DE102022204607A1

DE102022204607A1 - Apparatus, monitoring system and method for monitoring a rail vehicle for thermal damage

Info

Publication number: DE102022204607A1
Application number: DE102022204607.2A
Authority: DE
Inventors: Niels Brandenburger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (3) zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermische Schäden, wobei die Vorrichtung (3) mindestens einen thermischen Sensor, mindestens eine Steuereinheit (13) und eine Signal-Schnittstelle (14) aufweist, mittels derer Meldungen an eine Zentrale (2) übermittelt werden, wobei der mindestens eine thermische Sensor als Thermal-Kamera (11) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung (3) weiter mindestens eine weitere Kamera (12) im sichtbaren Spektralbereich aufweist, wobei die Signal-Schnittstelle (14) derart ausgebildet ist, Bilddaten der Thermal-Kamera (11) und der weiteren Kamera (12) an die Zentrale (2) zu übermitteln, ein Überwachungssystem und ein Verfahren zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermale Schäden.The invention relates to a device (3) for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage, the device (3) having at least one thermal sensor, at least one control unit (13) and a signal interface (14), by means of which reports are sent to a control center (2) are transmitted, the at least one thermal sensor being designed as a thermal camera (11), the device (3) also having at least one further camera (12) in the visible spectral range, the signal interface (14) being such is designed to transmit image data from the thermal camera (11) and the additional camera (12) to the control center (2), a monitoring system and a method for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Überwachungssystem und ein Verfahren zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermische Schäden.The invention relates to a device, a monitoring system and a method for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage.

Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann es während des Betriebes zu einer übermäßigen Erwärmung eines Radsatzlagers oder einer Bremse kommen. Eine übermäßige Erwärmung eines Radsatzlagers kann zu einem Achsbruch und in weiterer Folge zu einer Entgleisung des Waggons führen. Eine weitere Gefahr bei einer Überhitzung von Radsatzlager oder Bremse ist die Brandgefahr. Zur Überwachung von schienengebundenen Fahrzeugen sind sogenannte Heißläuferortungsanlagen (HOA) bekannt, die überwiegend in Verbindung mit Festbremsortungsanlagen (FBOA) in einer gemeinsamen Anlage kombiniert werden. Dabei werden Infrarotsensoren im Gleisbereich angeordnet, die die Temperatur der Achslager vorbeifahrender Schienenfahrzeuge messen. Bei einer Überschreitung eines Schwellwertes wird automatisch eine Meldung an den zuständigen Fahrdienstleiter übermittelt, der sich dann mit dem Fahrzeugführer in Verbindung setzt. Typischerweise wird der Fahrzeugführer aufgefordert, das Schienenfahrzeug visuell zu überprüfen.In rail-bound vehicles, an axlebox bearing or a brake can overheat during operation. Excessive heating of an axle box bearing can lead to a broken axle and subsequently to a derailment of the wagon. Another risk of overheating of the wheelset bearing or brake is the risk of fire. So-called hot box detection systems (HOA) are known for monitoring rail-bound vehicles, which are combined in a common system, predominantly in connection with brake detection systems (FBOA). Infrared sensors are arranged in the track area, which measure the temperature of the axle bearings of passing rail vehicles. If a threshold value is exceeded, a message is automatically sent to the dispatcher responsible, who then gets in touch with the driver. Typically, the vehicle driver is asked to visually inspect the rail vehicle.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs zu verbessern. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung eines verbesserten Überwachungssystems sowie das Zurverfügungstellen eines entsprechenden Verfahrens.The invention is based on the technical problem of improving a device for monitoring a rail-bound vehicle. Another technical problem is the creation of an improved monitoring system and the provision of a corresponding method.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Überwachungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by a device having the features of claim 1, a monitoring system having the features of claim 5 and a method having the features of claim 8. Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims.

Die Vorrichtung weist mindestens einen thermischen Sensor, eine Steuereinheit und eine Signal-Schnittstelle auf, mittels derer Meldungen an eine Zentrale übermittelt werden, wobei der mindestens eine thermische Sensor als Thermal-Kamera ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung weiter mindestens eine weitere Kamera im sichtbaren Spektralbereich aufweist, wobei die Signal-Schnittstelle derart ausgebildet ist, Bilddaten der Thermal-Kamera und der weiteren Kamera an die Zentrale zu übermitteln. Dabei ist Thermal-Kamera gleichbedeutend mit Wärmebildkamera, Infrarotkamera oder Thermografiekamera. Durch die Verwendung der beiden Kameras kann die visuelle Inspektion durch den Fahrzeugführer weitgehend ersetzt werden, was insbesondere für automatisiert fahrende, führerlose Schienenfahrzeuge von Interesse ist. Aber auch bei Schienenfahrzeugen mit Fahrzeugführer kann weitgehend auf die visuellen Inspektionen verzichtet werden. In der Zentrale können dann die Bilddaten ausgewertet werden. Aufgrund der räumlich aufgelösten Wärmeinformationen kann dann zielgerichtet in den Bildern der weiteren Kamera nach Schäden gesucht werden. Dabei sei angemerkt, dass auch die Vorrichtung selbst bereits eine Analyse der Bilddaten vornehmen kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass stets alle aufgenommenen Bilddaten an die Zentrale übermittelt werden, sodass eine entsprechende Datenbasis aufgebaut werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur Bilddaten übertragen werden, wenn die Steuereinheit eine thermische Anomalie festgestellt hat.The device has at least one thermal sensor, a control unit and a signal interface, by means of which messages are transmitted to a control center, the at least one thermal sensor being designed as a thermal camera, the device also having at least one other camera in the visible spectral range has, wherein the signal interface is designed in such a way to transmit image data from the thermal camera and the additional camera to the control center. Thermal camera is synonymous with thermal imaging camera, infrared camera or thermographic camera. By using the two cameras, the visual inspection by the vehicle driver can be largely replaced, which is of particular interest for automated, driverless rail vehicles. But even in the case of rail vehicles with a driver, visual inspections can largely be dispensed with. The image data can then be evaluated in the control center. Based on the spatially resolved heat information, damage can then be searched for in a targeted manner in the images from the additional camera. It should be noted that the device itself can already perform an analysis of the image data. Provision can be made for all recorded image data to be transmitted to the control center at all times, so that a corresponding database can be built up. However, it can also be provided that image data is only transmitted if the control unit has detected a thermal anomaly.

Prinzipiell ist es möglich, dass die beiden Kameras permanent Bilder aufnehmen, was jedoch energieintensiv ist.In principle, it is possible for the two cameras to take pictures continuously, but this is energy-intensive.

In einer Ausführungsform weist daher die Vorrichtung mindestens eine Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Fahrzeugs auf, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, mindestens die Thermal-Kamera in Abhängigkeit von Signalen der Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Fahrzeugs anzusteuern. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich die weitere Kamera durch die Signale angesteuert wird. Es ist aber auch möglich, wenn die beiden Kameras weit genug voneinander entfernt angeordnet sind, dass dann die Thermal-Kamera die weitere Kamera ansteuert, wenn die Thermal-Kamera eine thermische Anomalie entdeckt hat.In one embodiment, the device therefore has at least one sensor system for detecting an approaching vehicle, the device being designed in such a way that at least the thermal camera is activated as a function of signals from the sensor system for detecting an approaching vehicle. It can also be provided that the further camera is additionally controlled by the signals. However, it is also possible, if the two cameras are arranged far enough apart from one another, for the thermal camera to control the other camera when the thermal camera has detected a thermal anomaly.

Die Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Fahrzeugs kann beispielsweise als Lichtschranke, Mikrofon oder Beschleunigungssensor ausgebildet sein, der beispielsweise Vibrationen der Schienen erfasst. Auch kann vorgesehen sein, dass die weitere Kamera als Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Zuges zusätzlich verwendet wird. Auch kann eine zusätzliche, weitere Kamera als Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Fahrzeugs verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Zentrale die Vorrichtung über ein herannahendes Fahrzeug informiert.The sensor system for detecting an approaching vehicle can be designed, for example, as a light barrier, microphone or acceleration sensor that detects vibrations of the rails, for example. Provision can also be made for the further camera to be additionally used as a sensor system for detecting an approaching train. An additional, further camera can also be used as a sensor system for detecting an approaching vehicle. However, it is also possible for a control center to inform the device of an approaching vehicle.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine Heißläuferortungsanlage und/oder Festbremsortungsanlage auf. Dabei können diese parallel zu den beiden Kameras arbeiten. Alternativ kann die Heißläuferortungsanlage und/oder Festbremsortungsanlage auch als Sensorik zur Erfassung eines herannahenden Zuges für die beiden Kameras verwendet werden.In a further embodiment, the device additionally has a hot box detection system and/or a blocked brake detection system. These can work in parallel with the two cameras. Alternatively, the hot box detection system and/or locked brake detection system can also be used as sensors for detecting an approaching train for the two cameras.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens zwei Thermal-Kameras und mindestens zwei weitere Kameras auf, die von verschiedenen Seiten auf das Gleisbett ausgerichtet sind, um so die Radsatzlager und Bremsen auf beiden Seiten eines Schienenfahrzeugs gut beobachten zu können.In a further embodiment, the device has at least two thermal cameras and at least two other cameras, which are aligned with the track bed from different sides, in order to be able to clearly observe the wheel set bearings and brakes on both sides of a rail vehicle.

Die mindestens eine weitere Kamera im sichtbaren Spektralbereich weist vorzugsweise eine Bildrate größer 10 fps und eine Bitrate größer 6.000 bit/s auf.The at least one additional camera in the visible spectral range preferably has a frame rate greater than 10 fps and a bit rate greater than 6,000 bit/s.

Das Überwachungssystem zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermale Schäden umfasst eine Vielzahl von Vorrichtungen, wie diese zuvor beschrieben wurden, und eine Zentrale.The monitoring system for monitoring a rail vehicle for thermal damage includes a variety of devices as previously described and a control center.

In einer Ausführungsform ist die Zentrale derart ausgebildet, in Abhängigkeit der empfangenen Daten einer Vorrichtung ein Steuersignal an mindestens eine weitere Vorrichtung zu übermitteln. So kann beispielsweise ein Aufnahmewinkel oder eine Auflösung angepasst werden und/oder die Kameras aktiviert werden.In one embodiment, the control center is designed in such a way that it transmits a control signal to at least one other device as a function of the data received from a device. For example, a recording angle or a resolution can be adjusted and/or the cameras can be activated.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Zentrale derart ausgebildet, in Abhängigkeit der empfangenen Daten der Vorrichtungen ein Steuerbefehl für das schienengebundene Fahrzeug zu erzeugen und an das Fahrzeug zu übermitteln. Beispielsweise kann ein Haltesignal an das Fahrzeug übermittelt werden. Das Fahrzeug kann dabei auch ein führerloses Schienenfahrzeug sein.In a further embodiment, the control center is designed in such a way that, depending on the data received from the devices, it generates a control command for the rail-bound vehicle and transmits it to the vehicle. For example, a stop signal can be transmitted to the vehicle. The vehicle can also be a driverless rail vehicle.

Die Auswertung der Bilddaten in der Zentrale kann dabei mittels einer Kl durchgeführt werden, die vorher entsprechend trainiert wurde.The evaluation of the image data in the control center can be carried out by means of an AI that has been appropriately trained beforehand.

Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.With regard to the procedural design, reference is made in full to the previous statements.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermische Schäden.The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment. The only figure shows a schematic representation of a monitoring system for monitoring a rail vehicle for thermal damage.

In der 1 ist schematisch ein Überwachungssystem 1 zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermische Schäden dargestellt, wobei das schienengebundene Fahrzeug selbst nicht dargestellt ist. Das Überwachungssystem 1 weist eine Zentrale 2 und eine Vielzahl von Vorrichtungen 3 zur Überwachung eines schienengebundenen Fahrzeugs auf thermale Schäden auf, die entlang einer Schienenstrecke 4 angeordnet sind, wobei hier nur zwei Vorrichtungen 3 dargestellt sind. Jede Vorrichtung 3 weist zwei Thermal-Kameras 11 und zwei weitere Kameras 12 für den sichtbaren Spektralbereich auf, die jeweils seitlich an der Schienenstrecke 4 angeordnet sind. Dabei ist jeweils einem Paar aus Thermal-Kamera 11 und weiterer Kamera 12 eine Steuereinheit 13 mit einer Signal-Schnittstelle 14 zugeordnet. Dabei kann aber auch eine einzige gemeinsame Steuereinheit für beide Paare vorgesehen sein. Die Signal-Schnittstelle 14 ist als Luftschnittstelle dargestellt, über die Daten per Funk an die Zentrale 2 übermittelt werden können. Grundsätzlich kann die Datenübertragung aber auch leitungsgebunden sein. Weiter weist die Vorrichtung 3 eine kombinierte Heißläuferortungs- und Festbremsortungsanlage 15 auf, die beispielsweise drei Temperatursensoren 16 aufweist. Die kombinierte Heißläuferortungs- und Festbremsortungsanlage 15 weist eine nicht dargestellte Steuereinheit mit Signal-Schnittstelle auf, mittels derer diese mit der Zentrale 2 und/oder den Steuereinheiten 13 kommunizieren kann. Schließlich weist die Vorrichtung 3 noch eine Sensorik 17 zur Erfassung eines herannahenden Fahrzeugs auf.In the 1 a monitoring system 1 for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage is shown schematically, the rail-bound vehicle itself not being shown. The monitoring system 1 has a control center 2 and a large number of devices 3 for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage, which are arranged along a track 4, only two devices 3 being shown here. Each device 3 has two thermal cameras 11 and two further cameras 12 for the visible spectral range, which are each arranged on the side of the track 4 . A control unit 13 with a signal interface 14 is assigned to each pair of thermal camera 11 and additional camera 12 . However, a single common control unit can also be provided for both pairs. The signal interface 14 is shown as an air interface via which data can be transmitted to the control center 2 by radio. In principle, however, the data transmission can also be wired. Furthermore, the device 3 has a combined hot box detection and locked brake detection system 15, which has three temperature sensors 16, for example. The combined hot box detection and locked brake detection system 15 has a control unit (not shown) with a signal interface, by means of which it can communicate with the control center 2 and/or the control units 13 . Finally, the device 3 also has a sensor system 17 for detecting an approaching vehicle.

Fährt nun ein Schienenfahrzeug auf der Gleisstrecke 4 von links nach rechts, so erfasst zunächst die herkömmliche Heißläuferortungs- und Festbremsortungsanlage 15, ob eine thermische Anomalie vorliegt. Ist dies der Fall, kann eine entsprechende Alarmmeldung an die Zentrale 2 abgesetzt werden. Besteht eine Datenverbindung zu den Steuereinheiten 13, können diese auch informiert werden. Ansonsten übermittelt die Sensorik 17 ein Signal an die Steuereinheiten 13, die dann mit ihren Aufzeichnungen beginnen, bis das Schienenfahrzeug vorbeigefahren ist. Erfasst eine Steuereinheit 13 eine thermische Anomalie (z.B. irgendeine sehr heiße Stelle am Schienenfahrzeug), so werden die Bilddaten der Thermal-Kameras 11 und der weiteren Kameras 12 über die Signal-Schnittstelle 14 an die Zentrale 2 übermittelt, wo diese ausgewertet werden. Dies kann durch einen Menschen erfolgen oder aber unterstützend oder vollständig automatisiert durch eine KI (Künstliche Intelligenz). Ergibt dann die Auswertung, dass beispielsweise durch die Wärmeentwicklung die mechanische Stabilität und/oder die Zuverlässigkeit eines Bauteils beeinträchtigt ist oder sein könnte, so wird ein Steuerbefehl an das Schienenfahrzeug übermittelt, dass dieses z.B. anhalten soll.If a rail vehicle now travels from left to right on the track section 4, the conventional hot box detection and brake blocking system 15 first detects whether there is a thermal anomaly. If this is the case, a corresponding alarm message can be sent to control center 2. If there is a data connection to the control units 13, they can also be informed. Otherwise, the sensor system 17 transmits a signal to the control units 13, which then start recording until the rail vehicle has passed. If a control unit 13 detects a thermal anomaly (e.g. any very hot spot on the rail vehicle), the image data from the thermal cameras 11 and the other cameras 12 are transmitted via the signal interface 14 to the control center 2, where they are evaluated. This can be done by a human or supported or fully automated by an AI (artificial intelligence). If the evaluation then shows that the mechanical stability and/or the reliability of a component is or could be impaired, for example due to heat generation, a control command is sent to the rail vehicle, e.g. to stop it.

Bezugszeichenlistereference list

11: Überwachungssystemsurveillance system
22: Zentraleheadquarters
33: Vorrichtungcontraption
44: Schienenstreckerail track
1111: Thermal-Kamerathermal camera
1212: Kameracamera
1313: Steuereinheitcontrol unit
1414: Signalschnittstellesignal interface
1515: Heißläuferortungs- und FestbremsortungsanlageHot box detection and brake detection system
1616: Temperatursensortemperature sensor
1717: Sensoriksensors

Claims

Device (3) for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage, the device (3) having at least one thermal sensor, at least one control unit (13) and a signal interface (14), by means of which messages are transmitted to a control center (2). characterized in that the at least one thermal sensor is designed as a thermal camera (11), the device (3) further having at least one further camera (12) in the visible spectral range, the signal interface (14) being designed in this way is to transmit image data from the thermal camera (11) and the additional camera (12) to the control center (2).

device after claim 1 , characterized in that the device (3) has at least one sensor system (17) for detecting an approaching vehicle, the device (3) being designed in such a way that at least the thermal camera (11) depends on signals from the sensor system (17) to detect an approaching vehicle.

device after claim 1 or 2 , characterized in that the device (3) additionally has a hot box detection system and/or a fixed brake detection system (15).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (3) has at least two thermal cameras (11) and at least two further cameras (12) which are aligned on a track bed from different sides.

Monitoring system (1) for monitoring a rail vehicle for thermal damage, comprising a plurality of devices (3) according to one of the preceding claims and a control center (2).

surveillance system claim 5 , characterized in that the control center (2) is designed in such a way as to transmit a control signal to at least one further device (3) as a function of the data received from a device (3).

Monitoring system according to one of the Claims 5 or 6 , characterized in that the control center (2) is designed in such a way as to generate a control command for the rail-bound vehicle as a function of the data received from the devices (3) and to transmit it to the vehicle.

Method for monitoring a rail-bound vehicle for thermal damage using a monitoring system (1), the monitoring system (1) having a large number of devices (3) and a control center (2), the devices (3) each having at least one thermal camera (11), an additional camera (12) in the visible spectral range, a signal interface (14) and a control unit (13), with images of a passing vehicle using the thermal camera (11) and the additional camera (12) are included, which are at least situationally transmitted to the control center (2).