DE102023204214A1 - Validation of an object recognition device of a rail vehicle - Google Patents

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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.

Figure DE102023204214A1_0000
The invention relates to a validation system (10) for functional testing of an object recognition device (ORU) installed on a rail vehicle (RV). It comprises a reference object (20) which is positioned at an object position (P20) in the area of a rail track (RT) and has at least one target object dimension (M-ref) and one target object type (T-ref), which are stored together with the object position (P20) in a database (30). It further comprises a distance determination system (40) for determining a current target object distance (D-ref) between the rail vehicle (RV) and the reference object (20), which has a vehicle-side position determination module (41) with a receiving unit (42) for navigation satellite signals for determining the current vehicle position (PRV) and a computing unit (43) communicating with the database (30) for calculating the current target object distance (D-ref) from the current vehicle position (PRV) and the object position (P20). A test unit (50) is designed to calculate deviations (ΔD, ΔM, ΔT) between the determined actual object distance (D) and the calculated target object distance (D-ref) and between the determined actual object data (M, T) and the target object data (M-ref, T-ref). It is also designed to determine whether the deviations (ΔD, ΔM, ΔT) are within predetermined validity ranges (VAL-D, VAL-M, VAL-T).
Figure DE102023204214A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Validierungssystem und ein Validierungsverfahren zur Funktionsüberprüfung einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung.The invention relates to a validation system and a validation method for functional testing of an object recognition device installed on a rail vehicle.

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.For the partially or fully automated operation of a rail vehicle, such as a tram, but also a regional or high-speed train, object detection devices are increasingly being used which have a sensor arrangement arranged at the front of the vehicle. Such a sensor arrangement has a detection area - also called field of view or image area - which is directed forwards in the direction of travel of the rail vehicle. The sensor arrangement comprises one or more environmental sensors for recording sensor data which represent objects in the detection area. Objects in the environment can be track systems with the tracks used by the rail vehicle and those adjacent to it, buildings and vegetation in the area of the track systems, operating equipment of an overhead line system or signaling systems, but in particular stationary or moving objects which could pose an obstacle with a risk of collision for the rail vehicle. Potential obstacles should in particular be other rail vehicles, trucks and passenger cars, motorcyclists and cyclists, pedestrians but also track ends such as a buffer stop. Monocular video cameras, stereo cameras, time-of-flight cameras, lidar sensors, laser scanners, radar sensors, ultrasonic sensors, thermal imaging cameras and the like can be used as environmental sensors, the sensor data of which represent an object located in the detection area. The recorded sensor data is fed to an evaluation unit of the object recognition device and processed by this, wherein in particular sensor data from different environmental sensors are fused in order to determine current actual values of an object. The actual values here should be the object position determined relative to the sensor arrangement of the object recognition device, which is given by a longitudinal object distance between the object and the current vehicle position of the rail vehicle and by a lateral object distance between the object and the track being traveled on. The actual values of the object also include further object data characterizing it, in particular at least one object dimension and one object type. An object height, an object width, an object diagonal, an object area, an object outline or several of the aforementioned object dimensions can be determined as at least one object dimension. Object types can be a rail vehicle, a motor vehicle, a motorcycle or bicycle, a pedestrian or a buffer stop. Depending on the object type detected and several object positions detected in succession, the object detection device can determine whether an object represents an obstacle with a risk of collision for the rail vehicle in order to, if necessary, trigger an alarm to the driver and/or road users in a vehicle environment or automatically trigger a braking intervention or emergency braking by the vehicle control system of the rail vehicle.

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.The reliability of the actual values determined by the object recognition device is therefore of crucial importance for the safety of partially or fully automated operation of a rail vehicle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur Überprüfung der Funktion einer auf einem Schienenfahrzeug installierten Objekterkennungseinrichtung vorzuschlagen.The invention is therefore based on the object of proposing measures for checking the function of an object detection device installed on a rail vehicle.

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.The object is achieved on the one hand by a validation system according to the invention for functional testing of an object recognition device installed on a rail vehicle, which has a sensor arrangement with a detection area for recording sensor data representing an object located in the detection area and an evaluation unit that processes the recorded sensor data to determine a current actual object distance between the rail vehicle and the object as well as actual object data characterizing the object, wherein an actual object type and at least one actual object dimension are determined as actual object data. In addition to the longitudinal actual object distance between the rail vehicle and the object, a lateral actual object distance between the object and the center of the track on which the rail vehicle travels can also be determined. An actual object height and/or an actual object width and/or an actual object diagonal and/or an actual object surface area and/or an actual object boundary, i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section, can be determined as actual object dimensions. As actual object type, other rail vehicles running on the track being used or on an adjacent track, a truck, a passenger car, a motorcyclist, a cyclist, a pedestrian and a buffer stop on the track being used by the rail vehicle can be identified and distinguished from one another.

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.The validation system comprises at least one reference object which is positioned at an object position in the area of a railway track such that it is in the detection range of the sensor arrangement of the rail vehicle approaching the reference object on the rail route. The reference object has a target object type and at least one target object dimension as target object data, which are also referred to as target values. Along a rail route, which can be designed as a branch line or circular route for a regional train, for example, several validation points can be set up permanently or temporarily, which the rail vehicle passes one after the other on its journey. Several reference objects can also be positioned at a validation point, which are positioned at different object positions and can have different target object types and/or different target object data. The object positions, target object types and target object data of a reference object are known with a predefined accuracy, for example the reference objects can be measured at their object positions using high-precision position measuring technology. A reference object can have the target object dimensions characteristic of a respective target object type. A reference object can be designed as a dummy that represents a person, a wild animal, a car, a stroller, a light pole, an overhead line pole, and the like. When the rail vehicle approaches a reference object or a group of reference objects, their target values serve as a comparison basis for the corresponding actual values determined by the object recognition device. During operation, the rail vehicle repeatedly approaches reference objects after certain sections of the route in order to be able to carry out or repeat a comparison between the actual values currently determined by the object recognition device and known target values.

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.The validation system also includes a database in which the object position and the target object data of the positioned reference object are stored. If there are several reference objects, these target values are stored in the database for each reference object. Depending on the design of the validation system, the database can be located on the rail vehicle or on the reference object(s), or it can be made available centrally or via the cloud by an operator of the rail vehicle.

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.The validation system also includes a distance determination system for determining a current target object distance between the rail vehicle and the reference object. For this purpose, the distance determination system has a vehicle-side position determination module with a receiving unit for navigation satellite signals for determining the current vehicle position of the rail vehicle. In addition, the distance determination system has a computing unit that communicates with the database for calculating the current target object distance from the current vehicle position and the object position. To determine the current vehicle position, signals from so-called global satellite systems for positioning and navigation (Global Navigation Satellite System, GNSS for short), such as NAVSTAR GPS, GLANOSS, Galileo or Beidou, are received by the receiving unit. The computing unit of the distance determination module continuously calculates the target object distance between the object position of the reference object detected by the object detection device and the currently determined vehicle position of the rail vehicle at a high frequency, for example 10 Hz or 100 Hz.

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.The validation system also includes a test unit that is designed to calculate deviations between the determined actual object distances and the calculated target object distances, as well as between the determined actual object data and the target object data. The test unit is also designed to determine whether the deviations are within predetermined validity ranges. The validity range is understood here to be a tolerance range for actual object values around a target object value; actual object values determined by the object recognition device that are within the tolerance range are then qualified as valid. If the actual object values determined for a reference object are within the tolerance ranges, the functional test of the object recognition device has been positive and it can be assumed that the object recognition device recognizes the target object type and the target object distance of the reference object correctly and accurately enough.

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.The validation system can be used during ongoing rail operations at any time of day or night and under appropriate environmental conditions to monitor the proper functioning of the object detection device of a rail vehicle. However, it can also be used to comprehensively check the functionality of an object detection device for rail vehicles that is still under development. If the deviations between actual and target object values are outside the assigned validity ranges for any reason, measures can be taken immediately. The validation system according to the invention thus significantly increases the operational reliability of a partially or fully automated rail vehicle with an object detection device for obstacle detection.

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 an advantageous embodiment, the validation system according to the invention comprises a digital map system for a rail network having the rail line, in which the object position of the positioned reference object is recorded. The distance determination system is designed to determine when a predetermined trigger distance of the rail vehicle is reached before the object position. When the trigger distance is reached, sensor data is continuously recorded by the sensor arrangement as the rail vehicle approaches the reference object, current actual object distances and actual object data are determined by the evaluation unit, current target object distances are determined by the distance determination system, and deviations are calculated and it is determined in each case whether they lie within the validity ranges. The digital map system can be stored directly on the rail vehicle, or at least it can be accessed from the rail vehicle if it is stored at another location. The test unit of the validation system does not have to be operated continuously in this way, but only when a reference object is approached. The sensor arrangement and the evaluation unit of the object recognition device operate continuously in normal operation, while in an evaluation phase of an object recognition device under development, this can also only be started when approaching a reference object with the validation system.

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 a further advantageous embodiment, the validation system according to the invention further comprises a communication system with a vehicle-side communication module and a reference object-side communication module, which are set up to exchange data wirelessly between the rail vehicle and the reference object, and optionally additionally with an operations center and a data storage in a computer cloud. Common radio systems in the 433 MHz or 868 MHz frequency range can be used for wireless communication between the rail vehicle and the reference object. Wireless local networks (WLAN) or mobile radio systems according to the LTE or 5G standard can be used for communication with an operations center of the rail vehicle and with the data storage in the computer cloud. The communication modules can also be designed as terminal devices of a satellite network for Internet access, for example the Starlink satellite network. The communication system allows data generated by the components of the validation system to be transferred to other components of the validation system, regardless of whether they were generated or stored on the rail vehicle, on the reference object, in an operations center or in the cloud.

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 a further advantageous embodiment of the validation system according to the invention, the reference object has a position determination module on the reference object side with a receiving unit for navigation satellite signals, which is designed to determine the object position of the reference object after it has been positioned in the area of the rail track. Instead of manually measuring the object position when positioning a reference object, the same position determination technology as in the rail vehicle can be used for the reference object, so that the object position is automatically determined from the received GNSS signals after positioning a reference object. The determined object position can be entered into the database with the other target values of the reference object. It is transmitted to the rail vehicle via the communication system, where the computing unit of the distance determination system calculates an exact distance between the rail vehicle and the object, the so-called current target object distance, from the currently determined object and vehicle positions at high frequency.

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 a further advantageous embodiment of the validation system according to the invention, the vehicle-side distance determination system additionally has an inertial measuring unit for measuring a vehicle position value, wherein the current vehicle position is determined from the received navigation satellite signals and the measured vehicle position value. A known inertial measuring unit combines acceleration and yaw rate sensors in order to obtain - in relation to a reference point - its location position by integrating the determined acceleration values twice, among other things. This determined location position represents the measured vehicle position value. By additionally taking this vehicle position value into account, the accuracy is increased by a factor of 5 to 10 compared to the determination of the vehicle position based only on GNSS signals. This in turn increases the accuracy of the calculated current target object distances. An inertial measuring unit can also be provided in the reference object, which also improves the accuracy of the determined object position.

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 a further advantageous embodiment, the validation system according to the invention further comprises a time synchronization system with a vehicle-side synchronization module and with a reference object-side synchronization module, which are designed so that the The acquisition of sensor data, the determination of actual object distances and actual object data, the determination of target object distances and the calculation of deviations are carried out in a time-synchronized manner. It also has a data memory for recording the time-synchronized sensor data, actual object distances, actual object data, target object distances and deviations. The synchronization modules have their own internal clocks which are synchronized using known methods (for example the Precision Time Protocol according to IEEE 1588 or the GPS time signal), which ensures that the synchronization modules and the components connected to the synchronization modules in the rail vehicle or reference object are coordinated with one another and carry out the right actions at the right time, i.e. sensor data acquisition, actual object distance and actual object data determination, target object distance determination, deviation calculation and data recording. The synchronicity makes it possible to relate data that belong to one another in time. The data memory can be located on the rail vehicle and/or the reference object and/or in the cloud. The data storage may include a management system that sends a notification when the amount of data stored in the data storage exceeds a threshold, so that measures can be taken to ensure that there is always sufficient storage space available in the data storage.

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 a further advantageous embodiment, the validation system according to the invention further comprises a weather system with an environmental sensor for recording environmental data of the reference object, which can influence the recording of sensor data by the sensor arrangement, wherein the environmental data is recorded in a time-synchronized manner and recorded in the data memory in a time-synchronized manner. Depending on the environmental sensors used, the recording of sensor data by the sensor arrangement for object recognition can be influenced by the weather prevailing in the area of the reference object, i.e. by the air temperature and/or the air humidity and/or the air pressure and/or the precipitation and/or the wind speed and/or the solar radiation and the like. To record this environmental data, one or more environmental sensors are arranged in the area of the reference object, which can be designed as thermometers and/or hygrometers and/or barometers and/or ombrometers and/or anemometers and/or pyranometers. The environmental sensors can be combined to form a weather station arranged on the reference object. However, environmental sensors from a weather service provider can also be used, from which only the environmental data relating to the environment around the object position is received. The environmental data can also be recorded in a time-synchronized manner, so that after data has been transmitted, for example to the rail vehicle, it can be stored in the storage unit in a time-synchronized manner with the other data. If there are deviations between actual and target values outside the validity ranges, this may be because the evaluation unit of the object recognition device does not have complete sensor data available for processing, or because sensor data is faulty due to weather-related influences. Instead of a negative result for the functional test, the test unit can, for example, reject the test result as invalid if bad weather influences are present.

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 a further advantageous embodiment, the validation system according to the invention further comprises a reporting unit connected to the test unit, which is designed to send an electronic message to an output unit in a driver's cab of the rail vehicle and/or in an operations center of the rail vehicle if the check has shown that deviations are outside the respective validity ranges. If one or more deviations between target and actual values are outside the relevant validity ranges, a message can be sent by email or another messaging service to a driver's cab of the rail vehicle or to an operations center of the rail vehicle and displayed there via an output unit designed, for example, as a display or monitor for the train driver in the case of semi-automated vehicle operation and/or to a control center employee in the case of fully automated vehicle operation. The message can contain the values of the deviations in relation to the validity ranges, but also evaluate the size of the deviations and contain recommendations for action as to whether, for example, early maintenance or immediate decommissioning is recommended for the object recognition device.

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.In a further advantageous embodiment of the validation system according to the invention, the reference object has a rechargeable energy source for the autonomous supply of its electrical consumers with electrical energy. As a result, reference objects are free from energy network connections in their energy supply and can be positioned flexibly along the rail line. A management system for an energy source designed as a rechargeable battery detects when the charge level falls below a threshold value, whereupon a corresponding message can be sent in order to recharge the rechargeable battery. Alternatively, the reference objects can also be supplied with electrical energy via power supplies.

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.The object is also achieved by a validation method according to the invention for checking the functionality of an object recognition device installed on a rail vehicle. Accordingly, a reference object, which has at least one target object dimension and one target object type as target object data, is positioned at an object position in the area of a rail route to be traveled by the rail vehicle. Sensor data characterizing the reference object are recorded by a sensor arrangement of the object recognition device. From the recorded sensor data, an evaluation unit of the object recognition device determines a current actual object distance between the rail vehicle and the reference object and at least one actual object dimension and one actual object type as actual object data. A current target object distance between the rail vehicle and the reference object is determined by determining the current vehicle position of the rail vehicle using received navigation satellite signals and calculating the current target object distance from the current vehicle position and the object position. Furthermore, deviations between the determined actual object distance and the calculated target object distance and between the determined actual object data and the target object data are calculated. Finally, it is determined whether the deviations lie within predetermined validity ranges. The validation system according to the invention described at the beginning is particularly suitable for carrying out this procedure.

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.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a specific embodiment with reference to the drawing, in the only
  • FIG Components and data streams of the validation system according to the invention
are illustrated schematically.

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.According to the figure, a partially shown rail vehicle RV with a driver's cab DRC arranged at the front is traveling to the right on a rail track RT. The rail vehicle RV can be, for example, a regional train, but also a tram or a high-speed train. For partially or fully automated operation, an object detection device ORU is installed on the rail vehicle RV in order to detect potential obstacles on the rail track RT ahead. The object detection device ORU has a sensor arrangement SEN arranged at the front, which is made up of one or more environmental sensors not shown in detail. Depending on the detection task, one or more lidar, camera, radar and/or infrared sensors can be used as environmental sensors, the fields of view of which at least partially overlap in terms of range and opening angle and form a detection area FOV of the sensor arrangement SEN. Depending on the maximum travel speed of the rail vehicle RV, the detection area FOV can cover a track section in front of the rail vehicle RV of at least 5 m up to 500 m as well as the surrounding area to the side of this track section. The sensor arrangement SEN is used to record sensor data SD that represent an object located in the detection area FOV. There can also be several objects in the detection area FOV. The recorded sensor data SD are processed in an evaluation unit EVU of the object recognition device ORU in order to determine current actual values of the object(s). From the sensor data SD of individual environmental sensors or the fused sensor data of several environmental sensors, a current actual object distance D between the rail vehicle RV and the object as well as actual object data M, T characterizing the object can be determined as actual values of the object(s), namely at least one actual object dimension M and one actual object type T of an object. An actual object height and/or an actual object width and/or an actual object diagonal and/or an actual object surface area and/or an actual object boundary, i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section, can be determined as actual object dimensions M. From this, the actual object type T of an object can be recognized, i.e. whether the detected object is another rail vehicle that is traveling on the track being used or on an adjacent track, a truck, a passenger car, a motorcyclist, a cyclist, a pedestrian, such as an adult or a child, a stroller, an animal, in particular a wild animal, a lamppost, an overhead line mast, a buffer stop or other objects of the track-related infrastructure. Reliable automated recording of the actual values D, M, T of objects ahead is of central importance for a rail vehicle RV in automated operation if the observation of the environment ahead of the rail vehicle RV no longer falls solely within the scope of the duties of a train driver in the DRC driver's cab or if the use of a train driver is to be eliminated entirely.

Erfindungsgemäß wird daher ein Validierungssystem 10 zur Funktionsüberprüfung der auf einem Schienenfahrzeug RV installierten Objekterkennungseinrichtung ORU vorgeschlagen. According to the invention, a validation system 10 is therefore proposed for functional testing of the object recognition device ORU installed on a rail vehicle RV.

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.The validation system 10 comprises one or more reference objects 20 that are positioned along the rail route RT at one or more validation points. One or more reference objects 20 can be positioned at a validation point. The validation points are set up at a distance from one another along the rail route RT, which is designed, for example, as a branch line or circular route, in such a way that the rail vehicle RV repeatedly passes one of the validation points during its operation, at which the function of the object recognition device ORU can be checked using known reference objects 20.

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.Each reference object 20 is positioned at an object position P20 in the area of the rail track RT such that it is located in the detection range FOV of the sensor arrangement SEN of the rail vehicle RV approaching the reference object 20 on the rail track RT. The respective object position P20 is measured with high accuracy when a reference object 20 is set up. In the exemplary embodiment shown, the reference object 20 has a reference object-side position determination module 21 with a receiving unit 22 for navigation satellite signals, with which the object position P20 of the reference object 20 is automatically determined with the high accuracy of the GNSS signals after it has been positioned.

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.Each reference object 20 is designed as an artificial test dummy with specific target values. A reference object 20 has a specific target object type T-ref, such as a person, a wild animal, a motor vehicle, a stroller, a light pole, an overhead line pole, and the like, which is defined by one or more target object dimensions M-ref. The target object dimension M-ref can be, for example, a target object height and/or a target object width and/or a target object diagonal and/or a target object surface area and/or a target object boundary, i.e. a shape of the outer boundary of an object cross-section. Reference objects 20 of different types, sizes and poses can thus be manufactured as test dummies and positioned at a validation point. When the rail vehicle RV approaches a reference object 20 or a group of reference objects 20, their target values serve as a comparison basis for the corresponding actual values determined by the object recognition device ORU.

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.The validation system 10 also includes a database 30 in which the object position P20 and the target object data M-ref, T-ref of a positioned reference object 20 are stored. If there are several reference objects 20, target object dimensions M-ref and target object type T-ref are stored in the database 30 for each reference object 20. Depending on the design of the validation system 10, the database 30 is arranged on or distributed across the reference objects 20, but can also be arranged on the rail vehicle RV or, for example, made available centrally by an operator of the rail vehicle RV or via a computer cloud or cloud CLD.

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.The validation system 10 also includes a distance determination system 40 for determining a current target object distance D-ref between the rail vehicle RV and the reference object 20. This highly accurate target object distance D-ref serves as a reference value or comparison basis for the actual object distance D detected by the object recognition device ORU. For this purpose, the distance determination system 40 has a vehicle-side position determination module 41 with a receiving unit 42 for navigation satellite signals for determining a current vehicle position PRV of the rail vehicle RV, the accuracy of which is specified by the GNNS signals, for example from GPS or GALILEO. In the exemplary embodiment shown, the vehicle-side distance determination system 40 also has an inertial measuring unit 44 with acceleration and yaw rate sensors in order to obtain a further vehicle position value. The current vehicle position PRV is then determined with greater accuracy from the received navigation satellite signals and the measured vehicle position value. The distance determination system 40 further comprises a computing unit 43 for calculating the current target object distance D-ref, which is calculated from the determined current vehicle position PRV and the object position P20 of the reference object 20. For this purpose, the computing unit 43 communicates with the database 30 in order to obtain the object position P20 of the reference object 20 stored there.

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.If the object position P20 is located on a database 30 in the reference object 20 and the computing unit 43 is located on the rail vehicle RV, the object position P20 is transmitted, for example, by radio from the reference object 20 to the rail vehicle RV. For this purpose, the validation system 10 further comprises a communication system 60 with a vehicle-side communication module 61 and a reference object-side communication module 62. These are set up to exchange data wirelessly between the rail vehicle RV and the reference object 20, for example by forming a radio system operating in the frequency range 433 MHz or 868 MHz.

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: Δ D = D D ref Δ M = M M ref Δ T = T T ref

Figure DE102023204214A1_0001
The validation system 10 further comprises a test unit 50 which is designed to calculate deviations ΔD, ΔM, ΔT between the determined actual object distances D and the calculated target object distances D-ref as well as between the determined actual object data M, T and the target object data M-ref, T-ref: Δ D = D D ref Δ M = M M ref Δ T = T T ref
Figure DE102023204214A1_0001

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.The test unit 50 then determines whether the calculated deviations ΔD, ΔM, ΔT are within predetermined validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T. The validity range VAL-D, VAL-M, VAL-T is to be understood here as a tolerance range for actual object values D, M, T around a target object value D-ref, M-ref, T-ref; actual object values D, M, T determined by the object recognition device ORU that are within the tolerance range are then qualified as valid. If the actual object values D, M, T determined for a reference object 20 are within the tolerance ranges, the functional test of the object recognition device ORU has been positive and it can be assumed that the object recognition device ORU recognizes the target object type T-ref with its target object dimensions M-ref and the target object distance D-ref of the reference object 20 correctly and accurately enough.

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.The validation system 10 shown further comprises a reporting unit 110 connected to the test unit 50, which is designed to send an electronic message to an output unit DIS in the driver's cab DRC of the rail vehicle RV and/or to the operations center OCL of the rail vehicle RV. If the check by the test unit 50 has shown that one or more deviations ΔD, ΔM, ΔT are outside the respective validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, a message can be sent by email or via another messaging service and output by means of an output unit DIS designed, for example, as a display or monitor, to the train driver in the case of semi-automated vehicle operation and/or to a control center employee in the case of fully automated vehicle operation. The notification may contain the values of the deviations ΔD, ΔM, ΔT in relation to the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, but may also evaluate the magnitude of the deviations ΔD, ΔM, ΔT and contain recommendations for action as to whether, for example, early maintenance or immediate decommissioning is recommended for the object recognition device ORU.

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.The validation system 10 can further comprise a weather system 100 with one or more environmental sensors 101 for recording environmental data U of the reference object 20. Weather-related environmental conditions can influence the recording of sensor data SD by the sensor arrangement SEN. For example, the air temperature and/or the air humidity and/or the air pressure and/or the precipitation and/or the wind speed and/or the solar radiation and the like can lead to sensor data SD being incomplete or incorrect and object recognition therefore not being reliable or not possible at all. To record this environmental data U, one or more environmental sensors 101 are arranged in the area of the reference object 20, which can be designed as thermometers and/or hygrometers and/or barometers and/or ombrometers and/or anemometers and/or pyranometers. The environmental sensors 101 can be combined to form a weather station arranged on the reference object 20. If there are deviations ΔD, ΔM, ΔT between actual and target values outside the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, a possible explanation for this can be found using the environmental data U, without the object recognition device ORU having to have worked incorrectly. Instead of a negative result for the functional test, the test unit 50 can, for example, reject the test result as invalid if bad weather conditions are present and issue a corresponding message via the reporting unit 110.

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.The validation system 10 also includes a digital map system 90 for a rail network having the rail route RT. The digital map system 90 can be stored directly on the rail vehicle RV, but can at least be accessed from the rail vehicle RV if it is stored at another location. All positioned reference objects 20 are recorded in the map system 90. The distance determination system 40 is designed to determine when a predetermined trigger distance of the rail vehicle RV has been reached in front of the object position P20. Reaching the trigger distance triggers that, as the rail vehicle RV approaches a reference object 20, sensor data SD are continuously recorded by the sensor arrangement SEN, current actual object distances D and actual object data M, T are determined by the evaluation unit EVU, current target object distances D-ref are determined by the distance determination system 40, deviations ΔD, ΔM, ΔT are calculated, it is determined in each case whether these lie within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, and environmental data U are recorded by the weather system 100.

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.The validation system 10 further comprises a time synchronization system 70 with a mobile vehicle-side synchronization module 71 and a reference object-side synchronization module 72. These are designed so that the recording of the sensor data SD, the determination of the actual object distances D and the actual object data M, T, the determination of the target object distances D-ref, the calculation of the deviations ΔD, ΔM, ΔT, the determination of whether these are within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T, and the recording of the environmental data U are carried out in a time-synchronized manner with one another. The synchronization modules 71, 72 have their own internal clocks which are synchronized using known methods (for example the Precision Time Protocol according to IEEE 1588 or the GPS time signal), which ensures that the synchronization modules 71, 72 and the components in the rail vehicle RV or reference object 20 connected to the synchronization modules 71, 72 carry out the right actions at the right time in a coordinated manner.

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.The validation system 10 also includes a data storage 80 for time-synchronized recording of the sensor data SD, the actual object distances D, the actual object data M, T, the target object distances D-ref, the deviations ΔD, ΔM, ΔT, the environmental data U and the determination results as to whether the deviations ΔD, ΔM, ΔT are within the validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T. The time-synchronized procedure makes it possible to relate data that belong together in time. The data storage 80 can be located on the rail vehicle RV and/or the reference object 20 and/or in the cloud CLD. Wireless local networks (WLAN) or mobile radio systems according to the LTE or 5G standard can be used to transmit or upload data using the communication system 60. The communication modules 61, 62 can also be designed as terminal devices of the satellite network. The data storage 80 can have a management system which sends a corresponding notification when the amount of data stored in the data storage 80 exceeds a threshold value, so that measures can be taken to ensure that there is always sufficient storage space available in the data storage 80.

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.In order to supply its electrical consumers with electrical energy independently, the reference object 20 can have a rechargeable energy source 21. As a result, reference objects 20 are at least temporarily free from energy network connections in their energy supply and can be positioned flexibly along the rail route RT. A management system for an energy source 21 designed as a rechargeable battery detects when the charge level falls below a threshold value, whereupon a corresponding message can be sent in order to recharge the rechargeable battery.

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.The validation system 10 can be used during ongoing rail operations at any time of day or night and under appropriate environmental conditions to monitor the proper functioning of the object recognition device ORU of a rail vehicle RV. However, it can also be used for comprehensive functional testing of an object recognition device ORU that is still under development for rail vehicles RV. If the deviations ΔD, ΔM, ΔT between actual and target object values are outside the assigned validity ranges VAL-D, VAL-M, VAL-T for any reason, measures can be taken immediately. The validation system 10 according to the invention thereby significantly increases the operational reliability of a partially or fully automated rail vehicle RV with an object recognition device ORU for obstacle detection.

Die in der Figurenbeschreibung verwendeten Bezugszeichen ergeben sich in übersichtlicher Weise aus nachfolgender The reference symbols used in the description of the figures are clearly shown in the following

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

RVRV
Schienenfahrzeugrail vehicle
DRCDRC
Führerstanddriver's cab
RTRT
Schienenwegrailway line
ORUORU
Objekterkennungseinrichtungobject recognition device
SENSEN
Sensoranordnungsensor arrangement
FOVFOV
Erfassungsbereichdetection range
SDSD
Sensordatensensor data
DD
Ist-Wert: Ist-ObjektabstandActual value: Actual object distance
MM
Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-ObjektabmessungActual value: Actual object date: Actual object dimension
TT
Ist-Wert: Ist-Objektdatum: Ist-ObjekttypActual value: Actual object date: Actual object type
1010
Validierungssystemvalidation system
2020
Referenzobjektreference object
2121
Positionsbestimmungsmodul, referenzobjektseitigPosition determination module, reference object side
2222
Empfangseinheitreceiving unit
P20P20
Objektpositionobject position
T-refT-ref
Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-ObjekttypTarget value: Target object date: Target object type
M-refM-ref
Soll-Wert: Soll-Objektdatum: Soll-ObjektabmessungTarget value: Target object date: Target object dimension
3030
Datenbankdatabase
CLDCLD
Rechnerwolkecomputer cloud
4040
Abstandsbestimmungssystemdistance determination system
D-refD-ref
Soll-Objektabstandtarget object distance
4141
Positionsbestimmungsmodul, fahrzeugseitigPositioning module, vehicle-side
4242
Empfangseinheitreceiving unit
PRVPRV
Fahrzeugpositionvehicle position
4343
Recheneinheitarithmetic unit
4444
Messeinheit, inertialemeasuring unit, inertial
6060
Kommunikationssystemcommunication system
6161
Kommunikationsmodul, fahrzeugseitigcommunication module, vehicle side
6262
Kommunikationsmodul, referenzobjektseitigcommunication module, reference object side
OCLOCL
Betriebszentraleoperations center
DISDIS
Ausgabeeinheitoutput unit
EVUutility company
Auswertungseinheitevaluation unit
2323
Energiequelleenergy source
5050
Prüfeinheittest unit
ΔDΔD
Abweichung zwischen D und D-refdeviation between D and D-ref
ΔTΔT
Abweichung zwischen T und T-refDeviation between T and T-ref
ΔMΔM
Abweichung zwischen M und M-refdeviation between M and M-ref
VAL-DVAL-D
Validitätsbereich für Objektabstandvalidity range for object distance
VAL-TVAL-T
Validitätsbereich für Objekttypscope of validity for object type
VAL-MVAL-M
Validitätsbereich für Objektabmessungvalidity range for object dimensions
110110
Meldeeinheitreporting unit
100100
Wettersystemweather system
101101
Umgebungssensorenvironmental sensor
UU
Umgebungsdatenenvironmental data
7070
Zeitsynchronisationssystemtime synchronization system
7171
Synchronisationsmodul, fahrzeugseitigsynchronization module, vehicle side
7272
Synchronisationsmodul, referenzobjektseitigsynchronization module, reference object side
8080
Datenspeicherdata storage
9090
Kartensystemcard system

Claims (10)

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.Validation system (10) for functional testing of an object recognition device (ORU) installed on a rail vehicle (RV), which has - a sensor arrangement (SEN) having a detection range (FOV) for recording sensor data (SD) representing an object located in the detection range (FOV), and - an evaluation unit (EVU) processing the recorded sensor data (SD) for determining a current actual object distance (D) between the rail vehicle (RV) and the object as well as actual object data (M, T) characterizing the object, wherein at least one actual object dimension (M) and one actual object type (T) are determined as actual object data (M, T), comprising - a reference object (20), which - is positioned at an object position (P20) in the area of a rail track (RT) in such a way that it lies in the detection range (FOV) of the sensor arrangement (SEN) of the rail vehicle (RV) approaching the reference object (20) on the rail track (RT), and - has at least one target object dimension (M-ref) and one target object type (T-ref) as target object data (T-ref, M-ref), - a database (30) in which the object position (P20) and the target object data (T-ref, M-ref) of the positioned reference object (20) are stored, - a distance determination system (40) for determining a current target object distance (D-ref) between the rail vehicle (RV) and the reference object (20), which - has a vehicle-side position determination module (41) with a receiving unit (42) for navigation satellite signals for determining the current vehicle position (PRV) of the rail vehicle (RV) and - a computing unit (43) communicating with the database (30) for calculating the current target object distance (D-ref) from the current vehicle position (PRV) and the object position (P20), and - a test unit (50) which is designed is designed to calculate deviations (ΔD, ΔT, ΔM) between the determined actual object distance (D) and the calculated target object distance (D-ref) as well as between the determined actual object data (M, T) and the target object data (M-ref, T-ref), and which is further designed to determine whether the deviations (ΔD, ΔT, ΔM) are within predetermined validity ranges (VAL-D, VAL-T, VAL-M). 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.validation system according to claim 1 , further comprising - a digital map system (90) for a rail network having the rail route (RT), in which the object position (P20) of the positioned reference object (20) is recorded, - wherein the distance determination system (40) is designed to determine when a predetermined trigger distance (DT) of the rail vehicle (RV) has been reached in front of the object position (P20), - wherein by reaching the trigger distance (DT) is triggered so that during the approach of the rail vehicle (RV) to the reference object (20) - sensor data (SD) are continuously recorded by the sensor arrangement (SEN), - current actual object distances (D) and actual object data (M, T) are determined by the evaluation unit (EVU), - current target object distances (D-ref) are determined by the distance determination system (40), and - deviations (ΔD, ΔM, ΔT) are calculated and it is determined in each case whether these lie within the validity ranges (VAL-D, VAL-M, VAL-T). 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).Validation system (10) according to one of the preceding claims, further comprising a communication system (60) with a vehicle-side communication module (61) and a reference object-side communication module (62), which are configured to exchange data wirelessly between the rail vehicle (RV) and the reference object (20), and optionally additionally with an operations center (OCL) and a data storage (80) in a computer cloud (CLD). 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.Validation system (10) according to one of the preceding claims, wherein the reference object (20) has a reference object-side position determination module (21) with a receiving unit (22) for navigation satellite signals, which is designed to determine the object position (P20) of the reference object (20) after its positioning in the region of the rail path (RT). 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.Validation system (10) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle-side distance determination system (40) additionally has an inertial measuring unit (44) for measuring a vehicle position value (PRV'), wherein the current vehicle position (PRV) is determined from the received navigation satellite signals and the measured vehicle position value (PRV'). 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).Validation system (10) according to one of the preceding claims, further comprising - a time synchronization system (60) with a vehicle-side synchronization module (61) and with a reference object-side synchronization module (62), which are designed so that the recording of the sensor data (SD), the determination of the actual object distances (D) and the actual object data (T, M), the determination of the target object distances (D-ref) and the calculation of the deviations (ΔD, ΔT, ΔM) are carried out in a time-synchronized manner, and - a data memory (80) for recording the time-synchronized sensor data (SD), actual object distances (D), actual object data (T, M), target object distances (D-ref) and deviations (ΔD, ΔT, ΔM). 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.Validation system (10) according to one of the preceding claims, further comprising a weather system (100) with an environmental sensor (101) for recording environmental data (U) of the reference object (20), which can influence the recording of sensor data (SD) by the sensor arrangement (SEN), wherein the environmental data (U) are recorded in a time-synchronized manner and recorded in the data memory (80). 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.Validation system (10) according to one of the preceding claims, further comprising a reporting unit (110) connected to the test unit (50), which is designed to send an electronic message to an output unit (DIS) in a driver's cab of the rail vehicle (RV) and/or in an operations center (OCL) of the rail vehicle (RV) if the check has shown that deviations (ΔD, ΔT, ΔM) are outside the respective validity ranges (VAL-D, VAL-T, VAL-M). 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.Validation system (10) according to one of the preceding claims, wherein the reference object (20) has a rechargeable energy source (23) for the autonomous supply of its electrical consumers with electrical energy. 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.Validation method for functional testing of an object recognition device (ORU) installed on a rail vehicle (RV), - wherein a reference object (20), which has at least one target object dimension (M-ref) and one target object type (T-ref) as target object data (T-ref, M-ref), is positioned at an object position (P20) in the area of a rail route (RT) to be traveled by the rail vehicle (RV), - wherein sensor data (SD) characterizing the reference object (20) are recorded by a sensor arrangement (SEN) of the object recognition device (ORU), - wherein a current actual object distance (D) between the rail vehicle (RV) and the reference object (20) and at least one actual object dimension (M) and one actual object type (T) are determined as actual object data (M, T) from the recorded sensor data (SD) by an evaluation unit (EVU) of the object recognition device (ORU), - wherein a current target object distance (D-ref) between rail vehicle (RV) and reference object (20) is determined by determining the current vehicle position (PRV) of the rail vehicle (RV) using received navigation satellite signals and calculating the current target object distance (D-ref) from the current vehicle position (PRV) and the object position (P20), - whereby deviations (ΔD, ΔT, ΔM) between the determined actual object distance (D) and the calculated target object distance (D-ref) as well as between the determined actual object data (M, T) and the Target object data (M-ref, T-ref) are calculated, and - determining whether the deviations (ΔD, ΔT, ΔM) are within predetermined validity ranges (VAL-D, VAL-T, VAL-M).
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