t) wird an ei- ne zentrale Prozesseinheit 33 übermittelt, welche entspre ^¬ chende Bilddaten I _B an eine Anzeige 34, auf der die ermittel ^¬ te Position P(t) angezeigt wird, und an eine Steuerungsein ^¬ richtung (nicht gezeigt) übermittelt, mit deren Hilfe automa ^¬ tisierte Steuerungsvorgänge, wie zum Beispiel Bremsmanöver bei Signalen oder dem Herannahen anderer Fahrzeuge durchgeführt werden.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen le- diglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han ^¬ delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständig- keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, das diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.