AT528759A1 - Messsystem für die Lage eines Schienenfahrweges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem (1) zur Bestimmung der räumlichen Lage (11A, 11B, 11C) von Komponenten (2, 3), insbesondere Schienen (2) und Schwellen (3), eines Schienenfahrweges (10) in einem Geokoordinatensystem, umfassend eine Anzahl eingehauster, fahrwegseitiger Referenzpunkte (4) mit einem Empfänger (4A2) eines Satellitennavigationssystems GNSS (13), eine autarke, lokale Energieversorgung (4C1, 4C2, 4C3, 4C4) dieser Referenzpunkte (4) und fahrzeugseitig eine Referenzpunkterfassungseinheit (5) und eine Trägheitsmesseinheit IMU (6), wobei die fahrwegseitigen Referenzpunkte (4) in vorgegebenen räumlichen Abständen (d) auf Komponenten (2,3) des Schienenfahrweges, insbesondere auf Schwellen (3) des Gleises, angeordnet sind, und jeder Referenzpunkt (4) eine Datenerfassungsvorrichtung aufweist, die die räumliche Position des Referenzpunktes (4) mittels des GNSS-Empfängers (4A2) mit einer bestimmten räumlichen Auflösung in einem festgelegten zeitlichen Intervall ermittelt, wobei weiters einer Gruppe (42) von Referenzpunkten (4, 421, 422) eine drahtlose Datenübermittlungsvorrichtung zugeordnet ist, die angeordnet ist, räumlichen Positionsdaten und eindeutige Identifikationsmerkmale dieser Referenzpunktgruppe (42, 421) an eine fahrzeugseitige Datenbank (7A) und/oder fahrwegseitige Datenbank (7B) zu übermitteln und die fahrzeugseitige Trägheitsmesseinheit IMU (6) angeordnet ist, um ausgehend von der letzten aktuellen fahrzeugseitig erfassten Referenzpunktposition die Lage der Komponenten (2, 3) des Schienenfahrweges (10) zwischen den Referenzpunkten (4) zu bestimmen.

Description

Beschreibung

MESSSYSTEM FÜR DIE LAGE EINES SCHIENENFAHRWEGES

[0001] Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten, insbesondere Schienen und Schwellen, eines Schienenfahrweges in einem Geokoordinatensystem, umfassend eine Anzahl eingehauster, fahrwegseitiger Referenzpunkte mit einem Empfänger eines Satellitennavigationssystems GNSS, eine autarke, lokale Energieversorgung dieser Referenzpunkte und fahrzeugseitig eine Referenzpunkterfassungseinheit und eine Trägheitsmesseinheit IMU.

[0002] Für die Planung und Errichtung eines Schienenfahrweges oder für die Instandhaltung eines bestehenden Schienenfahrweges, insbesondere eines Gleises oder mehrerer Gleise mit Verzweigungen wie Weichen und Kreuzungen, ist die Kenntnis der absoluten Position des Gleises in Koordinaten eines Geokoordinatensystems wesentlich.

[0003] Das Gleis besteht dabei in einer üblichen Ausführungsform aus zwei parallel geführten Schienen, die mit Schienenbefestigungsmitteln auf einer Vielzahl von quer zu den Schienen in Abständen zueinander angeordneten Schwellen in ihrer Lage fixiert sind.

[0004] Diese als Gleisrost bezeichnete Anordnung aus Schienen und Schwellen liegt dabei in der Regel auf einer Schotterschicht des Oberbaus des Schienenfahrweges.

[0005] Eine Anpassung der Lage des Gleisrosts, um einem vorgegebenen Schienenverlauf zu entsprechen, wird in zu bearbeitenden Streckenabschnitten durch Umlagerung jener Bereiche der Schotterschicht erreicht, auf denen die Schwellen dieses Streckenabschnittes aufliegen.

[0006] Zur Umlagerung der Schotterschicht werden nach dem Stand der Technik zu Stopfaggregaten gruppierte Stopfwerkzeuge eingesetzt, die auf Gleisbaumaschinen angeordnet sind.

[0007] Gleisbaumaschinen sind Schienenfahrzeuge, die die Stopfaggregate zur Bearbeitung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Schwellen eines Streckenabschnittes in einer Bearbeitungsrichtung weiterbewegen.

[0008] Zur Bestimmung der absoluten Gleislage benötigt es nach dem Stand der Technik ein Referenzsystem.

[0009] Durch eine Bestimmung der Lage relativ zu einem Referenzpunkt des Referenzsystems, dessen absolute Koordinaten, insbesondere die Koordinaten des Referenzsystemursprungs, bekannt sind, lässt sich die absolute Position von Teilen des Gleises im Referenzsystem bestimmen.

[0010] Für ein für den Betrieb eines Schienenfahrweges verantwortliches Unternehmen ist insbesondere die Lage der Schienen in absoluten Koordinaten eines Geokoordinatensystems von Interesse.

[0011] Ein geographischer Ort ist in einem Geokoordinatensystem üblicherweise durch die Koordinatenwerte der Breite, Länge und der Höhe über dem Meeresgrund bestimmt.

[0012] Satellitengestützte Navigationssysteme GNSS (global navigation satellite systems) basieren auf einem Geokoordinatensystem.

[0013] Zur Errichtung und Instandhaltung eines Schienenfahrweges ist es notwendig, dass die Koordinaten der Lagepositionen der Schienen in einer Größenordnung von einem Tausendstel eines Meters hinreichend genau bestimmbar sind.

[0014] Zur Bestimmung der absoluten Gleisposition werden nach dem Stand der Technik Festpunkte neben der Gleisstrecke verwendet.

[0015] Diese Festpunkte müssen geodätisch eingemessen werden.

[0016] Üblicherweise befinden sich diese Festpunkte an Bauwerken, insbesondere an Oberleitungsmasten, Strommasten und/oder Tunnelwänden.

[0017] Andere Ausführungsformen sehen als Erdfestpunkte bezeichnete im Boden versenkte

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Festpunkte vor.

[0018] Die Positionen dieser Festpunkte werden einmal in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem bestimmt.

[0019] Eine weitere Überprüfung der Gültigkeit der bestimmten Positionskoordinaten der Festpunkte erfolgt in der Regel nicht mehr.

[0020] Somit resultiert jede Abweichung der Festpunktposition von den einmal bestimmten Positionskoordinaten in einer fehlerhaft gemessenen absoluten Gleislage, die von der fehlerbehafteten Festpunktposition ausgeht.

[0021] Landbewegungen, mangelhafte Bauweise und/oder aufgeweichte Böden führen im Laufe der Zeit zur Abweichung einer aktuellen Position eines Festpunktes von den einmal bestimmten Positionskoordinaten in dem verwendeten Referenzkoordinatensystem.

[0022] Eine regelmäßige Überwachung der Stabilität der Festpunktpositionskoordinaten ist mittels bestehender Verfahren sehr kostspielig und wird deswegen nur punktuell und nur in dringenden Verdachtsfällen durchgeführt.

[0023] Zwischen den Festpunkten wird nach dem Stand der Technik eine Trajektorie der Schienen in Raumkoordinaten des Referenzkoordinatensystems mit Hilfe einer Trägheitsmesseinheit IMU (inertial measurement unit) ermittelt, die auf einem auf dem Schienenfahrweg bewegten Schienenfahrzeug angeordnet ist.

[0024] Ein solches Gleisgeometriemesssystem nach dem Stand der Technik wird beispielsweise in dem Fachbeitrag „POS/TG — Innovation auf dem Gebiet der Gleisgeometriemessungen“ von Günther Oberlechner und Jan Zywiel beschrieben, der in der Zeitschrift EI — Eisenbahningenieur (52) 9/2001 veröffentlicht ist.

[0025] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Messsystem zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Schienenfahrweges eingangs genannter Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.

[0026] Insbesondere sollen aktualisierte absolute Positionskoordinaten der Festpunkte in der erforderlichen räumlichen Größenordnung von einem tausendstel Meter mit einem gegenüber dem Stand der Technik geringeren Aufwand zur Vermessung des Schienenfahrweges zur Verfügung gestellt werden.

[0027] Weiters ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben des Messsystems zu offenbaren.

[0028] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Messsystem zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten eines Schienenfahrweges in einem Geokoordinatensystem gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten eines Schienenfahrweges in einem Geokoordinatensystem gemäß Anspruch 9.

[0029] Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[0030] Ein Messsystem zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten, insbesondere Schienen und Schwellen, eines Schienenfahrweges in einem Geokoordinatensystem, umfasst eine Anzahl eingehauster, fahrwegseitiger Referenzpunkte mit einem Empfänger eines Satellitennavigationssystems GNSS, eine autarke, lokale Energieversorgung dieser Referenzpunkte und fahrzeugseitig eine Referenzpunkterfassungseinheit und eine Trägheitsmesseinheit IMU, wobei die fahrwegseitigen Referenzpunkte in vorgegebenen räumlichen Abständen auf Komponenten des Schienenfahrweges, insbesondere auf Schwellen des Gleises, angeordnet sind, und jeder Referenzpunkt eine Datenerfassungsvorrichtung aufweist, die die räumliche Position des Referenzpunktes mittels des GNSS-Empfängers mit einer bestimmten räumlichen Auflösung in einem festgelegten zeitlichen Intervall ermittelt, wobei weiters einer Gruppe von Referenzpunkten eine drahtlose Datenübermittlungsvorrichtung zugeordnet ist, die angeordnet ist, räumlichen Positionsdaten und eindeutige Identifikationsmerkmale dieser Referenzpunktgruppe an eine fahrzeugseitige und/oder fahrwegseitige Datenbank zu übermitteln und die fahrzeugseitige Trägheits-

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messeinheit IMU angeordnet ist, um ausgehend von der letzten aktuellen fahrzeugseitig erfassten Referenzpunktposition die Lage der Komponenten des Schienenfahrweges zwischen den Referenzpunkten zu bestimmen.

[0031] Die lokale, autarke Energieversorgung umfasst für den jeweiligen Streckenabschnitt geeignete Energiewandler.

[0032] So sind auf Streckenabschnitten unter freiem Himmel Energiewandler zu bevorzugen, die elektromagnetische Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, in elektrische Energie umwandeln.

[0033] Auf Streckenabschnitten, die durch Tunneln führen, sind, dazu komplementär, Energiewandler günstiger, die mechanische Energie, die vom Schienenfahrzeug auf den Schienenfahrweg übertragen wird, in elektrische Energie umwandeln.

[0034] Daher umfasst die lokale, autarke Energieversorgung der Referenzpunkte als Energiewandler innerhalb von Tunneln vorzugsweise piezoelektrische Elemente und auf Streckenabschnitten unter freiem Himmel Solarzellen.

[0035] Die fahrwegseitige Datenbank kann dabei in Bauwerken, die zur Infrastruktur des Schienenfahrwegbetreibers gehören, also insbesondere Betriebseinrichtungen des Schienenfahrweges wie Stellwerken und Leitwerken angeordnet sein.

[0036] Sie kann aber auch in Bauwerken angeordnet sein, die organisatorisch anderen Einrichtungen zugeordnet sind, wie beispielsweise in einem Betriebsgebäude der für die Instandhaltung des Schienenfahrweges zuständigen Unternehmen.

[0037] Die Datenbank kann auch als Anwendung in einer Cloud realisiert sein, die von einem Dienstleister für Informationstechnologie oder einem Telekommunikationsdienstleister zur Verfügung gestellt wird.

[0038] Schließlich kann die Datenbank auch einem Geoinformationssystemdienstleister zugeordnet sein.

[0039] Vorzugsweise betragen die vorgegebenen räumlichen Abstände, in denen die fahrwegseitigen Referenzpunkte angeordnet sind zwischen 5m und 5km.

[0040] Es ist dabei besonders günstig, wenn die Referenzpunkte in räumlichen Abständen zwischen 50m und 500m angeordnet sind.

[0041] Die bestimmte räumliche Auflösung liegt bevorzugt in der Größenordnung von einem Millimeter mm, also dem tausendsten Teil eines Meters m.

[0042] Es ist günstig, wenn die bestimmte räumliche Auflösung zwischen 0,1 mm und 10 mm liegt.

[0043] Es ist besonders günstig, wenn die bestimmte räumliche Auflösung zwischen 0,5 mm und 2 mm liegt.

[0044] Ein satellitenbasiertes Messsystem, dessen Empfangseinrichtungen Positionskoordinaten in dieser Größenordnung zur Verfügung stellen, wird beispielsweise vom Unternehmen Texplor angeboten.

[0045] Es ist günstig, wenn das festgelegte zeitliche Intervall zur Ermittlung der Referenzpunktpositionen einer Zeitdauer zwischen 8 Stunden und 72 Stunden entspricht.

[0046] Besonders günstig ist es, wenn dieses festgelegte zeitliche Intervall 24 Stunden beträgt.

[90047] In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Referenzpunkte zusätzliche Einheiten zur Erfassung der Neigung.

[0048] Solche Neigungssensoren, die unter der fachüblichen Bezeichnung Inclinometer bekannt sind, werden von verschiedenen Herstellern angeboten.

[0049] Ein Hersteller von Inclinometern, die mit Gehäuse, aber ohne GNSS-Empfangsantennen, auf Schwellen befestigt werden, ist die Firma Senceive.

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[0050] Die zeitlichen Intervalle, zu denen von den Inclinometer gemessene Neigungswerte erfasst werden, sind vorteilhafterweise kürzer als die oben beschriebenen zeitlichen Intervalle zur Ermittlung der Referenzpunktpositionen.

[0051] Vorteilhafterweise ist die Zeitdauer zwischen zwei Erfassungszeitpunkten mindestens 30 Minuten und höchstens 90 Minuten.

[0052] Es ist besonders günstig, wenn die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erfassungszeitpunkten der Inclinometerwerte von der Energieversorgung zur Verfügung gestellten Leistung abhängig ist.

[0053] Es ist von Vorteil, wenn die Zeitreihe der erfassten Neigungswerte in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.

[0054] Insbesondere werden in der Auswerteeinheit zeitliche Änderungsraten der Neigungswerte mit mindestens einem Grenzwert verglichen und die Annäherung an und/oder Überschreitung von diesem Grenzwert wird an ein fahrzeugseitiges und/oder fahrwegseitiges Frühwarnsystem gemeldet.

[0055] Das eindeutige Identifikationsmerkmal eines Referenzpunktes ist vorzugsweise ein Trackingmarker auf der Einhausung des Referenzpunktes.

[0056] Es ist günstig, wenn dieser Trackingmarker von einer fahrzeugseitigen Erfassungseinrichtung erfasst werden kann.

[0057] Ein solche fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung ist bevorzugt eine Kameravorrichtung, die auf einem Schienenfahrzeug angeordnet ist.

[0058] Die Kameravorrichtung kann entweder aus einer einzigen Kamera bestehen oder ein am Schienenfahrzeug angeordnetes Stereokamerasystem, wie in AT 524 957 A4 offenbart, sein.

[0059] Es ist besonders günstig, wenn der Trackingmarker ein 4- Punkt-Marker ist.

[0060] Die Verwendung solcher 4-Punkt-Marker in Verbindung mit einem in unmittelbarer Nähe angebrachten QR-Code bei der Gleisgeometrievermessung ist im Fachartikel „Neue Anwendungsfälle der digitalen referenzierten Gleisgeometrievermessung“ von Alexander Brennsteiner und Benjamin Stuntner in der Eisenbahntechnischen Rundschau ETR Nr. 9 vom September 2023 abgebildet und beschrieben.

[0061] In einer alternativen Ausführungsform ist die Einhausung des Referenzpunktes derart geformt, dass sie von einer Erfassungseinrichtung erkannt wird.

[0062] Eine solche Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise eine 3D-Scanvorrichtung, die auf dem LIDAR-Prinzip basiert.

[0063] Alternativ werden auch Linienschnittsensoren als Erfassungsvorrichtung eingesetzt.

[0064] Die Erfassungseinrichtung ist in diesem Fall vorzugsweise auf einem Luftfahrzeug wie einem unbemannten Luftfahrzeug UAV (unmanned arial vehicle) oder einer Flugdrohne angeordnet.

[0065] Diese luftgestützten Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise Teil eines mobilen Systems zur Erfassung von Geokoordinaten.

[0066] Ein luftgestütztes Erfassungssystem ist in einer Ausprägungsform ein Teilsystem eines Geoinformationssystems.

[0067] Dabei ist es besonders günstig, wenn die Einhausung des Referenzpunktes halbkugelförmig ist.

[0068] Die drahtlose Datenübermittlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Endgerät eines Mobilfunknetzwerkes, dass mit einer eindeutigen Identifikationsnummer, die auf einer Chipkarte, insbesondere auf einer SIM-Karte, gespeichert ist, innerhalb dieses Netzwerks identifiziert werden kann.

[0069] Vorzugsweise besteht eine Datenverbindung zwischen der drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtung einer ersten Gruppe von Referenzpunkten und den drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtungen der zu der ersten Gruppe benachbarten Referenzpunktgruppen.

[0070] Die Referenzpunktgruppen sind zu der ersten Gruppe bevorzugt räumlich entlang des Schienenfahrweges benachbart, wenn die Datenverbindungen drahtgebunden sind.

[0071] Ist durch eine Bearbeitungsrichtung einer Gleisbaumaschine eine Richtung entlang eines Gleises des Schienenfahrweges festgelegt, so sind die benachbarten Referenzpunktgruppen der ersten Gruppe einerseits die in Bearbeitungsrichtung räumlich nächstliegende Referenzpunktgruppe und andererseits die gegen die Bearbeitungsrichtung räumlich nächstliegende Referenzpunktgruppe.

[0072] Alternativ sind die Referenzpunktgruppen zu der ersten Gruppe organisatorisch benachbart.

[0073] Eine organisatorische Nachbarschaft von Referenzpunktgruppen kann mit der räumlichen Nachbarschaft von Referenzpunktgruppen übereinstimmen.

[0074] Es besteht aber auch die Möglichkeit Referenzpunktgruppen in baumförmigen oder sternförmigen Topologien zu organisieren.

[90075] In solchen Fällen ist es möglich, dass eine organisatorische Nachbarschaft der Referenzpunktgruppen, die zur Bearbeitung von an die Datenbank übermittelten Datensätzen der Referenzpunktpositionsdaten und der Referenzpunktidentifikationsmerkmale nützlich ist, von der räumlichen Nachbarschaft abweicht.

[0076] Weicht die organisatorische Nachbarschaft von der räumlichen Nachbarschaft der Referenzpunktgruppen ab, ist es günstig, wenn eine drahtlose Datenverbindung zwischen der ersten Referenzpunktgruppe und den ihr benachbarten Referenzpunktgruppen besteht.

[0077] Die drahtlose Datenverbindung wird vorzugsweise durch ein Mobilfunknetz bereitgestellt.

[0078] Für den Betrieb des Messsystems zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten eines Schienenfahrweges ist neben einem Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten eines Schienenfahrwegs auch ein Verfahren zur Erfassung einer Referenzpunktposition in einem Geokoordinatensystem erforderlich.

[0079] Eine Methode zur Erfassung einer Referenzpunktposition in einem Geokoordinatensystem mittels des beschriebenen Messsystems umfasst folgende Schritte

-) Ermittlung der jeweiligen Referenzpunktposition mittels eines GNSS-Empfängers mit einer bestimmten räumlichen Auflösung in einem festgelegten zeitlichen Intervall;

-) WENN eine drahtlose Datenübermittlung von einer Referenzpunktgruppe möglich ist, DANN Übermittlung der ermittelten Referenzpunktpositionen einer Referenzpunktgruppe gemeinsam mit den eindeutigen Identifikationsmerkmalen der Referenzpunkte mittels einer drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtung an eine fahrzeugseitige und/oder fahrwegseitige Datenbank;

-) WENN keine drahtlose Datenübermittlung von einer Referenzpunktgruppe möglich, DANN iterativ Weiterleitung mittels der beschriebenen Datenverbindungen an die Datenübermittlungsvorrichtungen der jeweils benachbarten Referenzpunktgruppen SOLANGE, BIS eine drahtlose Datenübermittlung von einer der empfangenden Datenübermittlungsvorrichtungen möglich ist.

[0080] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten, insbesondere Schienen und Schwellen, eines Schienenfahrweges in einem Geokoordinatensystem mittels des beschriebenen Messsystems umfasst folgende Schritte

-) fahrzeugseitige Erfassung eines eindeutigen Identifikationsmerkmals jenes fahrwegseitigen Referenzpunktes, der in Bewegungsrichtung der folgende noch nicht erfasste Referenzpunkt ist; -) Abrufen der mit diesem erfassten Referenzpunkt verknüpften Position in Geokoordinaten aus einer fahrzeugseitigen oder fahrwegseitigen Datenbank;

-) Aktualisieren der Referenzpunktposition, sobald eine fahrzeugseitige Referenzmarkierung die erfasste Referenzpunktposition in Bewegungsrichtung passiert;

-) Bestimmung der Lage von Komponenten des Schienenfahrwegs mit Hilfe der fahrzeugseitigen

Trägheitsmesseinheit ausgehend von der aktuellen Referenzpunktposition.

[0081] Vorzugsweise ist die aus fahrwegseitigen und/oder fahrzeugseitigen Datenbank abgerufene Referenzpunktposition in Geokoordinaten, die mit einem Referenzpunkt verknüpft ist, eine tagesaktuelle Position des entsprechenden Referenzpunktes.

[0082] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[0083] Fig. 1 Eine schematische Überblicksdarstellung des gesamten Messsystems [0084] Fig. 2 Eine Detaildarstellung eines geöffneten Referenzpunktgehäuses [0085] Fig. 3 Eine Variante der Detaildarstellung von Figur 2 mit einem Inclinometer

[0086] Fig. 4 Räumlich benachbarte Referenzpunktgruppen entlang eines Schienenfahrweges mit drahtgebundener Datenverbindung

[0087] Fig. 5A Organisatorisch benachbarte Referenzpunktgruppen entlang eines Schienenfahrweges mit drahtloser Datenverbindung

[0088] Fig. 5B Organisation der Datensätze von Referenzpunktgruppen

[0089] Fig. 6 Schienenfahrzeug mit Erfassungseinrichtung und Trägheitsmesseinheit IMU [0090] Fig. 7 Luftgestützte Erfassungseinrichtung über Schienenfahrweg

[0091] Fig. 8 Beispielhafte 3D Trajektorie eines Gleises

[0092] Eine schematische Überblicksdarstellung des Messsystems 1 zur Bestimmung der räumlichen Lage von Komponenten 2, 3 eines Schienenfahrweges 10 ist in Figur 1 dargestellt.

[0093] Entlang des Schienenfahrwegs sind in vorgegebenen räumlichen Abständen d auf Schwellen 3 des Gleises Referenzpunkte 4 angeordnet.

[0094] Diese Referenzpunkte 4 sind aufgrund der Ausstattung mit Empfängern eines Satellitennavigationssystems GNSS 13 in der Lage, die jeweilige geographische Referenzpunktposition in Geokoordinaten dieses Satellitennavigationssystems 13 in einem festgelegten zeitlichen Intervall zu bestimmen und mittels einer Datenübermittlungsvorrichtung an eine fahrwegseitige Datenbank 7B oder an eine fahrzeugseitige Datenbank 7A zu übermitteln.

[0095] Die übermittelten Datensätze enthalten dabei neben den Geokoordinatendatensatz auch ein eindeutiges Identifikationsmerkmal des jeweiligen Referenzpunktes 4.

[0096] Auf dem Schienenfahrweg 10 bewegt sich in Fahrtrichtung 12 ein Schienenfahrzeugverband 8 mit einem Traktionsteil 81, auf dem eine fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung 5 und eine Trägheitsmesseinheit 6 angeordnet sind und einem gezogenen Schienenfahrzeugteil 82, der Arbeitsaggregate 821 zur Gleiserrichtung, Gleisbearbeitung und/oder Gleisinstandhaltung trägt.

[0097] Eine weitere Erfassungseinrichtung 91 ist auf einem Luftfahrzeug 9 angeordnet, um das Identifikationsmerkmal eines Referenzpunktes 4 aus der Luft zu erfassen, die Geokoordinaten des Referenzpunktes 4 von der Datenübermittlungseinrichtung des Referenzpunktes 4 zu empfangen und einen Datensatz bestehend aus diesen Referenzpunktgeokoordinaten und dem Referenzpunktidentifikationsmerkmal an eine fahrwegseitige Datenbank 7B oder eine fahrzeugseitige Datenbank 7A zu übermitteln.

[0098] Ein auf einer Schwelle 3 vor einer Schiene 2 angeordnetes Gehäuse 4A eines Referenzpunktes 4 zeigt Figur 2.

[0099] Die vordere, schienenabgewandte Seite des Gehäuses 4A ist in dieser schematischen Darstellung abgenommen und zeigt eine Anordnung der eingehausten funktionellen Einheiten 4A1, 4A2, 4B1, 4B2, 4C2, 4C3 und 4C4.

[00100] Dabei ist eine Datenerfassungsvorrichtung gemeinsam mit einer Datenübermittlungsvorrichtung in einer funktionellen Einheit 4A1 untergebracht, wobei der drahtlose Empfang von Ge-

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okoordinaten des Satellitennavigationssystems GNSS sowie die Datenübermittlung mittels einer Sende-/Empfangseinheit 4A2 erfolgt, die oberhalb der funktionellen Einheit 4A1 angeordnet ist.

[00101] Die funktionellen Einheiten 4A1 und 4C4 sind auf einem Baugruppenträger 4B1 angeordnet, der mittels Verbindungselementen 4B2 mit der Basis des Gehäuses 4A verbunden ist.

[00102] Die funktionelle Einheit 4C4 beinhaltet Energiespeicher und/oder Energiewandler zur Energieversorgung der funktionellen Einheiten 4A1 und 4A2.

Auf einer Seitenfläche des Gehäuses 4A und auf der Gehäuseoberseite sind weitere Energiewandler 4C1 und 4C2, beispielsweise Photovoltaikmodule, angeordnet und mit der funktionellen Einheit 4C4 mittels der Energieübertragungsvorrichtung 4C3, insbesondere einem Stromkabel zur Übertragung elektrischer Energie, verbunden.

[00103] Eine Variante 4e der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Referenzpunktes 4 zeigt Figur 3.

[00104] Zwischen dem Verbund der funktionellen Einheiten 4A1 und 4A2 und der funktionellen Einheit 4C4 ist auf dem Baugruppenträger 4B1 eine funktionelle Einheit 4D angeordnet, die eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Neigung a der Lage der funktionellen Einheit 4D gegenüber einer Bezugsebene enthält.

[00105] Die von dieser Messeinheit erfassten Neigungswerte, werden der funktionellen Einheit 4A1 zur Verfügung gestellt und von dieser mit den ermittelten Referenzpunktgeokoordinaten und dem Referenzpunktidentifikationsmerkmal zu einem gegenüber der weiter oben beschriebenen Ausführungsform erweiterten Datensatz zusammengefasst, und mittels der funktionellen Einheit 4A2 an eine fahrwegseitige Datenbank 7B und/oder eine fahrzeugseitige Datenbank 7A übermittelt.

[00106] Figur 4 zeigt einen Schienenfahrweg 10 in Draufsicht umfassend einen Gleisrost aus Schienen 2 und quer zu den Schienen 2 in regelmäßigen Abständen angeordneten Schwellen 3.

[00107] Auf einer Teilmenge dieser Schwellen sind Referenzpunkte 41 und 42 angeordnet.

[00108] Die Referenzpunkte 42 unterscheiden sich von den Referenzpunkten 41 dadurch, dass sie untereinander mittels einer drahtgebundenen Datenverbindung 43 Daten, insbesondere Referenzpunktdatensätze oder erweiterte Referenzpunktdatensätze, austauschen können.

[00109] In der Figur 5A ist der Maßstab der Draufsicht auf den Schienenfahrweg 10 derart verändert, so dass ein längerer Streckenabschnitt mit insgesamt neun Referenzpunkten 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427, 428 und 429 neben einer Schiene 2 eines Schienenpaares dargestellt ist.

[00110] Schwellen 3, nicht drahtgebundene Referenzpunkte 41 und die drahtgebundene Datenverbindung 43 ist in dieser Darstellung weggelassen.

[00111] In Figur 5B ist eine Ausführungsform der Organisation der Datensätze 421‘, 422‘, 423‘, 424‘, 425‘, 426‘, 427‘ der Referenzpunkte 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427 aus Figur 5A in einer binären Baumstruktur 71 dargestellt.

[00112] Dabei ist der Datensatz 421‘ des Referenzpunkts 421 organisatorisch zu den Datensätzen 422‘ und 425' benachbart, wohingegen die Datensätze 423‘ und 424‘ dem Datensatz 422‘ und die Datenätze 426‘ und 427‘ dem Datensatz 425‘ organisatorisch benachbart sind.

[00113] Die Datensätze der Referenzpunkte 428 und 429 sind analog zu den Datensätzen 421‘ und 422‘ in einer nicht dargestellten weiteren Baumstruktur gemeinsam mit weiteren Datensätzen nicht dargestellter weiterer Referenzpunkte organisiert.

[00114] Der Datensatz 421‘ des Referenzpunkts 421 und der Datensatz des Referenzpunkts 428 sind in einer Ausführungsform ebenfalls organisatorisch benachbart und bilden mit weiteren nicht dargestellten Wurzeln von nicht dargestellten weiteren Datensatzbäumen gemäß Figur 5B eine nicht dargestellte Ringstruktur.

[00115] Alternativ können die Datensatzwurzeln 421‘, etc. der Datensatzbäume 71, etc. auch in

einer sternförmigen Topologie organisiert sein.

[00116] Den Traktionsteil 81 des Schienenfahrzeugverbandes 8 auf einem Gleis umfassend Schienen 2 und Schwellen 3 zeigt Figur 6 mit Erfassungseinrichtung 5, Trägheitsmesseinheit 6 sowie einer fahrzeugseitigen Datenbank 7A zur Speicherung und zur Verfügung Stellung der Referenzpunktdatensätze 421‘, 422‘, 423‘, 424‘, 425‘, 426‘, 427°.

[00117] Die Erfassungseinrichtung 5 umfasst dabei eine Stereokamerasystem, bestehend aus der Kamera 51 und der Kamera 52 und eine fahrzeugseitige Referenzmarkierung 53. Der Abstand a zwischen dieser fahrzeugseitigen Referenzmarkierung 53 und der Symmetrieachse des Messmoduls 61 der Trägheitsmesseinheit 6 ist dabei mit einer Auflösung von mindestens einem tausendstel Meter bekannt.

[00118] Wenn die fahrzeugseitige Referenzmarkierung 53 die vertikale Symmetrieachse des Referenzpunktes 411 passiert, wird die Position des Referenzpunkts 411 in Geokoordinaten aufgrund des durch die Erfassungseinrichtung 5 erfasste eindeutige Identifikationsmerkmal aus der Datenbank 7A abgerufen.

[00119] Dieser Positionswert ist ein Dateneintrag des dem in der Datenbank 7A hinterlegten Datensatzes des Referenzpunktes 411, der neben dem Positionswert mit dem Positionswert auch das eindeutige Identifikationsmerkmal umfasst.

[00120] Der Positionswert wird mit dem Positionswert in Geokoordinaten verglichen, der mit dem Messmodul 61 der Trägheitsmesseinrichtung 6 bezogen auf den in Fahrtrichtung 12 vor dem Referenzpunkt 411 liegenden räumlich benachbarten Referenzpunkt 412 ermittelt wurde.

[00121] Bei Abweichungen dieser beiden Positionswerte wird eine Korrektur des mit der Trägheitsmesseinheit 6 ermittelten Positionswertes vorgenommen.

[00122] Die Geokoordinatenposition des passierten Referenzpunktes 411 wird daraufhin als aktuelle Bezugsgrößen für die in der Folge mittels des Messmoduls 61 der Trägheitsmesseinrichtung 6 bestimmten relativen Koordinatenmesswerten herangezogen.

[00123] Daten werden zwischen der fahrzeugseitigen Datenbank 7A, der Erfassungseinrichtung 5 und der Trägheitsmesseinheit 6 mittels Datenverbindungen ausgetauscht.

[00124] Ein Triebfahrzeugführer oder ein Bediener des Messsystems, kann die Datensätze der Datenbank 7A mittels einer Datenausgabevorrichtung 812 abfragen.

[00125] Datensätze der Datenbank 7A können auch an eine Steuerungsvorrichtung des Arbeitsaggregate 821 des Schienenfahrzeugteils 82 übermittelt werden.

[00126] Es können auch Datenanalysen und die Ableitung von Daten aus den aus der fahrzeugseitigen Datenbank 7A ausgelesenen Datensätzen mittels einer mit der Datenausgabevorrichtung 812 kombinierten Dateneingabevorrichtung vorgenommen werden.

[00127] Ein Datenaustausch von Datensätzen der fahrzeugseitigen Datenbank 7A und einer fahrwegseitigen Datenbank 7B kann mittels einer Sende- und Empfangseinrichtung 811 erfolgen.

[00128] Der Fahrzeugrahmen des Traktionsteil 81 des Schienenfahrzeugverbandes 8 ruht auf einem Schienenfahrwerk 814 und ist für das Fahren unter Strom mit einem als Pantograph ausgeprägten Stromabnehmer 813 ausgestattet.

[00129] Die auf einem Luftfahrzeug 9 angeordnete Erfassungseinrichtung 91 ist mit ihrem Erfassungsbereich 92 in Figur 7 über einem Schienenfahrweg mit einem Gleis umfassend Schienen 2 und Schwellen 3 sowie auf einer Teilmenge der Schwellen 3 angeordneten Referenzpunkten 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 421 und 422 dargestellt.

[00130] Die Erfassungseinrichtung 91 erfasst dabei das eindeutige Identifikationsmerkmal eines Referenzpunktes 414 und empfängt einen Datensatz umfassend das Referenzpunktidentifikationsmerkmal und den Referenzpunktgeokoordinatendatensatz.

[00131] Zur Erfassung des Identifikationsmerkmals des Referenzpunkts mittels der luftgestützten

Erfassungseinrichtung 91 ist die Einhausung der Referenzpunkte 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 421 und 422 gemäß einer Ausführungsform 4B halbkugelförmig und von der Ausführungsform 4A mit flachem Deckel unterschieden.

[00132] Figur 8 stellt beispielhaft Trajektorien eines Schienenfahrwegabschnitts 10° bestehend aus einem Gleis umfassend Schienen 2 und Schwellen 3 sowie auf einer Teilmenge der Schwellen 3 angeordneten Referenzpunkten 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 421 und 422 dar.

[00133] Der Kurvenverlauf 11A zeigt den Schienenverlauf in vertikaler Richtung, wobei die Kreise, die durch die Geokoordinaten der Referenzpunkte 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 421 und 422 bestimmten Höhenwerte markieren.

[00134] Dementsprechend zeigt der Kurvenverlauf 11B den Schienenverlauf in horizontaler Richtung in der Ebene des Schienenfahrweges 10.

[00135] Die durch die Geokoordinaten der Referenzpunkte 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 421 und 422 bestimmten Werte des Verlaufs 11B sind durch Dreiecke markiert.

[00136] Der Kurvenverlauf 11C zeigt den Verlauf der mit dem Neigungssensor 4D der Referenzpunkte erfassten Werte eines Neigungswinkels a.

[00137] Dieser Neigungswinkel a gibt, wie dargestellt, beispielsweise die Neigung der Schwelle 3, auf der der Referenzpunkt 421 angeordnet ist, gegenüber einer Bezugsebene an.

[00138] Die durch die Neigungssensoren 4D erfassten Werte des Neigungswinkelverlaufs 11C sind in Figur 8 durch Sechsecke markiert.

[00139] Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

[00140] Es sind insbesondere abweichende organisatorische Anordnungen 71 der Referenzpunktdatensätze und konstruktive Ausführungen eines Referenzpunkts 4 durch die folgenden Ansprüche mitumfasst.

Patentansprüche

1. Messsystem (1) zur Bestimmung der räumlichen Lage (11A, 11B, 11C) von Komponenten, insbesondere Schienen (2) und Schwellen (3), eines Schienenfahrweges (10) in einem Geokoordinatensystem, umfassend eine Anzahl eingehauster, fahrwegseitiger Referenzpunkte (4, 4e) mit einem Empfänger (4A2) eines Satellitennavigationssystems GNSS (13), eine autarke, lokale Energieversorgung (4C1, 4C2, 4C3, 4C4) dieser Referenzpunkte (4, 4e) und fahrzeugseitig eine Referenzpunkterfassungseinheit (5) und eine Trägheitsmesseinheit IMU (6), dadurch gekennzeichnet, dass die fahrwegseitigen Referenzpunkte (4) in einem vorgegebenen räumlichen Abstand (d) auf Komponenten des Schienenfahrweges (10), insbesondere auf Schwellen (3) des Gleises, angeordnet sind, dass jeder Referenzpunkt (4) eine Datenerfassungsvorrichtung aufweist, die die räumliche Position des Referenzpunktes (4) mittels des GNSS-Empfängers (4A2) mit einer bestimmten räumlichen Auflösung in einem festgelegten zeitlichen Intervall ermittelt, dass weiters einer Gruppe von Referenzpunkten (42, 421, 422) eine drahtlose Datenübermittlungsvorrichtung zugeordnet ist, die angeordnet ist, räumlichen Positionsdaten und eindeutige Identifikationsmerkmale dieser Referenzpunktgruppe (42, 421, 422) an eine fahrzeugseitige Datenbank (7A) und/oder fahrwegseitige Datenbank (7B) zu übermitteln und dass die fahrzeugseitige Trägheitsmesseinheit IMU (6) angeordnet ist, um ausgehend von der letzten aktuellen fahrzeugseitig erfassten Referenzpunktposition (412) die Lage der Komponenten des Schienenfahrweges (10) zwischen den Referenzpunkten (412, 411) zu bestimmen.

2. Messsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene räumliche Abstand (d), in denen die fahrwegseitigen Referenzpunkte (4) angeordnet sind, zwischen 5m und 5km, vorzugsweise zwischen 50m und 500m beträgt.

3. Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte räumliche Auflösung der ermittelten Referenzpunktposition in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2 mm liegt.

4. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das festgelegte zeitliche Intervall zur Ermittlung der Referenzpunktpositionen zwischen 8 Stunden und 72 Stunden, insbesondere 24 Stunden, beträgt.

5. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (4) zusätzlich Messeinheiten (4D) zur Erfassung der Neigung (a) umfassen.

6. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eindeutige Identifikationsmerkmal des jeweiligen Referenzpunktes (4) ein Trackingmarker, insbesondere ein 4-Punkt-Marker, auf der Einhausung (4A, 4B) des Referenzpunktes (4) ist, der von einer fahrzeugseitigen Erfassungseinrichtung (5), insbesondere einer Kameravorrichtung (51, 52), erfassbar ist.

7. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (4A, 4B) des Referenzpunktes (4) halbkugelförmig ist, sodass der Referenzpunkt von schienenfahrzeugunabhängigen Erfassungseinrichtungen (91), insbesondere luftgestützten Erfassungseinrichtungen (91), erfassbar ist.

8. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Datenverbindungen (43) bestehen zwischen der drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtung einer ersten Gruppe von Referenzpunkten (421) und den drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtungen der dieser ersten Gruppe jeweils räumlich und/oder organisatorisch benachbarten Referenzpunktgruppen (422, 425).

9. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage (11A, 11B, 11C) von Komponenten, insbesondere Schienen (2) und Schwellen (3), eines Schienenfahrweges (10) in einem Geokoordinatensystem mittels eines Messsystems (1) nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte -) fahrzeugseitige Erfassung eines eindeutigen Identifikationsmerkmals jenes fahrwegseitigen Referenzpunktes (411), der in Bewegungsrichtung (12) der folgende noch nicht erfasste

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Referenzpunkt (4) ist;

-) Abrufen der mit diesem erfassten Referenzpunkt (411) verknüpften Position in Geokoordinaten aus einer fahrzeugseitigen Datenbank (4A) oder fahrwegseitigen Datenbank (4B);

-) Aktualisieren der Referenzpunktposition, sobald eine fahrzeugseitige Referenzmarkierung (53) die erfasste Referenzpunktposition (411) in Bewegungsrichtung (12) passiert;

-) Bestimmung der Lage von Komponenten (2, 3) des Schienenfahrwegs (10) mit Hilfe der fahrzeugseitigen Trägheitsmesseinheit (6, 61) ausgehend von der aktuellen Referenzpunktposition.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Neue Patentansprüche

1. Messsystem (1) zur Bestimmung der räumlichen Lage (11A, 11B, 11C) von Komponenten, insbesondere Schienen (2) und Schwellen (3), eines Schienenfahrweges (10) in einem Geokoordinatensystem, umfassend eine Anzahl eingehauster, fahrwegseitiger Referenzpunkte (4, 4e) mit einem Empfänger (4A2) eines Satellitennavigationssystems GNSS (13), eine autarke, lokale Energieversorgung (4C1, 4C2, 4C3, 4C4) dieser Referenzpunkte (4, 4e) und fahrzeugseitig eine Referenzpunkterfassungseinheit (5) und eine Trägheitsmesseinheit IMU (6), dadurch gekennzeichnet, dass die fahrwegseitigen Referenzpunkte (4) in einem vorgegebenen räumlichen Abstand (d) auf Komponenten des Schienenfahrweges (10), insbesondere auf Schwellen (3) des Gleises, angeordnet sind, dass jeder Referenzpunkt (4) eine Datenerfassungsvorrichtung aufweist, die die räumliche Position des Referenzpunktes (4) mittels des GNSS-Empfängers (4A2) mit einer bestimmten räumlichen Auflösung in einem festgelegten zeitlichen Intervall ermittelt, dass weiters einer Gruppe von Referenzpunkten (42, 421, 422) eine drahtlose Datenübermittlungsvorrichtung zugeordnet ist, die angeordnet ist, räumlichen Positionsdaten und eindeutige Identifikationsmerkmale dieser Referenzpunktgruppe (42, 421, 422) an eine fahrzeugseitige Datenbank (7A) und/oder fahrwegseitige Datenbank (7B) zu übermitteln und dass die fahrzeugseitige Trägheitsmesseinheit IMU (6) angeordnet ist, um ausgehend von der unter Zuhilfenahme einer fahrzeugseitigen Referenzmarkierung (53) letzten aktuellen fahrzeugseitig erfassten Referenzpunktposition (412) die Lage der Komponenten des Schienenfahrweges (10) zwischen den Referenzpunkten (412, 411) zu bestimmen.

2. Messsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene räumliche Abstand (d), in denen die fahrwegseitigen Referenzpunkte (4) angeordnet sind, zwischen 5m und 5km, vorzugsweise zwischen 50m und 500m beträgt.

3. Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte räumliche Auflösung der ermittelten Referenzpunktposition in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2 mm liegt.

4. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das festgelegte zeitliche Intervall zur Ermittlung der Referenzpunktpositionen zwischen 8 Stunden und 72 Stunden, insbesondere 24 Stunden, beträgt.

5. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpunkte (4) zusätzlich Messeinheiten (4D) zur Erfassung der Neigung (a) umfassen.

6. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eindeutige Identifikationsmerkmal des jeweiligen Referenzpunktes (4) ein Trackingmarker, insbesondere ein 4-Punkt-Marker, auf der Einhausung (4A, 4B) des Referenzpunktes (4) ist, der von einer fahrzeugseitigen Erfassungseinrichtung (5), insbesondere einer Kameravorrichtung (51, 52), erfassbar ist.

7. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (4A, 4B) des Referenzpunktes (4) halbkugelförmig ist, sodass der Referenzpunkt von schienenfahrzeugunabhängigen Erfassungseinrichtungen (91), insbesondere luftgestützten Erfassungseinrichtungen (91), erfassbar ist.

8. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Datenverbindungen (43) bestehen zwischen der drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtung einer ersten Gruppe von Referenzpunkten (421) und den drahtlosen Datenübermittlungsvorrichtungen der dieser ersten Gruppe jeweils räumlich und/oder organisatorisch benachbarten Referenzpunktgruppen (422, 425).

9. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage (11A, 11B, 11C) von Komponenten, insbesondere Schienen (2) und Schwellen (3), eines Schienenfahrweges (10) in einem Geokoordinatensystem mittels eines Messsystems (1) nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte -) fahrzeugseitige Erfassung eines eindeutigen Identifikationsmerkmals jenes fahrwegseiti-

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

gen Referenzpunktes (411), der in Bewegungsrichtung (12) der folgende noch nicht erfasste Referenzpunkt (4) ist;

-) Abrufen der mit diesem erfassten Referenzpunkt (411) verknüpften Position in Geokoordinaten aus einer fahrzeugseitigen Datenbank (4A) oder fahrwegseitigen Datenbank (4B);

-) Aktualisieren der Referenzpunktposition, sobald eine fahrzeugseitige Referenzmarkierung (53) die erfasste Referenzpunktposition (411) in Bewegungsrichtung (12) passiert;

-) Bestimmung der Lage von Komponenten (2, 3) des Schienenfahrwegs (10) mit Hilfe der fahrzeugseitigen Trägheitsmesseinheit (6, 61) ausgehend von der aktuellen Referenzpunktposition.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE