DE102023204214A1 - Validierung einer Objekterkennungseinrichtung eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Validierungssystem (10) zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU). Es umfasst ein Referenzobjekt (20), welches an einer Objektposition (P20) im Bereich eines Schienenweges (RT) positioniert ist und wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) aufweist, die zusammen mit der Objektposition (P20) in einer Datenbank (30) gespeichert sind. Es umfasst ferner ein Abstandsbestimmungssystem (40) zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstands (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20), welches ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul (41) mit einer Empfangseinheit (42) für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und eine mit der Datenbank (30) kommunizierende Recheneinheit (43) zur Berechnung des aktuellen Soll-Objektabstandes (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Objektposition (P20) aufweist. Eine Prüfeinheit (50) ist ausgebildet, Abweichungen (ΔD, ΔM, ΔT) zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll-Objektdaten (M-ref, T-ref) zu berechnen. Sie ist ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob die Abweichungen (ΔD, ΔM, ΔT) innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-M, VAL-T) liegen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Validierungssystem und ein Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung.
• Für den teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb eines Schienenfahrzeugs, wie zum Beispiel einer Straßenbahn, aber auch eines Regional- oder Hochgeschwindigkeitszugs, kommen zunehmend Objekterkennungseinrichtungen zum Einsatz, welche eine an einer Fahrzeugfront angeordnete Sensoranordnung aufweisen. Eine solche Sensoranordnung weist einen Erfassungsbereich - auch Sichtfeld oder Bildbereich genannt - auf, der in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs nach vorne ausgerichtet ist. Die Sensoranordnung umfasst einen oder mehrere Umfeldsensoren zur Aufnahme von Sensordaten, welche im Erfassungsbereich liegende Objekte repräsentieren. Objekte des Umfelds können Gleisanlagen mit dem vom Schienenfahrzeug benutzten sowie zu diesem benachbarten Gleisen, im Bereich der Gleisanlagen vorhandene Gebäude und Vegetation, Betriebseinrichtungen einer Oberleitungsanlage oder von Signalanlagen, insbesondere aber stationäre oder sich in Bewegung befindliche Objekte, die ein Hindernis mit Kollisionsgefahr für das Schienenfahrzeug darstellen können. Als potenzielle Hindernisse sollen insbesondere andere Schienenfahrzeuge, Last- und Personenkraftwägen, Motorrad- und Fahrradfahrer, Fußgänger aber auch Gleisabschlüsse, wie zum Beispiel ein Prellbock, erkannt werden. Als Umfeldsensoren können monokulare Videokameras, Stereokameras, Laufzeitkameras, Lidarsensoren, Laserscanner, Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Wärmebildkameras und dergleichen zum Einsatz kommen, deren Sensordaten ein im Erfassungsbereich befindliches Objekt repräsentieren. Die aufgenommenen Sensordaten werden einer Auswertungseinheit der Objekterkennungseinrichtung zugeführt und von dieser verarbeitet, wobei insbesondere Sensordaten unterschiedlicher Umfeldsensoren fusioniert werden, um aktuelle Ist-Werte eines Objektes zu ermitteln. Als Ist-Werte sollten hier die relativ zur Sensoranordnung der Objekterkennungseinrichtung ermittelte Objektposition, die durch einen longitudinalen Objektabstand zwischen Objekt und der aktuellen Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs sowie durch einen lateralen Objektabstand zwischen dem Objekt und dem befahrenen Gleis gegeben ist. Ferner gehören zu den Ist-Werten des Objektes weitere dieses charakterisierende Objektdaten, insbesondere wenigstens eine Objektabmessung und ein Objekttyp. Als wenigstens eine Objektabmessung können eine Objekthöhe, eine Objektbreite, eine Objektdiagonale, eine Objektfläche, ein Objektumriss oder mehrere der genannten Objektabmessungen ermittelt werden. Als Objekttypen können ein Schienenfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Motor- oder Fahrrad, ein Fußgänger oder ein Prellbock unterschieden werden. Je nach erkanntem Objekttyp und mehrerer zeitlich aufeinanderfolgend, erkannter Objektpositionen kann die Objekterkennungseinrichtung ermitteln, ob ein Objekt ein Hindernis mit Kollisionsgefahr für das Schienenfahrzeug darstellt, um bei Bedarf einen Alarm an den Fahrzeugführer und/oder Verkehrsteilnehmer in einer Fahrzeugumgebung oder automatisch einen Bremseingriff oder eine Notbremsung durch die Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs auszulösen.
• Der Verlässlichkeit der von der Objekterkennungseinrichtung ermittelten Ist-Werte kommt daher eine entscheidende Bedeutung für die Sicherheit eines teil- oder vollautomatisierten Betriebs eines Schienenfahrzeugs zu.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur Überprüfung der Funktion einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung vorzuschlagen.
• Die Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein erfindungsgemäßes Validierungssystem zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung, welche eine einen Erfassungsbereich aufweisende Sensoranordnung zur Aufnahme von ein im Erfassungsbereich befindliches Objekt repräsentierenden Sensordaten und eine die aufgenommenen Sensordaten verarbeitende Auswertungseinheit zur Ermittlung eines aktuellen Ist-Objektabstandes zwischen Schienenfahrzeug und Objekt sowie von das Objekt charakterisierenden Ist-Objektdaten aufweist, wobei als Ist-Objektdaten ein Ist-Objekttyp und wenigstens eine Ist-Objektabmessung ermittelt werden. Neben dem longitudinalen Ist-Objektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Objekt kann auch ein lateraler Ist-Objektabstand zwischen Objekt und Gleismitte des vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleises ermittelt werden. Als Ist-Objektabmessung können ermittelt werden eine Ist-Objekthöhe und/oder eine Ist-Objektbreite und/oder eine Ist-Objektdiagonale und/oder ein Ist-Objektflächeninhalt und/oder eine Ist-Objektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Objektquerschnitts. Als Ist-Objekttyp können andere Schienenfahrzeuge, die auf dem befahrenen oder einem benachbarten Gleis verkehren, ein Lastkraftwagen, ein Personenkraftwagen, ein Motorradfahrer, ein Fahrradfahrer, ein Fußgänger und ein Prellbock auf dem vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleis ermittelt und voneinander unterschieden werden.
• Das Validierungssystem umfasst wenigstens ein Referenzobjekt, welches derart an einer Objektposition im Bereich eines Schienenweges positioniert ist, dass es im Erfassungsbereich der Sensoranordnung des sich dem Referenzobjekt auf dem Schienenweg nähernden Schienenfahrzeugs liegt. Das Referenzobjekt weist einen Soll-Objekttyp und wenigstens eine Soll-Objektabmessung als Soll-Objektdaten auf, die auch als Soll-Werte bezeichnet werden. Entlang eines Schienenweges, der beispielsweise als Stichstrecke oder Rundstrecke für einen Regionalzug ausgeführt sein kann, können mehrere Validierungsstellen dauerhaft oder temporär eingerichtet sein, welche das Schienenfahrzeug auf seiner Fahrt nacheinander passiert. An einer Validierungsstelle können auch mehrere Referenzobjekte positioniert sein, die an unterschiedlichen Objektpositionen positioniert sind und unterschiedliche Soll-Objekttypen und/oder unterschiedliche Soll-Objektdaten aufweisen können. Die Objektpositionen, Soll-Objekttypen und Soll-Objektdaten eines Referenzobjekts sind mit einer vordefinierten Genauigkeit bekannt, beispielsweise können die Referenzobjekte mit einer hochgenauen Positionsmesstechnik an ihren Objektpositionen eingemessen werden. Ein Referenzobjekt kann die für einen jeweiligen Soll-Objekttyp charakteristischen Soll-Objektabmessungen aufweisen. Ein Referenzobjekt kann als Dummy gestaltet sein, welches eine Person, ein Wildtier, ein Automobil, einen Kinderwagen, einen Lichtmast, einen Oberleitungsmast, und dergleichen, darstellt. Bei der Annäherung des Schienenfahrzeugs an ein Referenzobjekt oder an eine Gruppe von Referenzobjekten dienen deren Soll-Werte als Vergleichsbasis für die entsprechenden, von der Objekterkennungseinrichtung ermittelten Ist-Werte. Im Betrieb nähert sich das Schienenfahrzeug nach gewissen Streckenabschnitten immer wieder Referenzobjekten, um einen Abgleich zwischen aktuell von der Objekterkennungseinrichtung ermittelten Ist-Werten mit bekannten Soll-Werten durchführen beziehungsweise wiederholen zu können.
• Das Validierungssystem umfasst auch eine Datenbank, in welcher die Objektposition und die Soll-Objektdaten des positionierten Referenzobjekts gespeichert sind. Bei mehreren Referenzobjekten sind diese Soll-Werte für jedes Referenzobjekt in der Datenbank abgelegt. Je nach Ausgestaltung des Validierungssystems kann die Datenbank auf dem Schienenfahrzeug oder auf dem oder den Referenzobjekten angeordnet oder von einem Betreiber des Schienenfahrzeugs zentral oder über die Cloud zur Verfügung gestellt sein.
• Das Validierungssystem umfasst darüber hinaus ein Abstandsbestimmungssystem zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstandes zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobjekt. Hierzu weist das Abstandsbestimmungssystem ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul mit einer Empfangseinheit für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs auf. Außerdem weist das Abstandsbestimmungssystem eine mit der Datenbank kommunizierende Recheneinheit zur Berechnung des aktuellen Soll-Objektabstandes aus der aktuellen Fahrzeugposition und der Objektposition auf. Zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition werden Signale von so genannten globalen Satellitensystemen zur Positionsbestimmung und Navigation (englisch: Global Navigation Satellite System, kurz: GNSS), wie zum Beispiel NAVSTAR GPS, GLANOSS, Galileo oder Beidou, durch die Empfangseinheit empfangen. Die Recheneinheit des Abstandsbestimmungsmoduls berechnet fortlaufend mit hoher Frequenz, beispielsweise 10 Hz oder 100 Hz, den Soll-Objektabstand zwischen der Objektposition des von der Objekterkennungseinrichtung erfassten Referenzobjekts und der aktuell bestimmten Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs.
• Das Validierungssystem umfasst ferner eine Prüfeinheit, die ausgebildet ist, Abweichungen zwischen den ermittelten Ist-Objektabständen und den berechneten Soll-Objektabständen sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten und den Soll-Objektdaten zu berechnen. Die Prüfeinheit ist ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob die Abweichungen innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche liegen. Als Validitätsbereich soll hier ein um einen Soll-Objektwert liegender Toleranzbereich für Ist-Objektwerte verstanden werden; von der Objekterkennungseinrichtung ermittelte Ist-Objektwerte, die innerhalb des Toleranzbereichs liegen, werden dann als valide qualifiziert. Liegen die für ein Referenzobjekt ermittelten Ist-Objektwerte innerhalb der Toleranzbereiche, ist die Funktionsüberprüfung der Objekterkennungseinrichtung positiv ausgefallen und es ist davon auszugehen, dass die Objekterkennungseinrichtung den Soll-Objekttyp und den Soll-Objektabstand des Referenzobjektes richtig und genau genug erkennt.
• Das Validierungssystem kann im laufenden Bahnbetrieb zu jeder Tages- und Nachtzeit und entsprechenden Umgebungsbedingungen zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Objekterkennungseinrichtung eines Schienenfahrzeugs verwendet werden. Es kann aber auch bereits zur umfassenden Funktionsüberprüfung einer für Schienenfahrzeuge noch in Entwicklung befindlichen Objekterkennungseinrichtung verwendet werden. Sollten sich die Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Objektwerten aus irgendeinem Grund außerhalb der zugeordneten Validitätsbereiche bewegen, können sofort Maßnahmen ergriffen werden. Das erfindungsgemäße Validierungssystem erhöht hierdurch die Betriebssicherheit eines teil- oder vollautomatisierten Schienenfahrzeugs mit einer Objekterkennungseinrichtung für die Hinderniserkennung erheblich.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ein digitales Kartensystem für ein den Schienenweg aufweisendes Schienennetz, in welchem die Objektposition des positionierten Referenzobjektes verzeichnet ist. Dabei ist das Abstandsbestimmungssystem dazu ausgebildet, ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands des Schienenfahrzeugs vor der Objektposition festzustellen. Ein Erreichen des Auslöseabstandes löst dann aus, dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs an das Referenzobjekt fortlaufend Sensordaten durch die Sensoranordnung aufgenommen werden, aktuelle Ist-Objektabstände und Ist-Objektdaten durch die Auswertungseinheit ermittelt werden, aktuelle Soll-Objektabstände durch das Abstandsbestimmungssystem bestimmt werden, und Abweichungen berechnet werden und jeweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche liegen. Das digitale Kartensystem kann direkt auf dem Schienenfahrzeug gespeichert sein, zumindest ist auf dieses vom Schienenfahrzeug aus zugreifbar, wenn es an einem andern Ort gespeichert ist. Die Prüfeinheit des Validierungssystems muss auf diese Weise nicht fortwährend betrieben werden, sondern lediglich bei Annäherung an ein Referenzobjekt. Die Sensoranordnung und die Auswertungseinheit der Objekterkennungseinrichtung arbeiten im Regelbetrieb laufend, während in einer Evaluierungsphase einer in Entwicklung befindlichen Objekterkennungseinrichtung kann diese ebenfalls erst bei Annäherung an ein Referenzobjekt mit dem Validierungssystem gestartet werden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Kommunikationssystem mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul und einem referenzobjektseitigen Kommunikationsmodul, welche dazu eingerichtet sind, Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Referenzobjekt auszutauschen, und optional zusätzlich mit einer Betriebszentrale und einem Datenspeicher in einer Rechnerwolke. Für die drahtlose Kommunikation zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobjekt können gängige Funksysteme im Frequenzbereich 433 MHz oder 868 MHz zum Einsatz kommen. Für die Kommunikation mit einer Betriebszentrale des Schienenfahrzeugs und mit dem Datenspeicher in der Rechnerwolke (engl. Cloud) können drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) oder Mobilfunksysteme nach dem Standard LTE oder 5G zur Anwendung kommen. Ebenso können die Kommunikationsmodule als Endgeräte eines Satellitennetzwerks für den Internetzugang, beispielsweise das Starlink-Satellitennetzwerk, ausgebildet sein. Das Kommunikationssystem erlaubt es, durch die Komponenten des Validierungssystems generierten Daten auf andere Komponenten des Validierungssystems zu übertragen, unabhängig davon, ob diese auf dem Schienenfahrzeug, auf dem Referenzobjekt, in einer Betriebszentrale oder in der Cloud erzeugt wurden bzw. gespeichert liegen.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das Referenzobjekt ein referenzobjektseitiges Positionsbestimmungsmodul mit einer Empfangseinheit für Navigationssatellitensignale auf, welches dazu ausgebildet ist, die Objektposition des Referenzobjektes nach dessen Positionierung im Bereich des Schienenweges zu bestimmen. Anstelle eines manuellen Einmessens der Objektposition beim Positionieren eines Referenzobjektes kann beim Referenzobjekt dieselbe Positionsbestimmungstechnik wie im Schienenfahrzeug verwendet werden, so dass die Objektposition nach Positionierung eines Referenzobjekts automatische aus den empfangenen GNSS-Signalen bestimmt wird. Die ermittelte Objektposition kann in die Datenbank zu den übrigen Soll-Werten des Referenzobjektes eingetragen werden. Sie wird über das Kommunikationssystem an das Schienenfahrzeug übertragen, wo die Recheneinheit des Abstandsbestimmungssystems aus den jeweils aktuell ermittelten Objekt- und Fahrzeugpositionen in hoher Frequenz einen genauen Abstand zwischen Schienenfahrzeug und Objekt, den so genannten aktuellen Soll-Objektabstand, berechnet.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem zusätzlich eine inertiale Messeinheit zur Messung eines Fahrzeugpositionswertes auf, wobei die aktuelle Fahrzeugposition aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert bestimmt wird. Eine an sich bekannte inertiale Messeinheit kombiniert Beschleunigungs- und Drehratensensoren, um - bezogen auf einen Referenzpunkt - unter anderem seine Ortsposition durch zweimalige Integration der ermittelten Beschleunigungswerte zu gewinnen. Diese ermittelte Ortsposition stellt den gemessenen Fahrzeugpositionswert dar. Durch zusätzliche Berücksichtigung dieses Fahrzeugpositionswertes wird die Genauigkeit gegenüber der nur auf GNSS-Signalen beruhenden Bestimmung der Fahrzeugposition um einen Faktor 5 bis 10 erhöht. Hierdurch wird wiederum die Genauigkeit der berechneten aktuellen Soll-Objektabstände erhöht. Eine inertiale Messeinheit kann auch im Referenzobjekt vorgesehen sein, wodurch sich die Genauigkeit der bestimmten Objektposition ebenfalls verbessert.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Zeitsynchronisationssystem mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul und mit einem referenzobjektseitigen Synchronisationsmodul, welche dazu ausgebildet sind, dass die Aufnahme der Sensordaten, die Ermittlung der Ist-Objektabstände und der Ist-Objektdaten, die Bestimmung der Soll-Objektabstände und die Berechnung der Abweichungen zeitsynchronisiert erfolgen. Ferner weist es einen Datenspeicher zur Aufzeichnung der zeitsynchronisierten Sensordate, Ist-Objektabstände Ist-Objektdaten, Soll-Objektabstände und Abweichungen auf. Die Synchronisationsmodule verfügen über eigene interne Uhren, die über an sich bekannte Verfahren (zum Beispiel das Precision Time Protocol nach IEEE 1588 oder das GPS-Zeitsignal) synchronisiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Synchronisationsmodule und die im Schienenfahrzeug beziehungsweise Referenzobjekt mit den Synchronisationsmodulen verbundenen Komponenten aufeinander abgestimmt zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Aktionen, also Sensordatenaufnahme, Ist-Objektabstands- und Ist-Objektdatenermittlung, Soll-Objektabstandsbestimmung, Abweichungsberechnung und die Datenaufzeichnung ausführen. Die Synchronität erlaubt es, zeitlich zueinander gehörige Daten in Beziehung zu setzen. Der Datenspeicher kann dabei auf dem Schienenfahrzeug und/oder dem Referenzobjekt und/oder in der Cloud liegen. Der Datenspeicher kann ein Managementsystem aufweisen, welches eine entsprechende Mitteilung versendet, wenn die im Datenspeicher gespeicherte Datenmenge einen Schwellwert überschreitet, so dass Maßnahmen getroffen werden können, damit stets genügend Speicherplatz im Datenspeicher zur Verfügung steht.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner ein Wettersystem mit einem Umgebungssensor zur Aufnahme von Umgebungsdaten des Referenzobjektes, welche die Aufnahme von Sensordaten durch die Sensoranordnung beeinflussen können, wobei die Umgebungsdaten zeitsynchronisiert aufgenommen und im Datenspeicher zeitsynchronisiert aufgezeichnet werden. Die Aufnahme von Sensordaten durch die Sensoranordnung für die Objekterkennung kann je nach verwendeten Umfeldsensoren beeinflusst werden durch das im Bereich des Referenzobjekts herrschende Wetter, also durch die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder den Luftdruck und/oder den Niederschlag und/oder die Windgeschwindigkeit und/oder die Sonneneinstrahlung und dergleichen. Zur Aufnahme dieser Umgebungsdaten sind im Bereich des Referenzobjekts ein oder mehrere Umgebungssensoren angeordnet, die als Thermometer und/oder Hygrometer und/oder Barometer und/oder Ombrometer und/oder Anemometer und/oder Pyranometer ausgebildet sein können. Die Umgebungssensoren können zu einer am Referenzobjekt angeordneten Wetterstation zusammengefasst sein. Es können aber auch Umgebungssensoren eines Wetterdienstleisters verwendet werden, von dem lediglich die auf eine Umgebung um die Objektposition bezogenen Umgebungsdaten empfangen werden. Die Aufnahme der Umgebungsdaten kann ebenfalls zeitsynchronisiert erfolgen, so dass diese gegebenenfalls nach einer Datenübertragung beispielswiese an das Schienenfahrzeug in der Speichereinheit zeitsynchronisiert mit den anderen Daten abgelegt werden können. Liegen Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Werten außerhalb der Validitätsbereiche, so kann das daran liegen, dass der Auswerteeinheit der Objekterkennungseinrichtung zur Verarbeitung keine vollständigen Sensordaten oder fehlerbehafte Sensordaten durch witterungsbedingte Einflüsse zur Verfügung stehen. Anstelle eines negativen Ergebnisses für die Funktionsüberprüfung kann die Prüfeinheit das Prüfergebnis bei Vorliegen schlechter Wettereinflüsse beispielsweise als ungültig verwerfen.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Validierungssystem ferner eine mit der Prüfeinheit verbundene Meldeeinheit, welche dazu ausgebildet ist, eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs und/oder in einer Betriebszentrale des Schienenfahrzeugs zu senden, wenn die Überprüfung ergeben hat, dass Abweichungen außerhalb der jeweiligen Validitätsbereiche liegen. Falls eine oder mehrere Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten außerhalb der betreffenden Validitätsbereiche liegen, kann per E-Mail oder über einen anderen Nachrichtendienst eine Mitteilung an einen Führerstand des Schienenfahrzeugs oder an eine Betriebszentrale des Schienenfahrzeugs gesendet und dort über eine beispielsweise als Display oder Monitor ausgebildete Ausgabeeinheit für den Lokführer bei halbautomatisiertem Fahrzeugbetrieb und/oder an einen Zentralenmitarbeiter bei vollautomatisierten Fahrzeugbetrieb dargestellt werden. Die Mitteilung kann die Werte der Abweichungen in Bezug auf die Validitätsbereiche enthalten, aber auch die Größe der Abweichungen werten und Handlungsempfehlungen dahingehend enthalten, ob für die Objekterkennungseinrichtung zum Beispiel eine baldige Wartung oder eine sofortige Außerbetriebnahme empfohlen wird.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Validierungssystems weist das Referenzobjekt eine wiederaufladbare Energiequelle zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie auf. Hierdurch sind Referenzobjekte in ihrer Energieversorgung frei von Energienetzanschlüssen und können flexibel entlang des Schienenwegs positioniert werden. Ein Managementsystem für eine als Akkumulator ausgebildete Energiequelle erkennt, wenn der Ladezustand einen Schwellwert unterschreitet, worauf eine entsprechende Mitteilung versendet werden kann, um den Akkumulator wieder aufzuladen. Alternativ können die Referenzobjekte auch über Netzteile mit elektrischer Energie versorgt werden.
• Die Aufgabe wird andererseits gelöst durch ein erfindungsgemäßes Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung. Demnach wird ein Referenzobjekt, welches wenigstens eine Soll-Objektabmessung und einen Soll-Objekttyp als Soll-Objektdaten aufweist, an einer Objektposition im Bereich eines vom Schienenfahrzeug zu befahrenden Schienenweges positioniert. Es werden das Referenzobjekt charakterisierende Sensordaten durch eine Sensoranordnung der Objekterkennungseinrichtung aufgenommen . Aus den aufgenommenen Sensordaten werden durch eine Auswertungseinheit der Objekterkennungseinrichtung ein aktueller Ist-Objektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobjekt sowie wenigstens eine Ist-Objektabmessung und ein Ist-Objekttyp als Ist-Objektdaten ermittelt. Es wird ein aktueller Soll-Objektabstand zwischen Schienenfahrzeug und Referenzobjekt bestimmt, indem mittels empfangener Navigationssatellitensignale die aktuelle Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs bestimmt und der aktuelle Soll-Objektabstand aus der aktuellen Fahrzeugposition und der Objektposition berechnet wird. Ferner werden Abweichungen zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand und dem berechneten Soll-Objektabstand sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten und den Soll-Objektdaten berechnet. Schließlich wird feststellt, ob die Abweichungen innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche liegen. Für die Durchführung dieses Verfahrens eignet sich insbesondere das eingangs beschriebene, erfindungsgemäße Validierungssystem.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in deren einziger
• FIG Komponenten und Datenströme des erfindungsgemäßen Validierungssystems
schematisch veranschaulicht sind.
• Gemäß der Figur fährt ein teilweise dargestelltes Schienenfahrzeug RV mit einem frontseitig angeordneten Führerstand DRC auf einem Schienenweg RT nach rechts. Das Schienenfahrzeug RV kann beispielsweise ein Regionalzug, aber auch eine Straßenbahn oder ein Hochgeschwindigkeitszug sein. Für einen teil- oder vollautomatisierten Betrieb ist auf dem Schienenfahrzeug RV eine Objekterkennungseinrichtung ORU installiert, um potenzielle Hindernisse auf dem vorausliegenden Schienenweg RT zu erkennen. Die Objekterkennungseinrichtung ORU weist hierzu eine frontseitig angeordnete Sensoranordnung SEN auf, die aus einem oder mehreren, nicht im Einzelnen dargestellten Umfeldsensoren aufgebaut ist. Als Umfeldsensoren können je nach Erkennungsaufgabe ein oder mehrere Lidar-, Kamera-, Radar- und/oder Infrarotsensoren zur Anwendung kommen, deren Sichtbereiche hinsichtlich Reichweite und Öffnungswinkel wenigstens teilweise überlappen und einen Erfassungsbereich FOV der Sensoranordnung SEN bilden. In Abhängigkeit der maximalen Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs RV kann der Erfassungsbereich FOV einen vor dem Schienenfahrzeug RV liegenden Gleisabschnitt von mindestens 5 m bis zu 500 m sowie seitlich dieses Gleisabschnitts liegende Umgebungsbereich abdecken. Die Sensoranordnung SEN dient zur Aufnahme von Sensordaten SD, die ein im Erfassungsbereich FOV befindliches Objekt repräsentieren. Im Erfassungsbereich FOV können sich auch mehrere Objekte befinden. Die aufgenommenen Sensordaten SD werden in einer Auswertungseinheit EVU der Objekterkennungseinrichtung ORU verarbeitet, um aktuelle Ist-Werte des oder der Objekte zu ermitteln. Aus den Sensordaten SD einzelner Umfeldsensoren oder den fusionierten Sensordaten mehrerer Umfeldsensoren können als Ist-Werte des oder der Objekte jeweils ein aktueller Ist-Objektabstand D zwischen Schienenfahrzeug RV und Objekt sowie das Objekt charakterisierende Ist-Objektdaten M, T ermittelt werden, nämlich wenigstens eine Ist-Objektabmessung M sowie ein Ist-Objekttyp T eines Objekts. Als Ist-Objektabmessung M können ermittelt werden eine Ist-Objekthöhe und/oder eine Ist-Objektbreite und/oder eine Ist-Objektdiagonale und/oder ein Ist-Objektflächeninhalt und/oder eine Ist-Objektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Objektquerschnitts. Daraus kann der Ist-Objekttyp T eines Objekts erkannt werden, also ob es sich bei dem erfassten Objekt um ein anderes Schienenfahrzeug, welches auf dem befahrenen oder einem benachbarten Gleis verkehrt, einen Lastkraftwagen, einen Personenkraftwagen, einen Motorradfahrer, einen Fahrradfahrer, einen Fußgänger, etwa einen Erwachsenen oder ein Kind, einen Kinderwagen, ein Tier, insbesondere ein Wildtier, einen Laternenmast, einen Oberleitungsmast, einen Prellbock oder andere Objekte der gleisnahen Infrastruktur handelt. Eine verlässliche automatisierte Erfassung der Ist-Werte D, M, T vorausliegender Objekte ist für ein Schienenfahrzeug RV im automatisierten Betrieb von zentraler Bedeutung, wenn die Beobachtung des dem Schienenfahrzeug RV vorausliegenden Umfelds nicht mehr allein in den Aufgabenbereich eines Lokführers im Führerstand DRC fällt oder der Einsatz eines Lokführers völlig entfallen soll.
• Erfindungsgemäß wird daher ein Validierungssystem 10 zur Funktionsüberprüfung der auf einem Schienenfahrzeug RV installierten Objekterkennungseinrichtung ORU vorgeschlagen.
• Das Validierungssystem 10 umfasst ein oder mehrere Referenzobjekte 20, die entlang des Schienenweges RT an einer oder mehreren Validierungsstellen positioniert sind. An einer Validierungsstelle können ein oder mehrere Referenzobjekte 20 positioniert sein. Die Validierungsstellen sind entlang des beispielsweise als Stichstrecke oder Rundstrecke ausgeführten Schienenwegs RT derart voneinander beabstandet eingerichtet, dass das Schienenfahrzeugs RV während seines Betriebs immer wieder eine der Validierungsstellen passiert, an welchen die Funktion der Objekterkennungseinrichtung ORU anhand bekannter Referenzobjekte 20 überprüft werden kann.
• Jedes Referenzobjekt 20 ist derart an einer Objektposition P20 im Bereich des Schienenweges RT positioniert, dass es im Erfassungsbereich FOV der Sensoranordnung SEN des sich dem Referenzobjekt 20 auf dem Schienenweg RT nähernden Schienenfahrzeugs RV liegt. Die jeweilige Objektposition P20 wird bei der Aufstellung eines Referenzobjektes 20 mit hoher Genauigkeit eingemessen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Referenzobjekt 20 ein referenzobjektseitiges Positionsbestimmungsmodul 21 mit einer Empfangseinheit 22 für Navigationssatellitensignale auf, womit die Objektposition P20 des Referenzobjektes 20 nach dessen Positionierung automatisch mit der hohen Genauigkeit der GNSS-Signale bestimmt wird.
• Jedes Referenzobjekt 20 ist als künstliche Testattrappe, auch Dummy genannt, mit bestimmten Soll-Werten gestaltet. So hat ein Referenzobjekt 20 einen bestimmten Soll-Objekttyp T-ref, etwa eine Person, ein Wildtier, ein Kraftfahrzeug, einen Kinderwagen, einen Lichtmast, einen Oberleitungsmast, und dergleichen, der durch eine oder mehrere Soll-Objektabmessungen M-ref definiert ist. Als Soll-Objektabmessung M-ref kommen beispielsweise eine Soll-Objekthöhe und/oder eine Soll-Objektbreite und/oder eine Soll-Objektdiagonale und/oder ein Soll-Objektflächeninhalt und/oder eine Soll-Objektbegrenzung, also ein Formverlauf der äußeren Begrenzung eines Objektquerschnitts in Betracht. So können Referenzobjekte 20 unterschiedlicher Typen, Größen und Posen als Testattrappen gefertigt und an einer Validierungsstellte positioniert werden. Bei der Annäherung des Schienenfahrzeugs RV an ein Referenzobjekt 20 oder an eine Gruppe von Referenzobjekten 20 dienen deren Soll-Werte als Vergleichsbasis für die entsprechenden, von der Objekterkennungseinrichtung ORU ermittelten Ist-Werte.
• Das Validierungssystem 10 umfasst auch eine Datenbank 30, in welcher die Objektposition P20 und die Soll-Objektdaten M-ref, T-ref eines positionierten Referenzobjekts 20 gespeichert sind. Bei mehreren Referenzobjekten 20 sind Soll-Objektabmessungen M-ref und Soll-Objekttyp T-ref für jedes Referenzobjekt 20 in der Datenbank 30 abgelegt. Je nach Ausgestaltung des Validierungssystems 10 ist die Datenbank 30 auf dem oder verteilt auf den Referenzobjekten 20 angeordnet, kann aber auch auf dem Schienenfahrzeug RV angeordnet oder beispielsweise von einem Betreiber des Schienenfahrzeugs RV zentral oder über die eine Rechnerwolke bzw. Cloud CLD zur Verfügung gestellt sein.
• Das Validierungssystem 10 umfasst darüber hinaus ein Abstandsbestimmungssystem 40 zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstandes D-ref zwischen Schienenfahrzeug RV und Referenzobjekt 20. Dieser hochgenau bestimmte Soll-Objektabstand D-ref dient als Referenzwert beziehungsweise Vergleichsbasis für den von der Objekterkennungseinrichtung ORU erfassten Ist-Objektabstand D. Das Abstandsbestimmungssystem 40 weist hierzu ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul 41 mit einer Empfangseinheit 42 für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung einer aktuellen Fahrzeugposition PRV des Schienenfahrzeugs RV auf, dessen Genauigkeit durch die GNNS-Signale, beispielsweise von GPS oder GALILEO, vorgegeben ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem 40 zusätzlich eine inertiale Messeinheit 44 mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren auf, um einen weiteren Fahrzeugpositionswert zu gewinnen. Die aktuelle Fahrzeugposition PRV wird dann mit höherer Genauigkeit aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert bestimmt. Das Abstandsbestimmungssystem 40 weist ferner eine Recheneinheit 43 zur Berechnung zur Berechnung des aktuellen Soll-Objektabstandes D-ref auf, der aus der bestimmten aktuellen Fahrzeugposition PRV und der Objektposition P20 des Referenzobjektes 20 berechnet wird. Die Recheneinheit 43 kommuniziert hierzu mit der Datenbank 30, um die dort hinterlegte Objektposition P20 des Referenzobjektes 20 zu beziehen.
• Liegt die Objektposition P20 auf einer Datenbank 30 im Referenzobjekt 20 und die Recheneinheit 43 auf dem Schienenfahrzeug RV, so wird die Objektposition P20 beispielsweise per Funk vom Referenzobjekt 20 an das Schienenfahrzeug RV übertragen. Hierzu umfasst das Validierungssystem 10 ferner ein Kommunikationssystem 60 mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul 61 und einem referenzobjektseitigen Kommunikationsmodul 62. Diese sind dazu eingerichtet, Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug RV und dem Referenzobjekt 20 auszutauschen, beispielsweise indem diese ein im Frequenzbereich 433 MHz oder 868 MHz arbeitendes Funksystem bilden.
• Das Validierungssystem 10 umfasst ferner eine Prüfeinheit 50, die ausgebildet ist, Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT zwischen den ermittelten Ist-Objektabständen D und den berechneten Soll-Objektabständen D-ref sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten M, T und den Soll-Objektdaten M-ref, T-ref zu berechnen: $$\begin{array}{l}\Delta \text{D}=\text{D}-\text{D}-\text{ref}\\ \Delta \text{M}=\text{M}-\text{M}-\text{ref}\\ \Delta \text{T}=\text{T}-\text{T}-\text{ref}\end{array}$$

  
• Die Prüfeinheit 50 stellt dann fest, ob die berechneten Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen. Als Validitätsbereich VAL-D, VAL-M, VAL-T soll hier ein um einen Soll-Objektwert D-ref, M-ref, T-ref liegender Toleranzbereich für Ist-Objektwerte D, M, T verstanden werden; von der Objekterkennungseinrichtung ORU ermittelte Ist-Objektwerte D, M, T, die innerhalb des Toleranzbereichs liegen, werden dann als valide qualifiziert. Liegen die für ein Referenzobjekt 20 ermittelten Ist-Objektwerte D, M, T innerhalb der Toleranzbereiche, ist die Funktionsüberprüfung der Objekterkennungseinrichtung ORU positiv ausgefallen und es ist davon auszugehen, dass die Objekterkennungseinrichtung ORU den Soll-Objekttyp T-ref mit seinen Soll-Objektabmessungen M-ref und den Soll-Objektabstand D-ref des Referenzobjektes 20 richtig und genau genug erkennt.
• Das dargestellte Validierungssystem 10 umfasst ferner eine mit der Prüfeinheit 50 verbundene Meldeeinheit 110, welche dazu ausgebildet ist, eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit DIS im Führerstand DRC des Schienenfahrzeugs RV und/oder in die Betriebszentrale OCL des Schienenfahrzeugs RV zu senden. Wenn die Überprüfung durch die Prüfeinheit 50 ergeben hat, dass eine oder mehrere Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT außerhalb der jeweiligen Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, kann per E-Mail oder über einen anderen Nachrichtendienst eine Mitteilung versendet und mittels einer beispielsweise als Display oder Monitor ausgebildeten Ausgabeeinheit DIS an den Lokführer bei halbautomatisiertem Fahrzeugbetrieb und/oder an einen Zentralenmitarbeiter bei vollautomatisiertem Fahrzeugbetrieb ausgegeben werden. Die Mitteilung kann die Werte der Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT in Bezug auf die Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T enthalten, aber auch die Größe der Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT werten und Handlungsempfehlungen dahingehend enthalten, ob für die Objekterkennungseinrichtung ORU zum Beispiel eine baldige Wartung oder eine sofortige Außerbetriebnahme empfohlen wird.
• Das Validierungssystem 10 kann ferner ein Wettersystem 100 mit einem oder mehreren Umgebungssensoren 101 zur Aufnahme von Umgebungsdaten U des Referenzobjektes 20 umfassen. Wetterbedingte Umgebungsbedingungen können die Aufnahme von Sensordaten SD durch die Sensoranordnung SEN beeinflussen. So können die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder der Luftdruck und/oder der Niederschlag und/oder die Windgeschwindigkeit und/oder die Sonneneinstrahlung und dergleichen dazu führen, dass Sensordaten SD nicht vollständig oder fehlerhaft ist und eine Objekterkennung deswegen nicht zuverlässig oder gar nicht möglich ist. Zur Aufnahme dieser Umgebungsdaten U sind im Bereich des Referenzobjekts 20 ein oder mehrere Umgebungssensoren 101 angeordnet, die als Thermometer und/oder Hygrometer und/oder Barometer und/oder Ombrometer und/oder Anemometer und/oder Pyranometer ausgebildet sein können. Die Umgebungssensoren 101 können zu einer am Referenzobjekt 20 angeordneten Wetterstation zusammengefasst sein. Liegen Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT zwischen Ist- und Soll-Werten außerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T, so kann anhand der Umgebungsdaten U eine mögliche Erklärung dafür gefunden werden, ohne dass die Objekterkennungseinrichtung ORU fehlerhaft gearbeitet haben muss. Anstelle eines negativen Ergebnisses für die Funktionsüberprüfung kann die Prüfeinheit 50 das Prüfergebnis bei Vorliegen schlechter Wettereinflüsse beispielsweise als ungültig verwerfen und eine entsprechende Mitteilung über die Meldeeinheit 110 ausgeben.
• Das Validierungssystem 10 umfasst außerdem ein digitales Kartensystem 90 für ein den Schienenweg RT aufweisendes Schienennetz. Das digitale Kartensystem 90 kann direkt auf dem Schienenfahrzeug RV gespeichert sein, zumindest ist aber auf dieses vom Schienenfahrzeug RV aus zugreifbar, wenn es an einem andern Ort gespeichert ist. In dem Kartensystem 90 sind aller positionierten Referenzobjekte 20 verzeichnet. Dabei ist das Abstandsbestimmungssystem 40 dazu ausgebildet, ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands des Schienenfahrzeugs RV vor der Objektposition P20 festzustellen. Ein Erreichen des Auslöseabstandes löst aus, dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs RV an ein Referenzobjekt 20 fortlaufend Sensordaten SD durch die Sensoranordnung SEN aufgenommen werden, aktuelle Ist-Objektabstände D und Ist-Objektdaten M, T durch die Auswertungseinheit EVU ermittelt werden, aktuelle Soll-Objektabstände D-ref durch das Abstandsbestimmungssystem 40 bestimmt werden, Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT berechnet werden, jeweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, und Umgebungsdaten U durch das Wettersystem 100 aufgenommen werden.
• Das Validierungssystem 10 umfasst ferner ein Zeitsynchronisationssystem 70 mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul 71 und mit einem referenzobjektseitigen Synchronisationsmodul 72. Diese sind dazu ausgebildet, dass die Aufnahme der Sensordaten SD, die Ermittlung der Ist-Objektabstände D und der Ist-Objektdaten M, T, die Bestimmung der Soll-Objektabstände D-ref, die Berechnung der Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT, die Feststellungen, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen, und die Aufnahme der Umgebungsdaten U zeitsynchronisiert zueinander erfolgen. Die Synchronisationsmodule 71, 72 verfügen über eigene interne Uhren, die über an sich bekannte Verfahren (zum Beispiel das Precision Time Protocol nach IEEE 1588 oder das GPS-Zeitsignal) synchronisiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Synchronisationsmodule 71, 72 und die im Schienenfahrzeug RV beziehungsweise Referenzobjekt 20 mit den Synchronisationsmodulen 71, 72 verbundenen Komponenten aufeinander abgestimmt zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Aktionen ausführen.
• Das Validierungssystem 10 umfasst noch einen Datenspeicher 80 zur zeitsynchronisierten Aufzeichnung der Sensordaten SD, der Ist-Objektabstände D, der Ist-Objektdaten M, T, der Soll-Objektabstände D-ref, der Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT, der Umgebungsdaten U und der Feststellungsergebnisse, ob die Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT innerhalb der Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T liegen. Die zeitsynchronisierte Vorgehensweise erlaubt es, zeitlich zueinander gehörige Daten in Beziehung zu setzen. Der Datenspeicher 80 kann dabei auf dem Schienenfahrzeug RV und/oder dem Referenzobjekt 20 und/oder in der Cloud CLD liegen. Zum Übertragen oder Hochladen von Daten können drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) oder Mobilfunksysteme nach dem Standard LTE oder 5G mittels des Kommunikationssystems 60 zur Anwendung kommen. Ebenso können die Kommunikationsmodule 61, 62 als Endgeräte des Satellitennetzwerks ausgebildet sein. Der Datenspeicher 80 kann ein Managementsystem aufweisen, welches eine entsprechende Mitteilung versendet, wenn die im Datenspeicher 80 gespeicherte Datenmenge einen Schwellwert überschreitet, so dass Maßnahmen getroffen werden können, damit stets genügend Speicherplatz im Datenspeicher 80 zur Verfügung steht.
• Zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie kann das Referenzobjekt 20 eine wiederaufladbare Energiequelle 21 aufweisen. Hierdurch sind Referenzobjekte 20 in ihrer Energieversorgung zumindest vorübergehend frei von Energienetzanschlüssen und können flexibel entlang des Schienenwegs RT positioniert werden. Ein Managementsystem für eine als Akkumulator ausgebildete Energiequelle 21 erkennt, wenn der Ladezustand einen Schwellwert unterschreitet, worauf eine entsprechende Mitteilung versendet werden kann, um den Akkumulator wieder aufzuladen.
• Das Validierungssystem 10 kann im laufenden Bahnbetrieb zu jeder Tages- und Nachtzeit und entsprechenden Umgebungsbedingungen zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Objekterkennungseinrichtung ORU eines Schienenfahrzeugs RV verwendet werden. Es kann aber auch bereits zur umfassenden Funktionsüberprüfung einer für Schienenfahrzeuge RV noch in Entwicklung befindlichen Objekterkennungseinrichtung ORU verwendet werden. Sollten sich die Abweichungen ΔD, ΔM, ΔT zwischen Ist- und Soll-Objektwerten aus irgendeinem Grund außerhalb der zugeordneten Validitätsbereiche VAL-D, VAL-M, VAL-T bewegen, können sofort Maßnahmen ergriffen werden. Das erfindungsgemäße Validierungssystem 10 erhöht hierdurch die Betriebssicherheit eines teil- oder voll-automatisierten Schienenfahrzeugs RV mit einer Objekterkennungseinrichtung ORU für die Hinderniserkennung ganz erheblich.
• Die in der Figurenbeschreibung verwendeten Bezugszeichen ergeben sich in übersichtlicher Weise aus nachfolgender
• Bezugszeichenliste

RV

Schienenfahrzeug

DRC

Führerstand

RT

Schienenweg

ORU

Objekterkennungseinrichtung

SEN

Sensoranordnung

FOV

Erfassungsbereich

SD

Sensordaten

D

Ist-Wert: Ist-Objektabstand

M

Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-Objektabmessung

T

Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-Objekttyp

10

Validierungssystem

20

Referenzobjekt

21

Positionsbestimmungsmodul, referenzobjektseitig

22

Empfangseinheit

P20

Objektposition

T-ref

Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-Objekttyp

M-ref

Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-Objektabmessung

30

Datenbank

CLD

Rechnerwolke

40

Abstandsbestimmungssystem

D-ref

Soll-Objektabstand

41

Positionsbestimmungsmodul, fahrzeugseitig

42

Empfangseinheit

PRV

Fahrzeugposition

43

Recheneinheit

44

Messeinheit, inertiale

60

Kommunikationssystem

61

Kommunikationsmodul, fahrzeugseitig

62

Kommunikationsmodul, referenzobjektseitig

OCL

Betriebszentrale

DIS

Ausgabeeinheit

EVU

Auswertungseinheit

23

Energiequelle

50

Prüfeinheit

ΔD

Abweichung zwischen D und D-ref

ΔT

Abweichung zwischen T und T-ref

ΔM

Abweichung zwischen M und M-ref

VAL-D

Validitätsbereich für Objektabstand

VAL-T

Validitätsbereich für Objekttyp

VAL-M

Validitätsbereich für Objektabmessung

110

Meldeeinheit

100

Wettersystem

101

Umgebungssensor

U

Umgebungsdaten

70

Zeitsynchronisationssystem

71

Synchronisationsmodul, fahrzeugseitig

72

Synchronisationsmodul, referenzobjektseitig

80

Datenspeicher

90

Kartensystem

Claims (10)

1. Validierungssystem (10) zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU), welche - eine einen Erfassungsbereich (FOV) aufweisende Sensoranordnung (SEN) zur Aufnahme von ein im Erfassungsbereich (FOV) befindliches Objekt repräsentierenden Sensordaten (SD), und - eine die aufgenommenen Sensordaten (SD) verarbeitende Auswertungseinheit (EVU) zur Ermittlung eines aktuellen Ist-Objektabstandes (D) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Objekt sowie von das Objekt charakterisierenden Ist-Objektdaten (M, T) aufweist, wobei als Ist-Objektdaten (M, T) wenigstens eine Ist-Objektabmessung (M) und ein Ist-Objekttyp (T) ermittelt werden, umfassend - ein Referenzobjekt (20), welches - derart an einer Objektposition (P20) im Bereich eines Schienenweges (RT) positioniert ist, dass es im Erfassungsbereich (FOV) der Sensoranordnung (SEN) des sich dem Referenzobjekt (20) auf dem Schienenweg (RT) nähernden Schienenfahrzeugs (RV) liegt, und - wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) als Soll-Objektdaten (T-ref, M-ref) aufweist, - eine Datenbank (30), in welcher die Objektposition (P20) und die Soll-Objektdaten (T-ref, M-ref) des positionierten Referenzobjekts (20) gespeichert sind, - ein Abstandsbestimmungssystem (40) zur Bestimmung eines aktuellen Soll-Objektabstands (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20), welches - ein fahrzeugseitiges Positionsbestimmungsmodul (41) mit einer Empfangseinheit (42) für Navigationssatellitensignale zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) des Schienenfahrzeugs (RV) und - eine mit der Datenbank (30) kommunizierende Recheneinheit (43) zur Berechnung des aktuellen Soll-Objektabstandes (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Objektposition (P20) aufweist, und - eine Prüfeinheit (50), die ausgebildet ist, Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll-Objektdaten (M-ref, T-ref) zu berechnen, und die ferner dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob die Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-T, VAL-M) liegen.
2. Validierungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend - ein digitales Kartensystem (90) für ein den Schienenweg (RT) aufweisendes Schienennetz, in welchem die Objektposition (P20) des positionierten Referenzobjektes (20) verzeichnet ist, - wobei das Abstandsbestimmungssystem (40) dazu ausgebildet ist, ein Erreichen eines vorbestimmten Auslöseabstands (DT) des Schienenfahrzeugs (RV) vor der Objektposition (P20) festzustellen, - wobei durch Erreichen des Auslöseabstandes (DT) ausgelöst wird, dass während der Annäherung des Schienenfahrzeugs (RV) an das Referenzobjekt (20) fortlaufend - Sensordaten (SD) durch die Sensoranordnung (SEN) aufgenommen werden, - aktuelle Ist-Objektabstände (D) und Ist-Objektdaten (M, T) durch die Auswertungseinheit (EVU) ermittelt werden, - aktuelle Soll-Objektabstände (D-ref) durch das Abstandsbestimmungssystem (40) bestimmt werden, und - Abweichungen (ΔD, ΔM, ΔT) berechnet werden und jeweils festgestellt wird, ob diese innerhalb der Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-M, VAL-T) liegen.
3. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kommunikationssystem (60) mit einem fahrzeugseitigen Kommunikationsmodul (61) und einem referenzobjektseitigen Kommunikationsmodul (62), welche dazu eingerichtet sind, Daten drahtlos zwischen dem Schienenfahrzeug (RV) und dem Referenzobjekt (20) auszutauschen, und optional zusätzlich mit einer Betriebszentrale (OCL) und einem Datenspeicher (80) in einer Rechnerwolke (CLD).
4. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Referenzobjekt (20) ein referenzobjektseitiges Positionsbestimmungsmodul (21) mit einer Empfangseinheit (22) für Navigationssatellitensignale aufweist, welches dazu ausgebildet ist, die Objektposition (P20) des Referenzobjektes (20) nach dessen Positionierung im Bereich des Schienenweges (RT) zu bestimmen.
5. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das fahrzeugseitige Abstandsbestimmungssystem (40) zusätzlich eine inertiale Messeinheit (44) zur Messung eines Fahrzeugpositionswertes (PRV') aufweist, wobei die aktuelle Fahrzeugposition (PRV) aus den empfangenen Navigationssatellitensignalen und dem gemessenen Fahrzeugpositionswert (PRV') bestimmt wird.
6. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend - ein Zeitsynchronisationssystem (60) mit einem fahrzeugseitigen Synchronisationsmodul (61) und mit einem referenzobjektseitigen Synchronisationsmodul (62), welche dazu ausgebildet sind, dass die Aufnahme der Sensordaten (SD), die Ermittlung der Ist-Objektabstände (D) und der Ist-Objektdaten (T, M), die Bestimmung der Soll-Objektabstände (D-ref) und die Berechnung der Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) zeitsynchronisiert erfolgen, und - einen Datenspeicher (80) zur Aufzeichnung der zeitsynchronisierten Sensordaten (SD), Ist-Objektabstände (D), Ist-Objektdaten (T, M), Soll-Objektabstände (D-ref) und Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM).
7. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Wettersystem (100) mit einem Umgebungssensor (101) zur Aufnahme von Umgebungsdaten (U) des Referenzobjektes (20), welche die Aufnahme von Sensordaten (SD) durch die Sensoranordnung (SEN) beeinflussen können, wobei die Umgebungsdaten (U) zeitsynchronisiert aufgenommen und im Datenspeicher (80) aufgezeichnet werden.
8. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine mit der Prüfeinheit (50) verbundene Meldeeinheit (110), welche dazu ausgebildet ist, eine elektronische Mitteilung an eine Ausgabeeinheit (DIS) in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs (RV) und/oder in einer Betriebszentrale (OCL) des Schienenfahrzeugs (RV) zu senden, wenn die Überprüfung ergeben hat, dass Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) außerhalb der jeweiligen Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-T, VAL-M) liegen.
9. Validierungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Referenzobjekt (20) eine wiederaufladbare Energiequelle (23) zur autarken Versorgung seiner elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie aufweist.
10. Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug (RV) installierten Objekterkennungseinrichtung (ORU), - wobei ein Referenzobjekt (20), welches wenigstens eine Soll-Objektabmessung (M-ref) und einen Soll-Objekttyp (T-ref) als Soll-Objektdaten (T-ref, M-ref) aufweist, an einer Objektposition (P20) im Bereich eines vom Schienenfahrzeug (RV) zu befahrenden Schienenweges (RT) positioniert wird, - wobei das Referenzobjekt (20) charakterisierende Sensordaten (SD) durch eine Sensoranordnung (SEN) der Objekterkennungseinrichtung (ORU) aufgenommen werden, - wobei aus den aufgenommenen Sensordaten (SD) durch eine Auswertungseinheit (EVU) der Objekterkennungseinrichtung (ORU) ein aktueller Ist-Objektabstand (D) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20) sowie wenigstens eine Ist-Objektabmessung (M) und ein Ist-Objekttyp (T) als Ist-Objektdaten (M, T) ermittelt werden, - wobei ein aktueller Soll-Objektabstand (D-ref) zwischen Schienenfahrzeug (RV) und Referenzobjekt (20) bestimmt wird, indem mittels empfangener Navigationssatellitensignale die aktuelle Fahrzeugposition (PRV) des Schienenfahrzeugs (RV) bestimmt und der aktuelle Soll-Objektabstand (D-ref) aus der aktuellen Fahrzeugposition (PRV) und der Objektposition (P20) berechnet wird, - wobei Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) zwischen dem ermittelten Ist-Objektabstand (D) und dem berechneten Soll-Objektabstand (D-ref) sowie zwischen den ermittelten Ist-Objektdaten (M, T) und den Soll-Objektdaten (M-ref, T-ref) berechnet werden, und - wobei feststellt wird, ob die Abweichungen (ΔD, ΔT, ΔM) innerhalb vorbestimmter Validitätsbereiche (VAL-D, VAL-T, VAL-M) liegen.

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