PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004004246T2 15.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001600351
Titel Methode und System zur Erkennung von Defekten und gefährlichen Eigenschaften von passierenden Eisenbahnfahrzeugen
Anmelder Heuristics GmbH, Vaglio, CH
Erfinder Lancia, Antonio, 6900 Lugano, CH
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Aktenzeichen 602004004246
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.04.2004
EP-Aktenzeichen 040760472
EP-Offenlegungsdatum 30.11.2005
EP date of grant 10.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse B61L 1/20(2006.01)A, F, I, 20061212, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B61K 9/06(2006.01)A, L, I, 20061212, B, H, EP   B61K 9/12(2006.01)A, L, I, 20061212, B, H, EP   

Beschreibung[de]
1 Technischer Bereich

Diese Erfindung bezieht sich auf die Sicherheit im Bahntransport, und insbesondere auf die Erkennung von zumindest einer fehlerhaften und/oder gefährlichen Bedingungen für eine Zugbildung von mindestens einem passierenden Schienenfahrzeug, die Gefahren des Begrenzungslinienprofils, verrutschte Lasten, Überhitzung, Ausfälle und beginnende Ausfälle in den Achslagern, Überhitzung der Räder und Bremsen, Überhitzung des Fahrzeugkastens und Feuer an Bord umfassen. Noch genauer gesagt, betrifft sie ein Verfahren und ein System, mit dem man eine Reihe von Erkennungsfunktionen für Defekte und Gefahrensituationen von Schienenfahrzeugen ausüben kann, indem man entlang der Schienen Sensoren und Messinstrumente platziert. Es werden auch einige Aspekte wie die Wartung von Schienenfahrzeugen, Wartung von Schienen und Bahntransportlogistik im Zusammenhang mit der Integration des Systems gemäß dieser Erfindung mit anderen Bahnsystemen und/oder Systemen mit Bezug auf die Bahn angesprochen.

2 Stand der Technik 2.1 Einführung in den Stand der Technik

Eine Vielzahl verschiedener Defekte und Gefahrensituationen kann in Schienenfahrzeugen vorkommen, die verschiedene mögliche negative Folgen haben, die von einer schnelleren Abnutzung der Gleiskörper und des Schienenfahrzeuges bis hin zu schweren Unfällen wie Entgleisungen, Feuer und der Freisetzung von gefährlichen Materialien reichen. Es ist zum Beispiel bekannt, dass das Versagen eines Achslagers eines Schienenfahrzeugs oft zu einer Entgleisung des betroffenen Zuges führt. Bestimmte Versagen oder eine ungenügende Funktionsfähigkeit von Bremssystemen können zur Überhitzung von einem oder mehrerer Räder und zu deren Bruch führen, was oft die Entgleisung des Zugs zur Folge hat. Es können sich auch einige Bremsteile selbst überhitzen und, in einigen Fällen, ein Feuer auf der Fahrzeugunterseite verursachen, was zum Ausbruch eines sehr gefährlichen Großfeuers führen kann. Eine zu starke Bremskraft durch die Achse auf die Räder kann eine Verschiebung dieser Räder auf dem Schienenkopf und folglich eine Abnutzung des Radprofils und die Bildung einer Flachstelle verursachen, der wiederum die Gleiskörper beschädigt und einen Bremsbruch auslösen kann. Andere Raddefekte, z.B. ein „Anschweissen" können vorkommen und eine schnelle Abnutzung des Gleiskörpers verursachen. Ein exzessive Abnutzung des Radprofils kann zur Vergrößerung der Schlingerbewegung eines Drehgestells und folglich einer schnellen Abnutzung des Schienenkörpers und einer möglichen Entgleisung entlang einer langgezogenen Kurve führen.

Eine zu starke Belastung einer Achse oder eines Drehgestells oder einen gesamten Waggons beschädigt den Gleiskörper und kann in einigen Fällen zur Zugentgleisung führen. Ein ungenügendes Sichern der Fracht auf einem Waggon oder die Beschädigung einer Sicherung kann dazu führen, dass die Ladefracht verrutscht und auf die daneben liegenden Gleiskörper fällt oder in eine Position gleitet, die zu einer Kollision mit einem anderen Zug oder mit einem Teil der Infrastruktur führt. Das aus einer verrutschten Ladung resultierende Ungleichgewicht eines Waggons kann sogar ein langsames Umkippen des betroffenen Fahrzeugs und die daraus folgende Entgleisung verursachen. Ein unbeabsichtigtes Öffnen einer Waggon-Tür oder einer Luke, ein unangemessenes Beladen eines Frachtwaggons oder das Vorhandensein eines kombinierten Transportmittels mit einem unzulässigen Spurbild in einem bestimmten Bahnabschnitt können ebenso Gründe für Kollisionen von Teilen mit anderen Zügen oder mit Infrastrukturelementen sein. Ungesicherte Teile von Transportladungen so wie eine Kühlerhaube eines auf einem Waggon transportierten Autos können mit der Fahrleitung in Berührung kommen und verschiedene mögliche Schäden verursachen. Es können an Bord von Lokomotiven, Waggons und Triebwagen Feuer in Folge einer Vielzahl von zufälligen Ursachen oder im Falle einer Brandstiftung ausbrechen, die möglicherweise große Verluste an Vermögenswerten, Einkommen und sogar menschlichem Leben zur Folge haben können.

In den letzten Jahren hat das Interesse im Bahnbereich für den Einsatz von technologischen Systemen zugenommen, die das Vorhandensein von gewissen Defekten und gefährlichen Bedingungen für Schienenfahrzeuge erkennen können. Einer der Hauptgründe hierfür ist natürlich das Interesse daran, die Infrastruktur- sowie Wartungskosten für die Schienenfahrzeuge zu senken, die immer noch einen Großteil der gesamten Operationskosten der Bahntransportsysteme ausmachen. Die in den vergangenen Jahren erfolgte deutliche Reduzierung in vielen Ländern der Stellenbesetzung in der Bahn-Infrastruktur und an Wartungsstellen hat im Allgemeinen solch Erkennungssysteme sinnvoller gemacht, zumindest da durch diese die Wahrscheinlichkeit abgenommen hat, dass Defekte und gefährliche Bedingungen durch Personal bei Inspektionen oder durch zufällige Beobachtung entdeckt werden. Hinzu kommt, dass die Reduzierung der Wartungsbudgets für Schienenfahrzeuge in einigen Ländern bzw. in einigen Bahngesellschaften zu einem häufigeren Auftreten von gefährlichen Schäden in den Fahrzeugen der betroffenen Flotten geführt hat.

Selbstverständlich ist es möglich oder zumindest vorstellbar, viele der oben genannten Defekte und gefährlichen Bedingungen durch technologische Systeme, die auf den einzelnen Fahrzeugen basieren, zu entdecken und die meisten der neueren Fahrzeuge, besonders die Hochgeschwindigkeitszüge und Lokomotiven im Allgemeinen, sind in immer stärkerem Maße mit einer vielfältigeren und wirksameren Auswahl an Diagnose-Systemen ausgerüstet. Die Kosten für die Nachrüstung von existierenden Fahrzeugen mit Diagnose-Systemen sind jedoch, trotz deren beachtlicher durchschnittlicher Lebensdauer, so hoch, dass eine massive Installation von An-Bord-Erkennungssystemen auf den bestehenden Flotten, besonders auf Frachtfahrzeugen, nicht zu empfehlen bzw. ganz auszuschließen ist. Dementsprechend gelten Bodensysteme weiterhin als eine günstige Alternative und beachtliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten haben die Verbesserung der existierenden Produkte sowie die Entwicklung neuer Produkte zum Ziel.

Die Wahl der Positionierung der Bodenausrüstung zur Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen von Schienenfahrzeugen ist keineswegs zufällig, sondern ist Ergebnis eines mehr oder wenig sorgfältigen Entscheidungsprozesses (z.B. bis hin zum Einsatz von quantitativen Risiko-Bewertungsmethoden), der auf Aspekten wie der Leistung von Erkennungssystemen, der durchschnittlichen Dauer, nach der ein erkennbarer Defekt einen Unfall auslöst, der Wahrscheinlichkeit, dass ein gewisser Defekt zu einem Großunfall führt, der Bedeutung eines Defekts bei der Beschädigung von Gleiskörpern, der Häufigkeit eines Defektes usw. beruht. Die Kosten für die Anwendung und Wartung eines Erkennungssystems sind natürlich ein wichtiger Aspekt und die Installation mehrerer Serien einer bestimmten am Boden installierten Erkennungsausrüstung erfolgt oft stufenweise für ein Schienennetz, und für bestimmte Installationsorte ist die Priorität höher als für andere. Ein langer Bahntunnel oder eine Reihe von Tunneln entlang eines Bahnlinienabschnitts ist ein typisches Beispiel für eine solche Priorität, die im Zusammenhang mit den höheren durchschnittlichen und maximalen Verlusten desselben Unfalls steht (z.B. ein Feuer oder eine Entgleisung oder eine Entgleisung mit anschließendem Feuer), je nachdem ob dieser in einem Tunnel oder entlang eines normalen offenen Bahnabschnitts passiert. Die Entscheidung, gewisse Systeme für die Erkennung von Defekten oder gefährlichen Bedingungen von Schienenfahrzeugen in der Nähe von Tunneln als ein Mittel zur Gefahrenreduzierung einzusetzen [063, 064] (die Zahlen in den eckigen Klammern beziehen sich auf die nummerierten Dokumente in der Referenzliste der Abschnitte 0, 0 oder 0 weiter unten im Text), sollte jedoch die Sicherheitsfunktion berücksichtigen, die solche System für das gesamte Bahnnetz erfüllen. Außerdem können weitere Schienenabschnitte mit einer mehr als durchschnittlichen Nützlichkeit dieser Erkennungssysteme assoziiert werden, so wie zum Beispiel Bahnstrecken durch stark bevölkerte Gebiete in der Nähe von Rangierbahnhöfen oder Häfen oder Industriegebieten hindurch, in denen viele Waggons mit Gefahrengut ihre Reise antreten. Lange Bahnbrücken sind ein weiteres Beispiel für einen verstärkt kritischen Bahnabschnitt.

Natürlich ist die Empfindlichkeit eines Systems zur Erkennung von Defekten oder gefährlichen Bedingungen von Schienenfahrzeugen (d.h. die Erfolgsrate bei der positiven Erkennung von Defekten oder gefährlichen Bedingungen) ein entscheidender Aspekt, der die Kosten der Installation und Wartung eines solchen Systems rechtfertigt. Es ist genauso wichtig anzuerkennen, dass die Häufigkeit von falschen Alarmen mindestens ebenso entscheidend wie die Empfindlichkeit des Systems ist, um zu bewerten, ob ein System tatsächlich im Bahnbereich eingesetzt werden soll [064]. Die hier erwähnten Erkennungssysteme sind in der Tat Gefahrenreduziersysteme, im Gegensatz vitalen Elementen von Schienensicherheits- und Signalsystemen, die fehlerfrei arbeiten müssen. Diese Gefahrenreduziersysteme sind in der Regel nicht obligatorisch, doch wenn sie installiert sind, können ihre Alarmsignale, die einen gefährlichen Defekt oder eine gefährliche Bedingung anzeigen, nicht ignoriert werden, und daher wird ein solcher Alarm das Anhalten oder das Umleiten des betroffenen Zugs auslösen, auch wenn ein solches Alarmsignal „unecht" ist, d.h. wenn es nicht eine wirkliche fehlerhafte oder gefährliche Bedingung anzeigt. Es ist daher nicht überraschend, wenn die Toleranzschwelle für falsche Alarme bei den Bahngesellschaften extrem niedrig ist, angesichts der Tatsache, dass die sehr hohen Kosten, die in Folge eines falschen Alarms anfallen, so wie die zusätzlichen Kosten wegen einer möglichen Unterbrechung des planmäßigen Zugverkehrs vieler Züge, wegen der Verspätung des betroffenen Zugs und wegen der Verschwendung der Arbeitszeit des Personals, das den angehaltenen oder umgeleiteten Zug inspiziert. Ein Kennzeichen der meisten technologischen Systeme für die Erkennung von fehlerhaften oder gefährlichen Situationen ist ein Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Häufigkeit falscher Alarme. Eine erhöhte Empfindlichkeit für eine bestimmte technologische Erkennungslösung führt im Allgemeinen zu einer höheren Zahl falscher Alarme. Daher resultiert die maximale Empfindlichkeit der meisten Erkennungssysteme, die an Bahnschienen installiert werden sollen, aus einer Systemeinstellung, für die die ungefähre maximal annehmbare Zahl an falschen Alarmen ausschlaggebend ist. Diese Überlegungen spiegeln sich in der Tatsache wider, dass der am weitesten gehende Fortschritt vergangener, aktueller (und voraussichtlich auch zukünftiger) Erkennungssysteme für Defekte oder gefährliche Bedingungen (d.h. die komplexe Entwicklung der Technologie der „Erkennung heißer Achsbuchsen") mit der Verbesserung des Unterscheidungsvermögens der Systeme zwischen normalen und unnormalen Gegenständen zusammenhängt [006, 007, 010, 011, 025], und all das mit der Vorgabe einer niedrigen Rate falscher Alarme und nachhaltiger Kosten. Fachleuten in diesem Bereich ist gut bekannt, dass diese Verbesserungen teilweise durch den Einsatz von besseren oder anderen Sensoren erreicht werden, und teilweise durch den Einsatz von bessern und/oder alternativen Methoden der Verarbeitung der Grundsignale der Sensoren. Das Thema der falschen Alarme, das hier kurz angesprochen wurde, steht im Mittelpunkt der Diskussion um gewisse Grenzen des bisherigen Stands der Technik und um einige Vorteile der Erfindung, die in diesem Patentdokument erläutert wird.

In den folgenden Abschnitten 0, 0 und 0 werden einige spezifische vorherige Systeme und Dokumente erläutert, die besonders wichtig für diese Erfindung sind, und in die allgemeine Kategorie der oben angesprochenen Erkennungssysteme gehören. Weitere Einzelheiten bezüglich des bisherigen Stands der Technik, zu dem diese Erfindung eine günstige Alternative darstellt, sowie zum Stand der Technik, der im Rahmen der Anwendung dieser Erfindung verwendet wird oder verwendet werden kann, sind in der ausführlichen Erläuterung im Teil 5 dieses Dokuments enthalten.

2.2 Bisheriger Stand der Technik für die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von Schienenfahrzeugen

Wie oben erwähnt, können unterschiedliche Ursachen (z.B. eine offene Tür oder Luke, das Verrutschen einer Ladung auf einem flachen Bahnwagen, das unangemessene Beladen eines offenen Waggons, die Verschiebung eines ungesicherten Frachtteils sowie das Vorhandensein einer breiten Ladung oder eines kombinierten Transportelements, das mit dem Infrastrukturprofil eines bestimmten Bahnabschnitts nicht vereinbar ist) zur Kollision eines aus einem Fahrzeug zu weit hinausragenden Teils mit einem anderen Zug oder mit einem Element der Infrastruktur führen. In der Vergangenheit sind eine Reihe von Unfällen dieser Art aufgetreten, trotz der Bemühungen der Bahngesellschaften zur Verhinderung dieser vor allem durch organisatorische Maßnahmen und durch Feld-Prüfungen durch das Bahnpersonal (z.B. vor Grenzübergängen, bei Waggon-Ladestationen und bei Rangierbahnhöfen). Die automatische Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von passierenden Schienenfahrzeugen ist daher für die Bahngesellschaften von Interesse, doch die Entwicklung eines angemessenen technologischen Systems für diesen Zweck bietet außerordentliche Schwierigkeiten, die von einer Reihe von technisch komplexen Zusammenhängen im Rahmen der Merkblätter UIC Code 505-1, 505-4, 505-5 und 506 [050, 051, 052, 053], sowie anderer Veröffentlichungen technischer Natur zu diesem Thema reichen. Der Anmelder hielt es für unnötig, den Inhalt dieser UIC-Normen in diesem Dokument im Detail zu erörtern, und die Einführung des Abschnitts 5.9, zusammen mit und , können einfach als eine kurze Referenz zum Thema betrachtet werden, von denjenigen, die es bereits ausführlich kennen. Die unten stehende Erläuterung sollte nur als sehr kurze und unvollständige Behandlung des Themas angesehen werden, die sich auf die Erklärung einiger wichtiger Gründe dafür beschränkt, warum der dem Anmelder bekannte Stand der Technik nicht in der Lage war, das Problem der Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von passierenden Schienenfahrzeugen zu lösen, wobei mit berücksichtigt wird, dass die Rate falscher Alarme auf einem für Bahngesellschaften akzeptablen niedrigen Niveau gehalten werden muss.

Ein erster entscheidender Faktor für eine mögliche Kollision eines Fahrzeugkastens oder eines auf dem Fahrzeug befestigten Gegenstands mit einem Element der Infrastruktur ist der Effekt der Schienenkrümmung. Bei einem typischen zweiteiligen Waggon zeigt eine einfache Skizze (siehe z.B. des UIC-Fachblattes 505-1 [050]), dass der Waggonkastenwagen auf einem gekrümmten Gleiskörper eine Position einnimmt, die von den Positionen der Bolzen des Drehgestells abhängt, in das der Wagenkasten eingehängt ist. Der Teil zwischen den Drehgestellbolzen der Waggonseite, die auf die Innenseite der Schienenkrümmung weist, wird von der Mittellinie der Schienen in Richtung Krümmungsmitte weisen. Andersherum weisen die Teile auf der gegenüberliegenden Seite des Waggonkastens, die außerhalb des Abschnitts zwischen Drehgestellbolzen bis zu den Außenseiten des Waggons liegen, in die entgegen gesetzte Richtung. Die unterschiedliche geometrische Achsversetzung der verschiedene Waggonteile bei einer Kurve führt zu einer „kinematischen Breite" eines Waggonprofils auf einer Ebene, die senkrecht zu den Schienen steht, die vom Kurvenradius, vom Fahrzeugkastenprofil und von der Position der Drehgestellbolzen abhängt. Die Kompatibilität eines idealen Fahrzeugkastens mit einer einfachen, eckigen Quaderform mit einem gewissen seitlichen Spielraum für die Infrastruktur einer gekrümmten Schienenführung wird daher von seiner Breite und Länge sowie vom Abstand der Drehgestellgießbolzen von der Außenseite des Fahrzeugkastens abhängen. Somit, immer noch mit Bezug auf diesen einfachen Fall und unter Voraussetzung eines gewissen seitlichen Spielraums und einer Schienenkrümmung, erlaubt die Verkürzung des Fahrzeugs, dieses innerhalb der gegebenen Infrastrukturgrenzen zu verbreitern. Tatsächlich sind längere Schienenfahrzeuge in der Regel schmaler als kürzere. Das Abrunden an den vier vertikalen Ecken eines solchen idealen Körpers ermöglicht, seine Länge bei einer gegebenen Breite zu vergrößern, bzw. seine Breite bei einer gegebenen Länge zu vergrößern; diese Art von Abrundungen werden in der Praxis z.B. angewandt, um das Ladevolumen von Frachtfahrzeugen im Rahmen des zugelassenen Begrenzungslinienprofils zu erhöhen (siehe und Abschnitt 0, weiter unten in diesem Dokument). Die seitliche Versetzung, die mit einem bestimmten Schienenfahrzeug auf einer Schiene mit einem gewissen Krümmungsradius assoziiert wird, hängt genau von der Längsposition auf dem Fahrzeug ab und daher wird eine Last, die zufällig oder beabsichtigt ein gewisses Stück über die Fahrzeugseite hinausragt (z.B. ein flacher Wagenkasten) ja nach Position der Last auf dem Ladedeck entweder mit der neben den Schienen liegenden Infrastruktur kollidieren, oder nicht.

Dieser letzte Aspekt wird zusammen mit anderen Einzelheiten bei der Autorisierung für den Transit von breiten Ladungen beurteilt, da dabei geltende Standard-Ladevorschriften verletzt werden. Der hier erläuterte Aspekt der kinematischen Breite in Bezug auf die Schienenkrümmung dient im unten stehenden Text der Erklärung der Einschränkungen, die die unten beschriebenen Lösungen mit dem bisherigen Stand der Technik für die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil kennzeichnen.

Die Verfahren, die bei Ladestationen und anderen Bahnstationen wie Rangierbahnhöfen angewandt werden, um Fahrzeugprofile und ihre Lasten zu messen, werden hier nicht besprochen, da sie für die automatische Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von passierenden Fahrzeugen nicht ausschlaggebend sind. Aus dem gleichen Grund werden hier Patendokumente wie [044, 045, 046] nicht besprochen, da sie sich auf Prüfungen, die von Hand oder teilweise automatisch ausgeführt werden, beziehen, die dennoch mit der automatischen Prüfung der Kompatibilität von Begrenzungslinienprofilen von passierenden Fahrzeugen nicht kompatibel sind.

Das Patentdokument [031] erläutert ein System zur Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von Schienenfahrzeugen, das die Unterbrechung eines oder mehrerer Erkennungsstrahlen registriert (was der Übertragung von elektromagnetischer Strahlung oder von Akustikwellen entlang eines Pfades durch Geräte wie Spiegel entspricht, die einen Strahl in eine Reihe von geraden Strahlsegmenten brechen), die so platziert sind, dass sie einem gewissen polygonalen Grenzprofil entsprechen. Eine ähnliche Anordnung mit einer Reihe von Registrierstrahlen, jeder durch ein Übertragungs- und ein Empfangsgerät implementiert, wird bei dem "CCD-1 Car Clearance Detection System" von General Electric Transportation Systems [963] verwendet. Laut Dokument [066] basiert ein elektro-optisches System zur Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil der Firma TSS aus Mailand, Italien, auf der Erkennung von vorstehenden Fahrzeugstrukturen an zwei seitlichen vertikalen Ebenen und einer horizontalen Ebene auf dem Fahrzeug. Das Patentdokument [004] erläutert ein System zur Erkennung, vor einem Bahntunnel, unterschiedlicher Gefahren für ein Schienenfahrzeug, darunter auch die Verschiebung der Last, die dank der Unterbrechung vertikaler Laser-Schranken auf den Seiten des Schienenkörpers im Innern des „Messtunnels", sofern vorgesehen, erkannt wird. Mehr als ein Paar von Laserschranken werden an verschiedenen Positionen entlang der Bahnschienen eingesetzt mit dem Ziel, eine Redundanz zu erzeugen und falsche Alarme zu unterbinden, auch dadurch, dass die Unterbrechungszeiten der verschiedenen Schranken auf die Zuggeschwindigkeit abgestimmt sind.

Die vier Systeme, die in den o.g. Dokumenten [031, 963, 066, 004] erwähnt wurden, haben gemeinsam, dass sie die Störung des Begrenzungslinienprofils durch die Unterbrechung von fixen Erkennungsstrahlen erkennen, die entlang der Bahnschiene positioniert sind. Wenn wir annehmen, dass diese Instrumente auf einer geraden Bahnstrecke installiert werden, und dass nur Fahrzeuge mit einer Standardlast den Prüfungspunkt passieren, und dass der Abstand der vertikalen Erkennungsstrahlen von der Schienenmitte ausreichend groß ist, um das Auslösen eines falschen Alarms für die größte Breite der für den Transit auf der entsprechenden Bahnschiene zugelassenen Fahrzeuge zu verhindern, dann wird im Falle solcher vertikaler Erkennungsstrahlen bei gewissen Störungen des Begrenzungslinienprofils (z.B. eine leichte, aber gefährliche Lastverschiebung), die auf längeren und schmaleren Waggons vorkommen, kein Alarm ausgelöst. Wenn dagegen dieser Abstand des entsprechenden vertikalen Erkennungsstrahls von der Schienenmitte verkürzt wird, wird die Zahl der falschen Alarme immer größer. Hinzu kommt, dass oft eine beträchtliche Zahl von nicht-standardmäßigen "breiten Lasten" oder "außergewöhnlichen Lasten" auf Schienenfahrzeugen transportiert wird und dabei, wie oben erwähnt, diese Lasten über die Fahrzeugseiten überstehen.

Folglich könnte ein System, das auf der Erkennung durch Strahlenunterbrechung mit einem vorgegebenen geometrischen Profil beruht, bei Sondertransporten falsche Alarme auslösen. So würde eine Vergrößerung des Abstands von der Schienenmitte zum vertikalen Erkennungsstrahl zur Verhinderung der Auslösung eines Alarms aufgrund von außergewöhnlichen Ladungen dazu führen, dass eine große Zahl von gefährlichen Ladesituationen gar nicht erkannt wird, wenn dieser Abstand durch die maximale Breite der Fahrzeuge bestimmt wird.

In Anbetracht der oben beschriebenen Einwände könnten die vier Systeme der Dokumente [031, 963, 066, 004] vorgeschlagen werden, um gefährliche Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil zu entdecken, sofern sie vor Schienenabschnitten installiert werden, die keine oder nur sehr flache Kurven aufweisen (z.B. gewisse Bahnlinien in großen, weiten Ebenen), und die Seiten der Polygone zur Erkennung richtig positioniert werden. Diese eingeschränkte Anwendungsmöglichkeit dieser vier Systeme würde jedoch keine Lösung mit hoher Erkennungsrate und niedriger Rate falscher Alarme bieten, und zwar wegen der in der Serie 505 der UIC-Merkblätter erläuterten kinematischen Aspekte anderer Fahrzeuge. Insbesondere ist nicht einmal auf einer geraden Strecke die seitliche Versetzung von Fahrzeugteilen in Bezug auf die Bahnschienen konstant, vor allem wegen des Achsenquerspiels und der Wankschwingung des Fahrzeugkastens. Die Erkennungsleistung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil solcher Systeme wird durch die Unbeständigkeit der seitlichen Versetzung im Rahmen der Vorgabe der niedrigen Rate falscher Alarme eingeschränkt.

Das Patentdokument [047] erläutert ein Verfahren und ein Gerät zur Messung von "Abständen von Ausführungsmodellen" von Wagenkästen beim Passieren eines Tors, an dem ein Abstandsscanner installiert ist, und diese Ausführungsmodelle werden mit einem oder mehreren vorgegebenen Ausführungsmodellen verglichen. Sein Einsatz wird für eine Vielzahl von möglichen Schutz- und/oder Sicherheitsanwendungen empfohlen, wie zum Beispiel die Unterscheidung von Personen und Fahrzeugen an einem offenen Eingang zu einer Baustelle. Die Installierung einer geeigneten Version des Geräts, die im Dokument [047] erläutert ist, an Bahnschienen würde die Ermittlung von Konturenwerten von Schienenfahrzeugen ermöglichen, die mehr Informationen enthalten als die Daten zur Strahlenunterbrechung, die von den oben beschriebenen Systemen geliefert werden, doch das Dokument [047] bietet keine Angaben zu einem vollständigen Verfahren, welches das spezielle Problem der Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von Schienenfahrzeugen mit hoher Unterscheidungsleistung (positive Identifizierung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil) und einer niedrigen Rate falscher Alarme lösen kann.

Die oben erläuterten Einschränkungen des bisherigen Stands der Technik stehen in direktem Zusammenhang mit einer genauen Unterscheidung von unzulässigen Fahrzeugprofilen, gemäß der Vorgaben der 505-Serie der UIC-Merkblätter. Der Stand der Technik ist jedoch auch unzureichend im Zusammenhang mit der Identifizierung einer Ladeverschiebung bei der Prüfung durch das Erkennungssystem, die jedoch kein unzulässiges Profil identifiziert hat. Ladevorschriften, so wie die Vorschriften, die im Rahmen der Anwendung der RIV-Vereinbarung [060] gelten, schreiben in der Tat Begrenzungen der Breite vor, die nicht einem festen Wert entsprechen, und stattdessen von der Geometrie des Fahrzeugs abhängen und auch den oben erläuterten Aspekt der seitlichen Versetzung bei einer Schienenkrümmung berücksichtigen. Daher ist der oben vorgestellte Stand der Technik nicht dazu geeignet, eine mögliche „leichte Verschiebung" einer Last zu identifizieren, die Folge der Verletzung einer Ladevorschrift sein kann, die das seitliche Lastprofil betrifft.

Gewisse Ladevorschriften regeln andere Aspekte (die nicht den Aspekt der hier besprochenen Breite betreffen), so wie den Mindestabstand zwischen nebeneinander liegenden Waggons, wenn eine der Lasten sich über beide Waggonkasten erstreckt. Eine Verletzung dieser Vorschrift kann eine Lastverschiebung in der Länge oder eine potentiell gefährliche Bedingung anzeigen, besonders im Hinblick auf die Ladestabilität. Eine Lösung dieses Problems wird ebenfalls nicht durch den Stand der Technik geliefert.

2.3 Bisheriger Stand der Technik für die Erkennung einer Überhitzung im Achsenbereich

Die Erkennung einer anormalen Erhitzung oder einer Überhitzung von Achslagern war Thema intensiver Forschungs- und Entwicklungsbemühungen in der 50er Jahren [005] im Zusammenhang mit der relativ hohen Häufigkeit von Achsversagen und der Schwere ihrer Folgen (sehr oft Entgleisungen). Die Versagemechanismen von Lagern, und insbesondere der verschiedenen Typen von Zugachslagern, sind sehr ausführlich untersucht worden (besonders durch Hersteller von Lagern) und sind heutzutage gut bekannt. Für den Zweck dieses Text reicht es jedoch zu erwähnen, dass Achsversagen in der Regel durch eine exponential ansteigende Erhöhung der Reibung ausgelöst werden, die durch den gleichzeitigen Anstieg der Temperatur der Lagerschale oder anderer Teile, zu denen die durch die Lager erzeugte Wärme geleitet wird, erkannt werden kann. Das beginnende Versagen oder das vollkommene Versagen eines Lagers kann daher durch die Messung der z.B. durch einen Teil des Achslagers erzeugten Wärmestrahlung oder durch eine geeignete Verarbeitung dieser Signale erkannt werden. Es wurden auch andere Methoden zur Ermittlung von Achsversagen erprobt (z.B. durch auf dem Fahrzeug installierte Geräte oder durch die Analyse akustischer Emissionen von Lagern), doch keine dieser Methoden hat sich bis heute als eine allgemein angewandte Alternative zur Messung von Wärmestrahlung unter Nutzung von entlang der Bahnstrecke installierten Geräten (oft „HBD", für Hot Box Detector, genannt) durchgesetzt.

Es liegen viele Patentdokumente über HBD-Entwicklungen vor (besonders in der IPC-Klasse B61K9/06) und eine ausführliche Erörterung dieser geht weit über den Zweck dieses Textes hinaus. Im Abschnitt 5.11 dieses Dokuments werden einige spezielle HBD-Aspekte, wie zum Beispiel die Arten der Infrarot-Sensoren, dargelegt, und der unten stehende Text dieses Abschnitts beschränkt sich darauf, einige wichtige Funktionen des entsprechenden bisherigen Stands der Technik zu erwähnen.

Die erste Generation von HBD-Produkten wurde entwickelt, bevor moderne Fest-Status-Elektronik in den Alltag eingezogen ist, und die Signale der Sensorgeräte wurden an einen Blattschreiber in einer bemannten Station gesendet, in der ein Ingenieur die empfangenen Signale interpretierte. Seitdem wurde ein beträchtlicher Teil der Entwicklungen auf die Automatisierung der Analyse von Wärmestrahlungssignalen gerichtet in dem Versuch, die HBD-Empfindlichkeit (in dem Sinn, dass ein sich entwickelndes Achsversagen so früh wie möglich erkannt wird) im Rahmen der erforderlichen niedrigen Rate falscher Alarme zu verbessern.

Die Wärme von Achslagern wird durch Leitung, Konvektion und Strahlung abgeführt. Wie z.B. in [49] erkannt wurde, ist Wärmedissipation durch Konvektion ein Hauptfaktor in der Ermittlung von Oberflächentemperaturen, die durch eine HBD registrierte Wärmestrahlung abgeben, und daher ist die Temperatur einer solchen Oberfläche in Bezug auf die Umgebungstemperatur eine eher geeignete einzelne Variable als die Oberflächentemperatur allein für eine Früherkennung von Achsversagen, so wie es auch in einigen frühen HBD-Patentdokumenten, wie im Dokument [048], anerkannt wurde.

Die fortschreitende Anwendung von Kugellagern als Ersatz für Reibungslager war eine Herausforderung für die HBD-Industrie, da die relative Temperatur (Temperatur im Verhältnis zur Umgebung), bei der ein Reibungslager als funktionsuntüchtig betrachtet wird, für Kugellager die normale Arbeitsbedingung darstellt. Hinzu kommt, dass Kugellager einen größeren zulässigen Temperaturbereich haben, je nach Modell und Einsatzbedingungen. Eines der ersten HBD-Patentdokumente [025] beschreibt die Verwendung von Radsensoren, dank der Standardisierung vom Radstand von Frachtwaggons, nur für das Abtasten von Lagerbuchsen unter Ausschluss aller Signale von Lokomotiven und Personenwagen auszuschließen. Das Patentdokument [006] erläutert ein Verfahren, das auf der Verarbeitung von Wärmestrahlungssignalen beider Lager der gleichen Achse beruht. Das gleiche Prinzip wurde in verschiedenen Formen in anderen Erfindungen angewandt, um der Vielfalt von Lagern gerecht zu werden und den Effekt ihrer erst kurz zurückliegenden „historischen Sequenz operativer Bedingungen" auf ihre Temperatur auszugleichen. Das Patentdokument [007] erläutert ein System zur Unterscheidung von Reibungslagern und Kugellagern anhand ihrer unterschiedlichen Form, mit dem Ziel heiße Lagerbuchsen wirksam zu erkennen.

Das Patentdokument [010] erläutert ein Verfahren und ein System zur Umgehung des Effekts, den die Temperatur einer Radnabe (die wegen einer normalen oder auch fehlerhaften Bremsung ziemlich hoch sein kann) auf die Erkennung einer Überhitzung der Lagerbuchse haben kann.

Das Patentdokument [011] beschreibt ein Verfahren zur Zuordnung von Rädern zu Schienenfahrzeugen zum Zwecke der Anwendung eines adaptiven Schwellwerts für HBD-Signale, indem die durchschnittliche und die Standardabweichung der Signalwerte aller Lager auf einer Seite desselben Schienenfahrzeugs errechnet werden. Verfahren der Zuweisung von Rädern zu Schienenfahrzeugen wurden auch von anderen Patenten erläutert, um die Verarbeitung von HBD-Sensorsignalen zu verbessern [017], oder um einen Alarm mit der Ordnungszahl einer Achse und der Ordnungszahl des Schienenfahrzeugs zu assoziieren, damit die manuelle Prüfung eines Achsversagens nach einem HBD-Alarm erleichtert wird [023].

Das Patentdokument [008] geht auf die HBD-Erfassungseinheit mit einem nach oben gerichteten vertikalen Messstrahl ein (anstatt einer Reihe von schräg gerichteten Strahlen), und berücksichtigt dabei die Tatsache, dass die in der Laufrichtung hintere seitliche Oberfläche der Lagerbuchse gewöhnlich wärmer ist als die entsprechende in der Laufrichtung vordere Seite, und dass der Zugverkehr auf einer Bahnschiene in der Regel in beide Richtungen verläuft.

Das Patentdokument [014] erläutert die Verwendung von anamorphischer Optik zur Erzeugung von einem Infrarotsensiblen Strahl mit einem sich verlängernden Ausschnitt am Messziel oder die Verwendung eines optomechanischen Scanners, wobei beide Lösungen das Achsenquerspiel berücksichtigen.

Das Patentdokument [018] stellt die Verwendung einer Reihe weniger pyroelektrischer Lithiumtantalat-Sensorelemente auf einem einzigen Chip mit Infrarot-Bildoptik vor, um eine Mehrzahl von Wärmestrahlungssignalen für viele verschiedene Sichtwinkel zu erzeugen. Einige Vorteile der Verwendung einer solchen Anordnung zusammen mit digitalen Signalverarbeitungsgeräten werden hier erläutert. Das Patentdokument [026] beschreibt die Verwendung einer linearen Sensor-Matrize (insbesondere einer mikro-thermopilen Matrize) mit geeigneter Bildoptik, die entlang des Schienenverlaufs seitlich positioniert wird, wobei die Sensorstrahlen hauptsächlich vertikal verlaufen und die Abtastrate der Linie proportional zur Radgeschwindigkeit ist. Infrarotbilder der passierenden Räder und Lager werden ermittelt und verarbeitet. Es werden viele Vorteile im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik angeführt, einschließlich der Möglichkeit, beide Räder und beide Lagerbuchsentemperaturen präzise zu messen, der Kompatibilität mit einer Reihe von Raddurchmessern, dem geringen Energieverbrauch, der viel geringeren Aussetzung der Sensoren gegenüber Stößen und Vibrationen, der präzisen Temperaturmessung, der dauerhaften Eichungsstabilität, der Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen der Umgebungstemperatur, der leichteren Ausrichtung und der Unempfindlichkeit hinsichtlich des Problems der hinteren Lagerdichtungen neuer Lager, die bei bestimmten im Handel vertriebenen HBD-Produkten das Erkennen von heißen Lagerbuchsen unmöglich machen. Das Patentdokument [026] bestätigt den Vorteil der Nutzung von Datenverarbeitungstechniken für die Pluralität der durch die lineare Matrize erzeugten Signale, doch bietet es keine ausführlichen Angaben zu den Verarbeitungsmethoden oder den Algorithmen, die gegebenenfalls verwendet werden können, um gegenüber dem bisherigen Stand der Technik in Bezug auf die Empfindlichkeit im Rahmen der erforderlichen niedrigen Alarmrate eine Verbesserung zu erreichen. Auch wenn Lagerversagen zu den wichtigsten Vorfällen im Zusammenhang mit achsbezogenen Komponenten gehören, so kommt es auch bei Rädern und Bremsen zu sicherheitskritischen Versagen, die durch eine angemessene Erfassung von Wärmestrahlung und die Verarbeitung der entsprechenden Signale erkannt werden können. Das Verfahren und das System wurden dementsprechend entwickelt, um einzelne Arten von Versagen oder gefährliche Situationen (z.B. Radüberhitzung) oder mehrere Arten von Versagen oder gefährliche Situationen (z.B. Erkennung einer Radüberhitzung und einer Bremsscheibenüberhitzung durch ein einziges Gerät) zu erkennen.

Das Patentdokument [012] beschreibt ein System zur Erkennung der Überhitzung "jeder Art von Bremsen" durch einen einzelnen Wärmestrahlungssensor, dessen Erhebung und Orientierungswinkel angemessen gewählt werden müssen. Das Patentdokument [015] beschreibt einen Apparat, der je nach Wahl der Orientierung des Sensorstrahls das Erkennen einer Überhitzung beider Räder einer Achse ermöglicht. Das Patentdokument [013] beschreibt die Anwendung eines einzelnen Wärmestrahlungsdetektors, ausgerüstet mit einer optomechanischen Abtasteinheit, der nicht orthogonal zu den Bahnschienen installiert wird und das Messen der Überhitzung von Lagern, Rädern und Bremsscheiben ermöglicht.

Bedeutende Fortschritte wurden auch im Hinblick auf die Verkleidung und die Installation der Sensoren der oben genannten Detektoren von Defekten achsbezogener Komponenten gemacht, besonders bei der Befestigung der Sensoreinheiten (oft „Scanner" genannt) an einer Schiene, beim Schutz der Optik, beim Schutz vor Schnee und Gefrieren und bei der Eichung und den Testgeräten. Bei einigen der neuesten Geräte [963, 964] sind zum Beispiel die Wärmestrahlungssensoren zusammen mit den wichtigsten optischen und elektronischen Teilen in speziellen tiefen Schwellen untergebracht und bieten dadurch bedeutende Vorteile im Hinblick auf die Robustheit, die Einfachheit der Ausrichtung, den Schutz vor Umwelteinflüssen und der Vereinbarkeit mit Wartungsarbeiten an den Schienen. Der oben in diesem Abschnitt angesprochene Stand der Technik zur Erkennung von Lagerversagen und von einer Überhitzung von Rädern und Bremsteilen hat in der Tat im Laufe der Jahre eine relative Reife erlangt. Weitere Verbesserungen sind dennoch möglich, vor allem, aber nicht ausschließlich, im Bereich des Unterscheidungsvermögens von abnormalen und normalen Bedingungen im Rahmen der Vorgabe einer sehr niedrigen Rate falscher Alarme.

2.4 Bisheriger Stand der Technik bei der Erkennung von Feuer an Bord von Schienenfahrzeugen

Das erste dem Anmelder bekannte Patentdokument [001] mit Bezug auf die automatische Erkennung (durch einen Apparat, der auf der Infrastruktur montiert ist) eines Feuers auf einem passierenden Schienenfahrzeug erläutert den Einsatz von Sensoren, und speziell Ionisierungssonden, die auf einer Signalbrücke montiert werden, um „versteckte" Glühfeuer in mit Kohle beladenen Schienenwagens zu erkennen, die angehalten würden, bevor sie eine Kohle-Massendeponie oder einen Bereich, in dem Dampfkessel installiert sind, erreichen.

Teil A des Patentdokuments [002] erläutert ein System, dessen Ziel die Erkennung von Schwelungen oder Flammen an Bord von Schwertransportfahrzeugen ("HGV" für "Heavy Goods Vehicles") ist, bevor diese einen geschlossenen Bereich, vor allem einen Tunnel, erreichen. Das Feuer wird durch Sensoren, z.B. Infrarotsensoren und "infrarot-sensitive Bildumwandler" erkannt, die auf einer Signalbrücke montiert sind, die über den vorgegebenen HGV-Weg reicht. Das System umfasst weitere Aspekte wie, im Einzelnen, Videokameras zur Überwachung des Eintritts in den Erkennungsbereich aus einem Kontrollraum und Mittel zur Umleitung eines HGV zu einer Feuerlösch-Plattform oder zur Genehmigung der Weiterfahrt auf der vorgesehenen Strecke, je nach Ergebnis des Erkennungsprozesses.

Das Patentdokument [003] erläutert ein "thermographisches System zur Kontrolle und Verhinderung von Feuer in einem Fahrzeug", das "eine Vielzahl von Sensoren umfasst, die durch eine bogenförmige Struktur getragen werden und dazu geeignet sind, die Temperatur bestimmter Bereiche eines Fahrzeugs zu ermitteln". Die Sensoren sind mit einer logischen Kontrolleinheit verbunden, die "geeignet ist, mindestens ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn die durch mindestens einen Sensor ermittelte Temperatur die vorgegebenen Werte überschreitet". Es sind verschiedene Lösungen vorgesehen, nämlich die Abtastung des Fahrzeugs durch feste Sensoren auf einer festen Struktur, durch feste Sensoren auf einer beweglichen Struktur und durch bewegliche Sensoren auf einer festen Struktur. Im Einzelnen ist vorgesehen, dass „visuelle Infrarotsensoren" verwendet werden und dass die logische Einheit einen Alarm auslösen kann, wenn sie die Sensordaten mit „thermischen Karten" von Fahrzeugen vergleicht, die im mit der logischen Einheit verknüpften Speicher registriert sind. Das Dokument [065] beschreibt ein "Infrarot-Abtastsystem für die automatische Erkennung von Überhitzung und beginnenden Feuern in Lastwagen, die sich einem Tunnel nähern". Es werden zwei Versionen dieses Systems erläutert und die zweite sieht für das Abtasten der Fahrzeuge eine Reihe von Apparaten vor, einschließlich eines schnellen Geräts für die Erzeugung von Infrarotbildern und eines schnellen Geräts mit einer linearen CCD-Matrize zur Erzeugung von Schwarz-Weiß-Bildern („B/W") zusammen mit den dazugehörigen Bildverwaltungs- und bearbeitungseinheiten. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, die für die Erzeugung der Bilder auf Grundlage der Ergebnisse der linearen Bilderzeugungsgeräte benötigt wird, wird durch einen speziellen elektro-optischen Apparat gemessen. Der Prozess zur Erzeugung des entsprechenden Alarms umfasst einen ersten Schritt der Klassifizierung der „Wärmeeigenschaften" der thermalen Bilder in eine Reihe von Kategorien wie Bremsen, Räder, Ablufteinheiten, Ladevolumen und oberer Kabinenplatz. Spezielle Alarmkriterien werden für die unterschiedlichen Kategorien der Wärmeeigenschaften verwendet und basieren auf einer statistischen Analyse von Daten aus dem Erkennungssystem selbst. Das Dokument [066] bespricht auch das im Dokument [065] beschriebene System zur Erkennung von Feuern und überhitzten Gegenständen in Schwertransportern auf Straßen, bevor sie in einen Tunnel hineinfahren, und liefert weitere Informationen zur statistischen Leistung des Systems im Hinblick auf die Häufigkeit der (echten oder falschen) Alarme für verschiedene HGV-Klassen. Zusätzliche Informationen werden über ein ähnliches System geliefert, das (für die Aufnahme und den Schutz der Sensoren) im Innern eines Bahntunnels entwickelt und installiert wurde und der Erkennung von potentiell gefährlichen abnormalen thermalen Bedingungen und beginnenden Feuern in passierenden Zügen dient, die auf einen längeren Tunnel zufahren. Die Erzeugungseinheiten von linearen Infrarotbildern (IR) und VIS-Bildern („sichtbar") sind im Netz mit Servern der Installation verbunden. Eine Reihe von Radsensoren ist entlang der Schienenstrecke installiert, um das Heranfahren eines Zugs zu erkennen, um eine Echtzeit-Schätzung der Zuggeschwindigkeit durchzuführen und um die relativen Positionen der Achsen in einem Zug zu bewerten. Das System klassifiziert die Elemente mit entsprechenden höheren Temperaturen in Kategorien, auf der Grundlage ihrer Morphologie und Position. Wenn ein Feuer oder eine sehr gefährliche Überhitzung von mechanischen Elementen erkannt wird, erzeugt das System einen Alarm für das Signalisierungs- und Sicherheitssystem der Bahngesellschaft, damit der Zug gestoppt wird. Ein Warnsignal wird hingegen erzeugt, wenn ein bezüglich seiner Wärme nicht sehr kritisches abnormales Element entdeckt wird, damit an dem nächstmöglichen Haltepunkt eine Prüfung vorgenommen werden kann.

Das Patentdokument [004] beschreibt ein System zum Schutz vor Unfällen in Tunneln. Sensoren für mindestens eine Art von Gefahr werden in angemessenem Abstand vom Eingang zum Bahntunnel installiert, damit ein Zug mit einem defekten Bahnwagen nicht in den Tunnel hinein fährt, sondern sicher auf einen Schutzstumpf gelenkt werden kann. Ein „Messtunnel" wird auf Höhe der Sensoren vor dem normalen Bahntunnel installiert. Er ist so konzipiert, dass ein wirksames Prüfen von Gasen, Dämpfe oder Rauch aus dem passierenden Zug möglich ist. Verschiedene Methoden für die Feuererkennung werden beschrieben, einschließlich der Verwendung von einem Rauch-Analysegeräts für die vom Zug stammende Luft aus dem Messtunnel sowie von infrarot- und/oder ultravioletten Flammendetektoren. Zusätzlich ist die Installation eines Infrarotbilderzeugungsgeräts für jede Zugseite vorgesehen, das die „heißen Stellen" erkennen soll, damit „versteckte" Feuer und/oder unnatürlich heiße elektrische Komponenten erkannt werden. Am besten geeignet sind Infrarot-Strahlungssensoren (zumindest im Rahmen der Sensoren, die für die oben genannte Feuererkennung angesprochen wurden), um (durch am Bahnweg installierte Apparate) eine beginnende Schwelung oder Flammen im Innern von Bahnwagen zu erkennen, da aufsteigende Rauchschwaden oft nicht ausreichen, um durch Rauch-Analysegeräte erkannt zu werden, und weil eine direkte Beobachtung von Flammen oder glühenden Oberflächen in der Regel nicht möglich ist. Die Erkennung dieser Art von Feuer ist sehr wichtig, da sie sich oft innerhalb von wenigen Minuten oder innerhalb weniger 10-Minuten-Intervalle ab dem Moment der Abtastung durch einen Detektor zu einem voll entwickelten Großfeuer entwickeln können, d.h. wenn das Fahrzeug den sehr gefährlichen Bahnabschnitt bereits erreicht hat (z.B. den Tunnel oder den Rangierbahnhof, in dem sich viele andere Waggons mit Gefahrengut befinden können). Eine zuverlässige Erkennung dieser Feuer durch die Verarbeitung von Infrarot-Abgabedaten erfordert, um eine inakzeptable Häufigkeit falscher Alarme zu verhindern, ein Verfahren, das „heiße Stellen", die zu tatsächlichen versteckten Feuern gehören, eindeutig von anderen Punkten, die „wärmer als der Durchschnitt" sind und normalerweise in Bahnwaggons vorhanden sind (z.B. elektrische Apparate, Heizsysteme, Kühlung, Kompressoren von gekühlten Waggons und Wärmeaustauscher, Dieselmotoren und Abgase von Lokomotiven, Widerstandsregler, Küchenofen von Restaurant-Wagen usw.) unterscheiden kann und dabei auch eine Vielzahl von Positionen, Morphologien und Intensitätsstufen in Anbetracht der großen Vielfalt von Schienenfahrzeugen berücksichtigt. Ebenso erfordert die Identifizierung einer heißen Stelle aufgrund eines Defekts in einem elektrischen Kreislauf oder die Erkennung einer abnormal hohen Temperatur an einer repräsentativen Stelle einer Lokomotivenfläche das Vermögen, die relevanten Wärmeeigenschaften von der Vielfalt der Wärmeeigenschaften, die nichts mit dem Auftraten einer gefährlichen Situation zu tun haben, zu unterscheiden. Ziel ist es daher, die oben genannten Einschränkungen des bisherigen Stands der Technik bei der Erkennung von Feuern oder Überhitzungen an Bord von Schienenfahrzeugen durch neue Verfahren mit einer erhöhten Unterscheidungskapazität zwischen abnormalen oder normalen erhöhten Temperatureigenschaften zu überwinden, damit eine höhere Erkennungsempfindlichkeit erreicht wird und dabei die Rate der falschen Alarme doch angemessen niedrig bleibt.

3. Beschreibung der Erfindung 3.1 Ziel der Erfindung

Das Hauptziel der Erfindung ist die Erkennung in einem oder mehreren passierenden Schienenfahrzeugen von einer oder mehreren fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen, und zwar im Einzelnen die Gefahren des Begrenzungslinienprofils, verschobene Frachten, Überhitzung, Ausfälle und beginnende Ausfälle in den Achslagern, Überhitzung der Räder und Bremsen, Überhitzung von Teilen des Fahrzeugkastens und Feuer an Bord, durch die Anwendung des in diesem Dokument beschriebenen sowie in den Ansprüchen 1 und 42 definierten Verfahrens (hier zusammenfassend „Verfahren") und Systems (hier zusammenfassend „System").

Außerdem strebt diese Erfindung durch Erreichen des oben genannten Hauptziels auch an, einer Reihe von Anforderungen und/oder Vorzügen gerecht zu werden, insbesondere den folgenden:

eine ausreichend niedrige Zahl von falschen Alarmen zu erzeugen, die akzeptabel für Bahngesellschaften ist, wobei die Gefahrenreduzierung und die Senkung der Wartungskosten, die aus der Installation und Operation des Systems resultieren, zu berücksichtigen sind;

präzise und mit einer hohen Trefferquote das Vorkommen von unzulässigen Fahrzeug- und Frachtprofilen im Rahmen der entsprechenden UIC-Code Merkblätter zu erkennen [050, 051, 052, 053] und so die Einschränkungen des bisherigen Stands der Technik, die in Abschnitt 0 beschrieben sind, zu überwinden;

geometrische Merkmale eindeutig und effizient zu erkennen, die nicht den geltenden Ladevorschriften entsprechen und die Zeichen für eine mögliche Gefahr sein können, so wie eine mögliche Frachtverschiebung, die (zur Zeit der Abtastung des Fahrzeugs noch nicht zu einem unzulässigen Begrenzungslinienprofil geführt hatte), oder andere abnormale Frachtmerkmale, und so die Einschränkungen des bisherigen Stands der Technik, die in Abschnitt 0 beschrieben sind, zu überwinden;

das Auftreten von Feuern an Bord von Schienenfahrzeugen jeder Art und das Vorhandensein abnormaler Wärmebedingungen in gewissen Fahrzeugen, z.B. Lokomotiven, zu entdecken und so die Einschränkungen des bisherigen Stands der Technik, die in Abschnitt 0 beschrieben sind, zu überwinden;

Ausfälle oder beginnende Ausfälle von Achslagern und die abnormale Erhitzung von Rädern und von bestimmten Bremsteilen wie den Bremsscheiben zu erkennen und so eine Verbesserung gegenüber den Leistungen des bisherigen Stands der Technik, die in Abschnitt 0 beschrieben sind, zu erreichen;

einen Vorteil, sofern gewünscht, aus der möglichen Verfügbarkeit eines Fahrzeug-Identifizierungssystems zu ziehen, welches nicht zum System gehört (z.B. durch am Fahrzeug befestigte Kennzeichen oder spezielle Markierungstafeln oder die Kommunikation mit einem oder mehreren Fahrzeugen in einer Zugbildung oder satelliten-gesteuerte Ortung oder kabellose Telefontechnik von mehr oder weniger komplexen Logistik-Informationssystemen), das aber in das System integriert werden kann, und dabei jedoch eine solche Verfügbarkeit nicht unbedingt fordern;

die Möglichkeit zu haben, das System mit einer Vielzahl von existierenden oder zukünftigen Schienensignalisierungs- und Sicherheitssystemen oder Untersystemen zu integrieren, wofür möglicherweise nur geringfügige weitere Entwicklungen oder Aktualisierungen einiger Implementierungsmodule des Systems nötig wären;

Crewmitglieder (Bahncrews und Bahnservice-Crews) bei ihrer direkten Prüfung vom Auftreten von fehlerhaften oder gefährlichen Bedingungen unterstützen, indem durch das System präzise Informationen zur Art der entdeckten Gefahrenmerkmale, Angaben zum individuellen Fahrzeug sowie zur Position auf dem betroffenen Fahrzeug geliefert werden;

zu ermöglichen, dass die überwiegende Aktualisierung und die Verwaltung der Wartungssoftware sowie der permanenten Daten ausgeführt werden, ohne dass dazu Eingriffe irgendeines Operators an den System-Installierungen entlang der Bahnschienen nötig wäre;

im Allgemeinen kompatibel mit jeder Fahrzeugart und jedem Fahrzeugmodell zu sein und sich neuen Fahrzeugmodellen anzupassen, ohne dass dafür Änderungen des Systems nötig wären, ausgenommen geringfügiger Änderungen der permanenten Systemdaten und eventuell in einigen Software-Modulen;

eine hohe Verfügbarkeit der System-Installierungen zu garantieren, dank der möglichen Verwendung von redundanten und Backup-Kommunikationsmitteln zur Überwachung solcher Installationen, einschließlich von Satelliten und mobilen Telekommunikations-Infrastrukturen;

eine direkte und indirekte Integration der System-Installierungen mit wartungs-spezifischen Informationssystemen und besonders mit Verwaltungssystemen für die Wartung von Schienenfahrzeugen zu ermöglichen, um die durchschnittlichen Wartungskosten für Schienenfahrzeuge und die Bahn-Infrastruktur zu reduzieren;

die automatische Erkennung von bestimmten sicherheitskritischen Defekten und sehr gefährlichen Bedingungen in passierenden Schienenfahrzeugen durchzuführen, so wie die Erkennung von Feuer an Bord, von unzulässigen Fahrzeug- und Frachtprofilen, von fehlerhaften Achslagern und von überhitzten Rädern und Bremsen, d.h. ohne dass dafür ein Eingriff oder ein Beurteilung durch eine Person erforderlich ist;

das Liefern der entsprechenden Informationen an eine Bezugsperson, wie einen Operator in einem Bahn-Kontrollzentrum, zu ermöglichen, damit dieser das Auftreten von bestimmten Defekten oder gefährlichen Bedingungen in einem passierenden Fahrzeug beurteilen kann, wie zum Beispiel ein loses Waggonblech oder eine Lastverschiebung, die in dem Moment noch innerhalb der zulässigen Profil-Schwellenwerte liegt, für die eine hochsensible vollautomatische Erkennung durch eine Systemimplementierung eine zu hohe Zahl an falschen Alarmen auslösen könnte;

bei der Implementierung des Systems die geeigneten Hardware- und Softwareelemente zu kombinieren, damit, wie beschrieben, eine Vielzahl von Defekten und gefährlichen Bedingungen entdeckt werden können, und so das Kosten-Nutzen-Verhältnis im Vergleich zur Installation und dem Betrieb verschiedener Systeme vorteilhafter ist, da bestimmte Kosten geteilt werden und die von den entsprechenden Hardware- und Softwareelementen erzeugten Informationen synergetisch genutzt werden;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, die die Stelle, an der die Systemsensoren installiert sind, mit einer Geschwindigkeit von bis zu 120 km/h (Höchstgeschwindigkeit der meisten Frachtwaggons und der meisten Frachtzüge in ganz Europa) passieren, oder, wenn gewünscht, auch für eine höhere Fahrgeschwindigkeit;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge ausführen, ohne dass dafür die Systemsensoren an einer geraden Bahnstrecke installiert werden müssen, d.h. sie können, wenn das einfacher ist, auch an einer Krümmung der Bahnschienen installiert werden;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, wenn die Systemsensoren an einer geraden Bahnstrecke installiert sind, auf der sich eine oder mehrere nebeneinander liegende Schienen befinden, deren Abstand von Spurmitte zu Spurmitte nicht größer als die gewöhnlich bei Hauptlinien vorzufindenden Abstände sind, d.h. mindestens 4000 mm bei den meisten europäischen Linien bei einer Standard-Spurweite von 1435 mm [062], d.h. also, ohne dass ein größerer Abstand als normal zwischen nebeneinander liegenden Schienen notwendig ist;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, indem die Systemsensoren so installiert werden, dass sie keine Sicherheits- oder Betriebsprobleme trotz der Nähe zu Hochspannungsfahrleitungen für einzelne Schienen oder mehrere nebeneinander liegende Schienen darstellen;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge mit einer Installation der Systemsensoren auszuführen, dank derer bedeutende Schwierigkeiten bei der Durchführung von gewöhnlichen und außergewöhnlichen Wartungsarbeiten an Schienen verhindert werden, besonders was das Schienenschleifen, das Verdämmen der Gleise und das Nivellieren der Gleise anbelangt;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, ohne dass dazu irgendein Systemsensor im Innern eines Bahntunnels oder unter einem zu diesem Zweck gebauten Schutztunnel installiert werden muss;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, ohne dass dazu irgendein Systemsensor durch eine besondere Art von Struktur, wie eine Signalbrücke oder eine bogenförmige Struktur, getragen werden muss;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge bei jeder Art natürlicher Lichtverhältnisse und bei jeder Art von Wetter auszuführen, mit der möglichen Ausnahme von außergewöhnlich unwirtlichen Wetterbedingungen;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge auszuführen, ohne irgendeine geographische Orientierung der Bahnstrecke auszuschließen, an der die Systemsensoren installiert werden;

die Integrierung des Systems mit verschiedenen Apparaten und Systemen zu ermöglichen, deren Sensoren in der Nähe der Systemsensoren installiert werden können, wie zum Beispiel unterschiedliche Systeme und Apparate für Messungen und/oder mit anderen oder redundanten Erkennungsfunktionen im Vergleich zu den oben im Rahmen der Beschreibung des Hauptziels dieser Erfindung aufgelisteten Erkennungsfunktionen, sowie besonders Apparate oder Systeme, die die Rad- oder Achsbelastung oder die Belastung ganzer Schienenfahrzeuge messen und/oder Raddefekte und/oder Stromabnehmerdefekte und/oder andere Defekte, für die ein geeignetes System existiert, doch das nicht die erforderlichen Eigenschaften für eine Integration mit dem System hat, erkennen;

die entsprechenden Erkennungsfunktionen für Fahrzeuge so auszuführen, dass Personen (Reisende und/oder Bahncrews) gemäß der geltenden Sicherheitsnormen- und Vorschriften keiner infraroten, unsichtbaren oder ultravioletten Strahlung ausgesetzt werden, ohne dass die Durchführung der relevanten Fehler-Erkennungsfunktionen dieser Schienenfahrzeuge mit einer oder mehren Personen an Bord oder möglicherweise an Bord verhindert wird;

die Ausführung der relevanten Erkennungsfunktionen von Fahrzeugen in einem Zeitraum, in dem die Fahrzeuge die Stelle, an der die Systemsensoren installiert sind, komplett passieren, auszuführen, der dadurch, wenn auch nur in gewissem Maß, verkürzt werden kann, dass im System eine höhere Zahl von Rechnungseinheiten und/oder schnelleren oder leistungsstärkeren Rechnungseinheiten eingesetzt werden, sofern dies wegen der Nähe zu einer kritischen Stelle entlang der Bahnschiene und zu der Stelle, an der die Systemsensoren installiert sind, erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist, ein Verfahren und ein System mit einer Reihe von alternativen Optionen in Bezug auf bestimmte Methoden im Rahmen des Verfahrens sowie bestimmte Hardware- und Softwareelemente im Rahmen des Systems zu liefern, was es möglich macht, das System in einer oder mehreren Versionen zu implementieren, es den einzelnen Schienengegebenheiten anzupassen, verschiedene Erkennungsfunktionen nach und nach zu implementieren und zukünftige Verbesserungen und/oder die "Feineinstellung" von Erkennungsmethoden zu erleichtern.

3.2 Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Dieser Abschnitt dieses Dokuments enthält eine allgemeine und einführende Beschreibung der Erfindung und bezieht sich im Einzelnen auf und . Einige wichtige Merkmale des Verfahrens und des Systems, einschließlich des Themas bestimmter Patenansprüche, werden jedoch nur im nachfolgenden Teil 5 (Art und Weise für die Ausführung der Erfindung) dieser Beschreibung der Erfindung erläutert. Der Abschnitt 6 dieses Dokuments enthält ein Wortverzeichnis mit den gemeinten Bedeutungen von Akronymen, Abkürzungen und verschiedenen Begriffen zusammen mit nummerierten Verweisen auf zitierte Veröffentlichungen, Standards und Informationen über Firmen und Produkte, die in dieser Beschreibung genannt werden.

Schienenfahrzeuge werden in der Regel mit einem Fahrzeugausführungsmodell assoziiert, das den Großteil ihrer Merkmale wie Räder, Achsen, Lager, Bremsen, Aufhängungen, Drehgestelle, Puffer, Kopplungen, Laufwerk, Karosserie, Decke, Türen, Fenster, Luken, elektrisches System, Heiß- und Kühlsystem definiert. Im Gegensatz dazu sind die Unterschiede zwischen Teilen eines Schienenfahrzeugs, das dem gleichen Fahrzeugausführungsmodell entspricht, sehr gering, so zum Beispiel Farbe, Aufdrucke auf den Seiten wie Symbole des Fahrzeugeigners oder die Einrichtungsdetails von Reisezugwagen. Ein weiterer Unterschied zwischen Fahrzeugen des gleichen Fahrzeugausführungsmodells ist natürlich die Fahrzeuglast, die mehr oder weniger deutlich zu erkennen ist. Neue Modelle von Schienenfahrzeugen werden einer Reihe von Tests und Abnahmeprüfungen ausgesetzt, bevor sie regulär im Schienenverkehr eingesetzt werden dürfen, und die geltenden Vorschriften lassen größere Änderungen an einem abgenommenen Schienenfahrzeug nicht zu. Dementsprechend unterliegen auch die auswechselbaren Komponenten eines Fahrzeugs Standards, was sich deutlich auf die Sicherheit von Schienenfahrzeugen und die Beschaffung von Ersatzteilen und die damit zusammenhängende Logistik auswirkt. Im unten stehenden Text wird der Begriff „Fahrzeugidentifizierung" verwendet, um einen Prozess zu beschreiben, der das Fahrzeugausführungsmodell eines Schienenfahrzeugs und möglicherweise, aber nicht unbedingt, auch die einzigartige Identität eines bestimmten Teils eines Schienenfahrzeugs erkennt.

Ein Hauptmerkmal des Verfahrens ist, dass es das mit dem Fahrzeug assoziierte Fahrzeugausführungsmodell nutzt, um Diagnosefunktionen bei Defekten und gefährlichen Bedingungen zu definieren und dabei wendet es geeignete Methoden und Parameter an, die in einer „Fahrzeugdatenbank" gespeichert und bei Bedarf für das jeweilige Fahrzeugausführungsmodell abgerufen werden können.

Das auf der Bahntrasse basierende System zur Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen in passierenden Schienenfahrzeugen beruht auf der Durchführung, durch unbewegliche Instrumente und Sensoren, bestimmter Messungen von Teilen des passierenden Schienenfahrzeugs und auf der Nutzung dieser Messungen als Input für Software-Diagnoseanwendungen. Ein weiteres Hauptmerkmal des Verfahrens ist die genaue Bestimmung der Position und der Orientierung bestimmter Hauptkomponenten eines Fahrzeugs (vor allem von Wagenkästen und Radsätzen) im Zeitverlauf, damit besagte Messungen zweifelsfrei mit Teilen des Fahrzeugs oder seiner Ladung assoziiert werden können, was dank der durch die erfolgte Identifizierung des Fahrzeugausführungsmodells verfügbaren Kenntnisse über die Geometrie des Fahrzeugs möglich ist.

ist ein vereinfachtes Diagramm, das das Verfahren mit Hilfe des Informations- und Datenflusses (Kästchen mit abgerundeten Ecken) zu und von einigen Prozessen oder Prozessgruppen (rechteckige Kästchen) darstellt. Eine Zugbildung von Fahrzeugen (oder auch ein einzelnes Fahrzeug) 151 passiert in einer Richtung 152 die Stelle, an der die Sensoren und Messinstrumente 153 des Systems installiert sind. Die Daten 156 ("MESSDATEN"), die den Sensorsignalen und den Instrumentenmessungen entsprechen, werden durch den Prozess 154 (ÜBERNAHME MESSDATEN") übernommen und in digitaler Form gespeichert, um dann von den Berechnungseinheiten des Systems verarbeitet zu werden. Die Datenübernahme, wie sie vor allem in Abschnitt 0 erläutert ist, erfolgt so, dass alle Daten präzise, direkt oder indirekt, mit einem bestimmten Zeitwert assoziiert werden können.

Sobald genügend Daten übernommen wurden, kann der Prozess 157 ("IDENTIFIZIERUNG FAHRZEUGMODELL") mit der Verarbeitung der übernommenen Daten beginnen, um das Fahrzeugausführungsmodell der Fahrzeuge, die die Stelle an den Bahnschienen, an der die Sensoren und Messinstrumente installiert sind, passiert haben, immer genauer zu identifizieren. Der Abschnitt 0 beschreibt im Detail eine Fahrzeug-Identifizierungsmethode mit hoher Erfolgsquote, die schnell ausgeführt werden kann, während der Abschnitt 0 ein weiteres Modell beschreibt, das angewandt werden kann für die wenigen Fahrzeuge, für die mit der ersten Identifizierungsmethode kein Ausführungsmodell erkannt werden konnte. Die hier beschriebenen Methoden zur Identifizierung der Ausführungsmodelle aller einzelnen Fahrzeuge so wie 155 von einer Zugbildung erfordern weder spezielle Kennzeichen oder Schilder oder Markierungen an den Fahrzeugen, noch empfängt das System irgendwelche anderen Informationen von externen anderen Systemen außerhalb des Systems, da an anderer Stelle die Anwendung des Verfahrens durch die Verfügbarkeit von Geräten und Systemen bedingt wäre, die zur Zeit nur für einen kleinen Teil von existierenden Schienenfahrzeugen oder existierenden Bahnlinien eingesetzt werden. Die im Abschnitt 0 beschriebene Fahrzeug-Identifizierungsmethode verwendet als Hauptinput die Abstände zwischen Radsätzen, die Markierungscodes, die gewöhnlich auf den Fahrzeugen stehen (vor allem die UIC Markierungscodes der Merkblätter der Serie 438 [057, 058, 059]) sowie einen Daten- und Informationssatz der Fahrzeugmodelle. Weitere übernommene Daten können im Rahmen dieser in den Abschnitten 0 und 0 beschriebenen Fahrzeug-Identifizierungsmethoden verwendet werden, wie zum Beispiel das Fahrzeuggewicht, Messdaten von schnellen und präzisen Laser-Abstandsmessern, wie in Abschnitt 0 beschrieben, sowie Daten von anderen elektro-optischen Instrumenten.

Der Prozess, auf den sich die Box 157 bezieht, umfasst auch die Bestimmung von präzisen Werten für die Abstände zwischen Radsätzen ("WSD" für Wheelsets Distances) sowie die Funktion ("LDF für Longitudinal Displacement Funktion"), die die Längsposition bezogen auf die Zeit eines Fahrzeugs entlang der Bahnlinie ermittelt. Die genaue Bestimmung der WSD und die Verfügbarkeit der LDF sind für die Anwendung der in den Abschnitten 0 und 0. beschriebenen Identifizierungsmethoden erforderlich. Darüber hinaus wird die LDF für andere Prozesse im Rahmen des Verfahrens angewandt, insbesondere für die Funktionen gemäß Box 160 ("VCPO FUNCTIONS PARAMETER COMPUTING"). Eine präzise und sichere Methode wird im Detail im Abschnitt 0 für die WSD und LDF-Berechnung anhand der Transitzeiten der Räder, die durch an den Schienen installierte Sensoren für Radsätze ermittelt werden, erläutert; diese Methode ist auch kompatibel mit den höchsten Werten für die positive und negative Beschleunigung von passierenden Fahrzeugen. Wie in Abschnitt 0 erläutert, werden WSD und LDF vorzugsweise für die Positionen von Radsatzmitten anstelle von Rädern ermittelt, da diese geringfügig durch die Schwerschwankungen von Drehgestellen beeinflusst werden.

Eine Reihe von fahrzeugspezifischen Informationen und Daten 162 ("VEHICLE SPECIFIC INFORMATION AND DATA") werden durch den Prozess 159 ("RETRIEVE VEHICLE SPECIFIC INFORMATION AND DATA") aus der Fahrzeugdatenbank 161 ("VEHICLES DATABASE") für jedes Fahrzeug, für das der Fahrzeugidentifizierungsprozess 157 ein passendes Ausführungsmodell 158 ("VEHICLE CONSTRUCTION MODEL") identifiziert hat, übernommen. Die Fahrzeugdatenbank ist natürlich eines der wichtigsten Elemente des Systems. Es wird als Thema in Abschnitt 0 besprochen, während die einzelnen Inhalte mit Bezug auf die Vielfalt der verschiedenen Methoden im Rahmen des Verfahrens an verschiedenen Stellen im Teil 5 angesprochen werden. Die Box 160 bezieht sich auf die Berechnung der Parameter 163 ("VCPO FUNCTIONS PARAMETER"), die bestimmte mathematische Funktionen definieren und die Position und Orientierung in einem auf dem Boden basierenden Koordinatensystem von einem Hauptbestandteil eines Fahrzeugs, dessen Ausführungsmodell identifiziert wurde, berechnen (VCPO steht für Vehicle Constituent Position und Orientation). Diese mathematischen Funktionen entsprechen zeitabhängigen Koordinaten-Umwandlungsfunktionen zwischen einem auf dem Boden basierenden Koordinatensystem komplett mit Sensoren und Messinstrumenten und einem Koordinatensystem komplett mit einem Hauptbestandteil eines Fahrzeugs. Solchen Koordinatenumwandlungen sind ein Schlüsselelement für die Implementierung verschiedener in Teil 5 beschriebener Funktionen zur Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen in einem Fahrzeug, dessen Modell identifiziert wurde, da sie es ermöglichen, den Bezug zwischen einem übernommenen Messwert und einem Element eines Hauptbestandteils eines Fahrzeugs herzustellen. Je nach Art des Messwertes (z.B. Wert von einem Abtastlaser-Distanzmesser oder von einem Bilderzeugungsgerät) wird der Bezug direkt durch einen Vektor in drei Dimensionen oder durch die Kombination eines dreidimensionalen Vektors mit einer Zieloberfläche definiert. Der Abschnitt 0 beschreibt die Einzelheiten einer Methode zur Berechnung der VCPO-Funktion des Kastenwagens eines Schienenfahrzeugs, dessen Model identifiziert wurde, unter Verwendung der Matrizenzeichen für die Rotation (RPY, Roll, Pitch & Yaw, Drehwinkel der Kamera um Sichtachse in Grad, Inklinationswinkel in Grad, Azimut der Blickrichtung in Grad) und deren Übertragung in einheitliche Koordinaten. Eine Reihe von Untermethoden werden vorgestellt, um verschiedene übernommene Daten in Kombination mit Daten und Informationen aus einer Fahrzeugdatenbank zu verwenden, damit ein Satz von mathematischen Ausdrücken geschätzt werden kann, der in der Berechnung der betreffenden VCPO-Funktion mit Hilfe eines Algorithmus mit Multiparameter-Minimierung verwendet wird. Auf ähnliche Weise sind die im Einzelnen im Abschnitt 0 beschriebenen Methoden und Untermethoden spezifisch für die Berechnung einer mathematischen VCPO-Funktion für jede Radsatzeinheit und die entsprechenden achsbezogenen Teile eines Fahrzeugs, dessen Modell identifiziert wurde.

Die Box 164 ("DEFECTS & HAZARDS DETECTION") bezieht sich auf eine Sammlung von Methoden und Prozessen, die der Erkennung von spezifischen fehlerhaften und gefährlichen Konditionen eines Fahrzeugs, dessen Modell identifiziert wurde, dienen und die, im Allgemeinen, zum Fahrzeug gehörende übernommene Daten, zum Fahrzeug gehörende VSPO-Funktionen sowie einen bestimmten Satz von Daten und Informationen aus der Fahrzeugdatenbank verwenden. Der Abschnitt 0 beschreibt einen Satz von Methoden zur Erkennung von Gefahren im Zusammenhang mit dem Begrenzungslinienprofil des Kastens und der Fracht eines Fahrzeugs, dessen Modell identifiziert wurde. Die Verwendung der VCPO-Funktion für den Wagenkasten ermöglicht die genaue Bestimmung der Position dreidimensionaler Punkte, die anhand geeigneter Instrumente und Algorithmen auf dem Wagenkasten ermittelt wurden. So kann man auf der Grundlage der fahrzeugspezifischen Informationen und der Daten aus der Fahrzeugdatenbank festlegen, ob bestimmte dreidimensionale Merkmale eines Fahrzeugs und seiner Fracht für den Bahnabschnitt, auf den der Zug zufährt, unzulässig sind, wobei die grundsätzlichen Angaben der entsprechenden UIC-Code-Merkblätter [050, 051, 052, 053] berücksichtigt werden. Die Methode kann auch die spezifischen Infrastrukturprofilmerkmale eines gewissen Bahnlinienabschnitts mit berücksichtigen, sofern diese bekannt sind und eine Einschränkung oder eine größere Toleranz im Vergleich zum Standard-Infrastrukturprofil darstellen. Die Erkennung von Gefahren im Zusammenhang mit dem Begrenzungslinienprofil von Kombi-Transporten (Sattelschlepper auf Drehgestellen, mobile Wagenkästen, HGV-Transport auf Waggons usw.) ist auch gemäß der Angaben der entsprechenden UIC-Code-Merkblätter [054, 055, 056] möglich. Auch Ausnahmen vom Fracht-Begrenzungslinienprofil können auf der Grundlage der anzuwendenden Codes und Vorschriften entdeckt werden, insbesondere der Vorschriften der RIV-Vereinbarung [060]. Im besonderen Fall von außergewöhnlichen Frachten ermöglicht das Verfahren die automatische Erkennung ihrer Kompatibilität mit dem entsprechenden Infrastruktur-Begrenzungslinienprofil und berücksichtigt dabei auch (sofern verfügbar) den Geschwindigkeitsplan der Zugbildung. Die Erkennung und das Registrieren durch OCR von speziellen Markierungen von Kombi-Transporten und von kodierten speziellen Sendungen ermöglicht die Erkennung spezieller Verletzungen der entsprechenden Ladeprofile. Die Verwendung von Daten- und Informationsübertragungen zwischen einer Systeminstallation und einem oder mehreren Bahn-Informationssystemen wird im Abschnitt 0 beschrieben, und zwar im Zusammenhang mit der Erkennung von verschobenen Frachten, von losen Waggonblechen und der Geschwindigkeitsabhängigkeit von Ladebegrenzungslinienprofilen von Sondertransporten. Die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil auf der Unterseite von Schienenfahrzeugen wird separat in Abschnitt 0 erläutert. Der Abschnitt 0 beschreibt die Einzelheiten der Methoden zur Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen von achsbezogenen Teilen (besonders von Lagern, Rädern und Bremsen) eines Fahrzeugs, dessen Modell erkannt wurde, durch die Verarbeitung von Daten von Sensoren und Instrumenten, die die durch die entsprechenden Oberflächen erzeugte Wärmestrahlung registrieren. Je nachdem, welche Sensoren und Instrumente im System und für die spezielle FCPO-Funktion verwendet werden, und zusammen mit den fahrzeugspezifischen Daten und Informationen aus der Fahrzeugdatenbank, können dank verschiedener Algorithmen und Alarmkriterien normale Bedingungen von abnormalen Bedingungen genauer unterschieden werden als das mit dem bisherigen Stand der Technik möglich war, und dies bei einer sehr niedrigen Rate falscher Alarme. Besonders die Erkennung des Fahrzeugmodells und somit der entsprechenden achsbezogenen Teile ermöglicht eine optimale Anwendung der Alarmkriterien, basierend auf einem statistischen Vergleich von thermalen Daten, die den identischen Teilen des gleichen Fahrzeugs und/oder identischen Fahrzeuges in der gleichen Zugbildung entsprechen. Die Verwendung der spezifischen VCPO-Funktion ermöglicht eine präzise Assoziierung thermaler Emissionsmessungen mit Teilen wie zum Beispiel den Bremsscheiben, da deren Existenz, Geometrie und Position genau bekannt sind, genau so wie die Existenz, Geometrie und Position anderer Teile im Vor- oder Hintergrund, so wie sie von den entsprechenden Instrumenten oder Sensoren registriert werden. Es wird auch die Möglichkeit erläutert, die Unterscheidung von fehlerhaften und regulären Lagern zu verbessern, indem die entsprechenden mechanischen Lasten berücksichtigt werden, die auf Gewichtsmessungen durch ein in das System integrierte geeignete System basieren.

Der Abschnitt 0 beschreibt die Einzelheiten von Methoden zur Erkennung von Feuer und abnormalen Erhitzungsbedingungen des Kastens und der Fracht auf Fahrzeugen, deren Ausführungsmodell identifiziert wurde. Die spezielle VCPO-Funktion wird in diesem Fall verwendet, um Wärmeabgabemessdaten mit Elementen eines Fahrzeugkastens oder seiner Fracht zu assoziieren, basierend auf den fahrzeugspezifischen Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank. Diese Methoden zeichnen sich durch eine Reihe von Untermethoden für die vorbereitende Verarbeitung der Messdaten und Algorithmen-Daten aus, die der Bewertung der Ergebnisse der vorbereitenden Datenverarbeitung dienen, und die Angabe dieser Methoden und Algorithmen, zusammen mit den entsprechenden Parameter, die für ein bestimmtes Fahrzeugsmodell angewendet werden sollen, werden aus der Fahrzeugdatenbank abgerufen. Die in Abschnitt 0 vorgestellten Methoden gelten der Erkennung einer großen Vielfalt von abnormalen Erhitzungsbedingungen im Zusammenhang mit Feuer. Zusätzlich werden einige repräsentative Situationen von Feuerdynamiken und für spezielle Fahrzeugtypen dargestellt. Die Möglichkeit der individuellen Anpassung des Erkennungsprozesses an verschiedene Fahrzeugtypen in einer Reihe von verschiedenen auf Parametern beruhenden Erkennungsmethoden zusammen mit der präzisen Assoziierung von Messungen mit Elementen des Fahrzeugs und seiner Fracht ermöglichen es, eine deutliche Verbesserung in der Erkennungssensibilität im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik zu erzielen, und dies bei einer sehr niedrigen Rate falscher Alarme. Die beschriebenen Datenverarbeitungsmethoden eignen sich auch für die Konfigurierung des Erkennungsprozesses von anderen abnormalen Erhitzungssituationen (die zum Zeitpunkt der Erkennung nicht einem Feuer entsprechen), besonders an Teilen der Lokomotive.

Der Abschnitt 0 beschreibt einige mögliche System-Funktionen, die speziell den Bahntransport von Gefahrengut betreffen. Die Standardplakate für Gefahrengut, die Schienenfahrzeuge und kombinierte Transportmittel kennzeichnen, und die Codes der entsprechende Güter enthalten, werden in den Aufnahmen der Fahrzeugseiten erkannt und die Assoziierung mit dem Wiegen von Radsätzen und dem Fahrzeuggewicht aus der Fahrzeugdatenbank ermöglichen es, eine Liste der betreffenden Fahrzeuge mit der Angabe zu erstellen, ob diese beladen oder fast leer sind. Diese Liste, die möglicherweise einige redundante Information im Vergleich zu anderen Bahnsicherheitssystemen darstellt, kann auf Anfrage von anderen System versandt oder zur Verfügung gestellt werden oder sie kann im Zusammenhang mit dem zeitweiligen oder permanenten Verbot der Zirkulierung von Gefahrengut entlang bestimmter Abschnitte im Bahnnetz eingesetzt werden (z.B. zweigleisige Tunnel, durch die Reisezüge fahren).

Gewichts- und/oder Frachtmessungen für Räder, Radsätze und/oder Fahrzeuge können von speziellen Apparaten übernommen werden, die in das System integriert werden könnten, wie in Abschnitt 0 erläutert ist. Diese Daten können vor allem vom System dafür verwendet werden, gewisse eigene Prozesse zur Erkennung von Defekten oder gefährlichen Bedingungen zu verbessern (z.B. die Unterscheidung von defekten Achslagern) und/oder bestimmte Schadendiagnosen bezogen auf das Gewicht zu erstellen, indem die Gewichtswerte mit den fahrzeugspezifischen Informationen verglichen werden (z.B. zur Erkennung einer speziellen Missachtung der Höchstbelastung pro Achse oder pro Fahrzeug oder ein Ungleichgewicht in der Lastverteilung auf einem Fahrzeug).

Der Abschnitt 0 erläutert kurz die mögliche Integration weiterer Sensoren, Systeme und Untersysteme und den Vorteil einer gemeinsamen Nutzung bestimmter Systemmerkmale oder von systembezogenen Infrastrukturen sowie einer Verwendung fahrzeugspezifischer Informationen vom System zur Verbesserung der Erkennungsmethoden im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik (z.B. Pantograph-Diagnosen) und/oder zur Entwicklung weiterer innovativer Schadenserkennungsverfahren.

Für die Mehrzahl von Fahrzeugen kann der Identifizierungsprozess gemäß Box 157 auch anhand der Markierungscodes die unverwechselbare Identität eines Fahrzeugs erkennen, die, wie in Abschnitt 0 besprochen, für die Integration des Systems mit wartungstechnischen Verwaltungssystemen von Schienenfahrzeugen sowie mit logistischen Informationssystemen eingesetzt werden kann. Die Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen bei neuen Fahrzeugen, deren Modell nicht identifiziert werden kann, erfolgt durch weniger genaue und/oder zuverlässige Methoden (Abschnitt 0) als die Erkennungsmethoden, die fahrzeugspezifische Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank verwenden. stellt eine vereinfachte Skizze einer typischen Systeminstallation dar, wo eine Zugbildung 204 von Schienenfahrzeugen auf den Gleisen 202 und 203 der Bahnlinie 201 in die Richtung 209 auf einen Linienabschnitt zufährt, an dem Sensoren und Instrumente installiert sind. Der gestrichelte Bereich 205 kennzeichnet das "SMI" (hier verwendet für System-Messungs-Intervall „System Mesasurement Interval), also Positionsintervall entlang der Bahnschienen, an dem ein Teil eines passierenden Schienenfahrzeugs durch einen oder mehrere Sensoren oder Instrumente vermessen werden kann. Die tatsächliche Länge 211 des SMI hängt von einer Reihe unterschiedlicher Faktoren ab, vor allem davon, welche und wie viele Instrumente und Sensoren installiert sind. In Abschnitt 0 wird eben der Aspekt der SMI-Länge im Zusammenhang mit dem Installationsbereich der Radsensoren und anderer Sensoren oder Instrumente genauer erläutert. Die gestrichelten Bereiche 206 und 207 entsprechen der Position der Sensoren zur Erkennung des Annäherns einer neuen Zugbildung aus einer der beiden möglichen Richtungen sowie zur Berechnung der ungefähren Geschwindigkeit und der ungefähren Zeit, zu der die Zugbildung das SMI erreicht, was es dem System ermöglicht, die Daten der am SMI positionierten Sensoren und Instrumente zu übernehmen. Einige System-Konfigurierungen brauchen im Prinzip möglicherweise gar keine Sensoren in den „Zug-Erkennungsbereichen" 206 und/oder 207. Die Abstände 210 und 212 müssen gegebenenfalls ausreichend groß sein, um genug Zeit für die Vorbereitung bestimmter Apparate zu lassen (z.B.: optische Instrumente mit zu öffnenden Schutzdeckeln oder mit rotierenden Teilen, die sich nicht bewegen, wenn der jeweilige Apparat still steht), damit diese ihre jeweiligen Funktionen für den heranfahrenden Zug ausführen. Die Verbindungen 214, 213 und 216 kennzeichnen allgemein die Gruppen der Verbindungsmittel für den Betrieb der Sensoren und der Instrumente in den Bereichen 206, 205 und 07, und die Box 208 repräsentiert einen Satz von Systemapparaten einschließlich von Datenübernahmeeinheiten, Datenverarbeitungseinheiten, Kommunikationseinheiten, Stromversorgungseinheiten usw. 215 kennzeichnet einen oder mehrere Schaltschränke oder Schutzvorrichtungen oder Überdachungen für die Apparate der Box 208, während die Linie 217 die Stromversorgung, die Signal- und Kommunikationsverbindungen anzeigt, mit besonderem Verweis auf den Anschluss an die Schienensignalisierungs- und Sicherheitssysteme und an ein oder mehrere Kommunikationsmittel mit anderen System und mit zentralen ferngesteuerten Operationsquellen des Systems, so wie ausführlich im Abschnitt 0 beschrieben. Fachleute der entsprechenden Bereiche werden dank der detaillierten Beschreibungen und Erläuterungen weiter unten erkennen, dass die Datenübernahme, die Datenverarbeitung, die Kommunikations- und Stromversorgungsausrüstung sehr praktisch getrennt voneinander positioniert und/oder aufgestellt und zudem auf komplexere Weise als in dargestellt verbunden werden können (z.B. durch die Installation einiger Datenübernahmeapparate nahe bei den entsprechenden Sensoren und Instrumenten).

Es können verschiedene Kombinationen von Sensoren und Instrumententypen für die Implementierung des Verfahrens gewählt werden und es kann eine variable Zahl von Sensoren und Instrumenten für jeden dieser Typen für die Übernahme von Daten verwendet werden, die in verschiedene Prozesse eingegeben werden. Die Merkmale sowie Vor- und Nachteile bestimmter Sensoren- oder Instrumententypen werden in verschiedenen Abschnitten von Teil 5 erläutert, so wie auch die jeweiligen Installationsoptionen und die Beziehungen zwischen der Verwendung bestimmter Sensoren und der Applizierung einer oder mehrerer relevanter Methoden im Rahmen des Verfahrens. Der Abschnitt 0 beschreibt verschiedene Radsensortypen und der Abschnitt 0 erläutert einige verschiedene Messungsunsicherheiten oder Fehler, die auf ihrer Verwendung im Verfahren beruhen könnten. Der Abschnitt 0 geht vor allem auf eine Familie von schnellen und präzisen Laser-Abstandssensoren ein, die im Verfahren für die Übernahme von Profildaten von Rädern und anderen Teilen auf der Fahrzeugunterseite von Schienenfahrzeugen eingesetzt werden können. Der Abschnitt 0 beschreibt verschiedene Typen von VIS und NIR Bilderzeugungsgeräten und vor allem von Abtastungsbilderzeugungsgeräten für Linien, die im Verfahren für die Erkennung von Fahrzeug-Markierungscodes und für andere Zwecke wie die Bestimmung der VCPO-Funktion, das Erkennen von gefährlichen Warenanordnungen und die Lieferung von Fahrzeugbildern an Bahnkontrollzentren eingesetzt werden können. Dreidimensionale Messungen der Positionen von Fahrzeugteilen können im Verfahren im Rahmen durch verschiedene Arten von Instrumenten ausgeführt werden, die im Abschnitt 0 genannt und beschrieben werden. Im Verfahren können verschiedene Familien anderer Instrumente verwendet werden, um die Wärmeabgaben von Fahrzeugteilen zu ermitteln und sie werden im Abschnitt 0 über achsbezogene Komponenten und im Abschnitt 0 über Wagenkästen beschrieben.

Der Abschnitt 0 beschreibt einige Optionen für die Implementierung der Datenübernahme von verschiedenen Arten von Sensoren und Instrumenten im Rahmen der Anforderung des Verfahrens, einen genauen Zeitwert direkt oder indirekt mit jeder Messung zu assoziieren. Die Eichung von Sensoren und Instrumenten und von bestimmten geometrischen Merkmalen der Messgeräte wird in Abschnitt 0 besprochen. Das Thema der Eichung wird auch in einigen anderen Abschnitten über die Sensoren und Instrumente und über die Verwendung der von ihnen durch verschiedene Methoden und Algorithmen übernommenen Daten behandelt. Die Unterbringungs- und Installierungsaspekte im Zusammenhang mit Sensoren, Instrumenten und elektronischen Apparaten des Verfahrens werden als Thema in Abschnitt 0. besprochen, während der Abschnitt 0 einige allgemein vorzuziehende Wahlen in Bezug auf die Sammlung der Software-Anwendungen im Rahmen der Systemimplementierung beschreibt, und zwar insbesondere die Vorbereitungen für eine möglichst starke Verkürzung der Zeitdauer, die für die Fertigstellung der Datenverarbeitung einer Zugbildung erforderlich ist, sowie für die Verwendung von computergesteuerten Mitteln mit einem hohen Effizienzgrad.

Der Einfachheit halber geht der Text in den Beschreibungen und den dazugehörigen Zeichnungen in Teil 5 überwiegend davon aus, dass die Bahnlinie am SMI geradlinig ist. Abschnitt 0 beschreibt einige weniger wichtige Aspekte, die bei der Systemimplementierung berücksichtigt werden müssen, wenn die Bahnlinie an der SMI eine starke Krümmung aufweist.

Abschnitt 0 erläutert einige Beispiele von Systemkonfigurierungen, mit speziellem Hinweis auf verschiedene Kombinationen von Sensoren und Instrumenten, die am SMI installiert werden.

3.3 Vorteile der Erfindung

Ein erster Vorteil dieser Erfindung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist, dass sie ein Verfahren und ein System liefert, das in der Lage ist, automatisch einen Alarm zu erzeugen, wenn ein Fahrzeug und/oder seine Fracht die für einen bestimmten Linienabschnitt geltenden Bedingungen für die Begrenzungslinienprofile nicht erfüllen, wobei das Verfahren die Kinematik von Schienenfahrzeugen und vor allem der Wagenkästen berücksichtigt.

Vor allem können die Prinzipien und Angaben der entsprechenden UIC-Code Merkblätter vom Verfahren und dem System verwendet werden, um einen Alarm für ein Begrenzungslinienprofil (so wie es in den UIC-Codes 505-1, 505-4, 505-5 und 506 [050, 051, 052, 053] definiert ist) auszulösen und dabei auch, sofern gewünscht und anwendbar, das tatsächliche Hindernisprofil des Bahnabschnittes und die vorgesehene Geschwindigkeit der fraglichen Zugbildung berücksichtigt. Die Angaben der entsprechenden UIC-Code Merkblätter für kombinierte Bahntransporte (Merkblätter 596-5, 596-6 und 597 [054, 055, 056]) können ebenfalls im Verfahren und im System mit berücksichtigt werden. Die sehr niedrige Rate falscher Alarme, die typisch für eine solche Funktion der Erkennung von unzulässigen Fahrzeug- und Frachtprofilen ist, ermöglicht eine Verknüpfung der Systeminstallierung mit dem Schienensignalisierungs- und Sicherheitssystem für eine bedeutende Verminderung der Kollisionsgefahr mit Fahrzeugen anderer Zugbildungen auf einem daneben liegenden Gleis oder mit Elementen der Bahn-Infrastruktur, und diese Gefahrenreduzierung wird erreicht, ohne dass die Operativität im Bahntransport gestört wird, was hingegen bei einer erhöhten Rate von falschen Sicherheitsalarmen der Fall wäre.

Ein zweiter Vorteil dieser Erfindung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist, dass sie ein Verfahren und ein System liefert, das in der Lage ist, einen Alarm oder einen Warnhinweis (meistens abhängig von den verschiedenen möglichen Integrationen mit anderen Bahnsicherheitssystemen und Kontrollzentren) zu erzeugen, wenn eine Verletzung der Laderegeln- und Vorschriften vorliegt und/oder im Falle einer Frachtverschiebung auf einem Waggon, also wenn abnormale Lademerkmale zum Zeitpunkt der Erkennung keine ernste Gefahr im Zusammenhang mit der Zulässigkeit von Begrenzungslinienprofilen darstellen. Auch in diesem Fall werden Alarme mit einer hohen Unterscheidungsfähigkeit zwischen normalen und abnormalen Bedingungen erzeugt, so dass die Quote falscher Alarme entsprechend niedrig ist, da Alarmhinweise anstatt Alarme erzeugt werden und zudem weitere Informationen über mögliche fehlerhafte und/oder gefährliche Bedingungen (z.B. ein loses Waggonblech) versandt werden, die eine Beurteilung durch Personal erfordern.

Ein dritter Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren und ein System liefert, das in der Lage ist, die Fähigkeiten des bisherigen Stands der Technik in der Erkennung von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen von Achslagern, Rädern und Bremsen weiter zu verbessern, indem sie die Wärmeabgabe von diesen Teilen misst.

Ein vierter Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren und ein System liefert, das in der Lage ist auf der Grundlage von Messungen der Wärmestrahlung, die vom Kasten und/oder vom Inneren und/oder von der Fracht eines passierenden Schienenfahrzeugs erzeugt wird, die Präsenz eines Feuers an Bord des Fahrzeugs zu erkennen, und dies in der Regel mit einer viel größeren Empfindlichkeit im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik und vor allem auch bei einem Feuer in seinem Anfangsstadium, das in einem geschlossenen Fahrzeugabteil erkannt wird; diese Erkennung der Präsenz von Feuer erfolgt unter der Voraussetzung einer sehr niedrigen Rate falscher Alarme.

Ein fünfter Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren und ein System liefert, das in der Lage ist, auf der Grundlage von Messungen der Wärmestrahlung, die von einem passierenden Schienenfahrzeug erzeugt wird, und unter der Voraussetzung einer sehr niedrigen Rate falscher Alarme, die Präsenz einer abnormalen Erhitzung von Fahrzeugteilen, vor allem in Lokomotiven, zu erkennen, indem Datenverarbeitungsmethoden angewandt werden, die individuell angepasst werden können, um bestimmte fahrzeugspezifische fehlerhafte oder gefährliche Bedingungen mit einer sehr viel größeren Unterscheidungskapazität im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik zu erkennen.

Ein sechster Vorteil dieser Erfindung besteht in der Möglichkeit, Gewichts-/Lastmessungen von Rädern und/oder Radsätzen zu integrieren und diese Messungen zu verwenden, um im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik auf bessere Weise jene Fahrzeuge zu unterscheiden, die ein zu großes Gewicht auf den Rädern, Achsen, Drehgestellen und/oder auf dem gesamten Fahrzeug aufweisen und/oder eine zu ungleiche Verteilung des Gewichts haben.

Ein siebter Vorteil des Verfahrens und des Systems besteht in der Möglichkeit, automatisch und selbständig Listen der Fahrzeuge zu erstellen, die innerhalb einer Zugbildung Gefahrengut transportieren, und dabei möglichst auch anzugeben, welche transportierten Güter auf den jeweiligen Fahrzeugen liegen und ob diese jeweiligen Fahrzeuge so wie Zugtanker für Chemielasten beladen oder fast leer sind, denn solche Listen dienen verschiedenen Sicherheitszwecken und werden in verschiedenen Integrationsschemata verwendet, um bei Unfällen (z.B. Entgleisung einer Zugbildung in einem Bahntunnel) sehr wichtige Informationen abzurufen und/oder einen Zug mit Gefahrengut davon abzuhalten, einen bestimmten Bahnabschnitt zu erreichen, wenn dies nicht zulässig ist (z.B. Zugang zu einem zweigleisigen Tunnel, wenn zur gleichen Zeit ein Personenwagen durch den gleichen Tunnel fährt).

Ein achter Vorteil des Verfahrens und des Systems besteht in der Möglichkeit, die unverwechselbare Identität der meisten Schienenfahrzeuge in einer Zugbildung zu erkennen, ohne dazu auf dem Fahrzeug montierte Identifizierungsgeräte oder andere Identifizierungssysteme, die nicht zum Verfahren gehören, zu verwenden und diese unverwechselbaren Identifikationsinformationen, mit oder ohne zusätzliche Informationen über erkannte Defekte, zur Lieferung nützlicher Informationen und Daten an wartungstechnische Verwaltungssysteme und Logistiksysteme zu liefern. Ein neunter Vorteil des Verfahrens und des Systems besteht in der Möglichkeit, die am besten geeigneten Stellen für die Installationen in einem Streckennetz zu wählen, und das unabhängig von Einschränkungen wie die Präsenz daneben liegender Bahnschienen, Schienenkrümmungen oder die geographische Orientierung der Schienen. Fachleute werden weitere Vorteile dieses Verfahrens und dieses Systems, die im Text von Teil 5 weiter unten im Dokument beschrieben sind, zu schätzen wissen.

4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

stellt die Grundelemente des Verfahrens mit Bezug auf Patenanspruch 1 dar. Rechteckige Kästen mit durchgezogenen Randlinien entsprechen den Hauptprozessen, während Kästen mit durchgezogenen Randlinien aber abgerundeten Ecken Daten und/oder Informationen entsprechen.

ist eine sehr vereinfachte Skizze einer generischen Systeminstallation.

zeigt eine mögliche Kollektion der wichtigsten Softwareanwendungen (rechteckige Kästen), die im System implementiert sind. Im Allgemeinen laufen solche Anwendungen asynchron zu den anderen und jede empfängt und produziert Daten und Informationen.

ist ein vereinfachtes Flussdiagramm der Aufgaben und Softwareanwendungen, die direkt mit der Übernahme der Messdaten von Sensoren und Instrumenten zusammenhängen.

ist ein zusammengesetztes Diagramm, das in der Beschreibung des Verfahrens zur Darstellung der Beziehungen zwischen Transitzeiten, die durch Radsensoren für die Räder eines Fahrzeug ermittelt wurden, den Abständen zwischen diesen Rädern und der Längsposition dieses Fahrzeugs bezogen auf die Zeit entlang der Bahnschiene verwendet wird.

zeigt die Pendelbewegung eines Rads im Drehgestell eines Schienenfahrzeugs und betrifft den Effekt der Yaw-Schwankung von Drehgestellen und deren Folgen für die Transitzeit von individuellen Rädern des Drehgestelles und von Radsatzmitten.

bis werden im Beschreibungstext verwendet, um die Ungewissheit von Interpolation und Extrapolation auszudrücken, die die berechnete Position von Fahrzeugelementen bezogen auf die Zeit betrifft (gemäß einer in diesem Dokument beschriebenen Methode), und zwar im Zusammenhang mit den Abständen und dem Bereich der Radsensoren, deren Signale für die Berechnung einer Funktion verwendet werden, die die Fahrzeugposition bezogen auf die Zeit ausdrückt.

und zeigen die Positionierung eines schnellen Lasermessers, der innerhalb des Systems verwendet werden kann, um Radprofile zu übernehmen. zeigt zwei Beispiele solcher Profile.

zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer in diesem Dokument beschriebenen Methode zur Erkennung des Ausführungsmodells individueller Fahrzeuge in einer passierenden Zugbildung von Schienenfahrzeugen.

und zeigen mögliche ungefähre Positionen und Orientierungen von VIS/NIR-Kameras, die im System zur Übernahme von Linienabbildungen des passierenden Schienenfahrzeugs eingesetzt werden.

und zeigen mögliche ungefähre Positionen und Orientierungen von festen Laser-Distanzmessgeräten für den Zeitpunkt des Passierens, die im System zur Übernahme von dreidimensionalen Messungen der Position von Merkmalen in einem passierenden Schienenfahrzeug und seiner Fracht eingesetzt werden können.

und zeigen mögliche ungefähre Positionen und Orientierungen von opto-mechanischen Laserabtast-"time-of-flight"-Distanzmessgeräten, die im System zur Übernahme von dreidimensionalen Messungen der Position von Merkmalen in einem passierenden Schienenfahrzeug und seiner Fracht eingesetzt werden können.

und zeigen eine mögliche ungefähre Position und Orientierung von einem sehr leistungsstarken Hochgeschwindigkeits-Abtast-Distanzmessgerät, das im System zur Übernahme von dreidimensionalen Messungen der Position von Merkmalen in einem passierenden Schienenfahrzeug und seiner Fracht eingesetzt werden kann.

zeigt zwei dreidimensionale Koordinatensysteme, nämlich integral mit dem Wagenkasten und den Sensoren und Instrumenten der Systeminstallation entlang des Wegs in Bezug auf die Definition einer Koordinatentransformation eines Vektors/Punkts zwischen zwei solchen Koordinatensystemen.

und werden jeweils aus und des UIC-Code-Merkblatts 505-1 [050] adaptiert und zeigen eine Reihe von Profilen, die in diesem Merkblatt und den UIC-Code-Merkblättern 505-4 [051] und 505-5 [052] definiert sind, die die Beziehungen zwischen einem Bezugsbegrenzungslinienprofil, dem maximal zulässigen Bauprofil eines Schienenfahrzeugs und dem Hindernisprofil einer Bahninfrastruktur betreffen.

zeigt zwei dreidimensionale Koordinatensysteme, jeweils integral mit dem Wagenkasten und den Sensoren und Instrumenten der Systeminstallation entlang des Wegs in Bezug auf dem Vergleich der Position einer dreidimensionalen Positionsmessung eines Fahrzeugsteils seiner Fracht mit einem Profilsatz, der in den Koordinatenfeldern integral mit dem Wagenkasten definiert ist.

und zeigen zwei Ansichten einer Achse eines Schienenfahrzeugs, einschließlich der Räder und Bremsscheiben zusammen mit einem linearen Infrarotbilderzeugungsgerät, das zur Übernahme von Wärmeabgabemessungen für solche mechanischen Komponenten verwendet wird.

und zeigen zwei Ansichten einer Achse eines Schienenfahrzeugs, einschließlich der Räder und Bremsscheiben zusammen mit zwei dreidimensionalen Koordinatensystemen, nämlich integral mit der Mittellinie der Achse und mit den Sensoren und Instrumenten der Systeminstallation entlang des Wegs in Bezug auf die Definition der Koordinatentransformation für einen Vektor/Punkt zwischen zwei solchen Koordinatensystemen.

und sind zwei vereinfachte Darstellungen der Überschneidungsbereiche zwischen Messstrahlen eines Instruments für die Messung der Infrarotemissionen von Oberflächen, der Umrisse der gut bekannten Position solcher Überschneidungsbereiche und von drei Flächen im Vordergrund, im Hintergrund und an einer unmittelbaren Position, und diese beiden Zeichnungen beziehen sich jeweils auf die verschiedenen Verhältnisse zwischen der Neigung des Messstrahls und der Breite der bekannten Umrisse entlang der Richtung einer Reihe von Überschneidungsbereichen von Messstrahlen.

ähnelt , hat jedoch keine bekannten Umrisse, während ein Schaubild darstellt, dass die Temperaturmessungen an den Messstellen von angibt, zusammen mit dem tatsächlichen Temperaturprofil, das den drei entsprechenden Oberflächen entlang der Richtung der Messstellenmitten mit einer Kurve, die diese Temperaturmessungen interpoliert, entspricht.

und zeigen eine mögliche indikative Positionierung und Orientierung eines linearen Infrarotbilderzeugungsinstruments, das im System zur Übernahme von Wärmeabgabemessungen von Kastenteilen und der sichtbaren Fracht auf einem passierenden Schienenfahrzeug eingesetzt werden kann, zusammen mit anderen Instrumenten.

zeigt einige mögliche Verbindungsschemata für die Datenübernahme des Systems durch Masterdaten-Übernahmeeinheiten oder andere Datenübernahmeeinheiten und solche Verbindungsschemata eignen sie dafür, direkt oder indirekt, bestehende Zeitwerte jeder Messung zuzuordnen, ja nach Merkmalen der verschiedenen Sensoren und Instrumente.

zeigt einige Grundelemente einer Systeminstallation und eine Reihe von Fernelementen, wie Fern-Zusatzkomponenten des Systems oder Teile anderer Systeme, sowie die Verbindungen zwischen diesen Elementen.

ist eine Skizze aus der Vogelperspektive der Sensoren und Instrumente, die an den SMI für eine Beispielkonfigurierung einer Systeminstallation installiert sind.

5. Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung 5.1 Einige allgemeine Merkmale des Verfahrens und des Systems

Die Methode umfasst eine Reihe von Prozessen, die verschiedene Aufgaben wie Messungen, Datenmanagement, Datenverarbeitung, Kommunikation und Signalisierung ausführen, um eine Reihe möglicher fehlerhafter und gefährlicher Bedingungen auf angemessene Weise zu erkennen und zu signalisieren. ist ein allgemeines Konzeptschaubild, das eine Übersicht aller besagten Aufgaben bietet, die in einer Reiche von unterschiedlichen einzelnen oder zusammengesetzten Prozessen gruppiert werden können (rechteckige Kästen nummeriert von 231 bis 246), die in der Regel als Input-Daten/Informationen, die Teil eines übergeordneten Datensatzes („DATA") 230 sind, empfangen und diese auch als Output produzieren. Der Output eines bestimmten Prozesses ist in der Regel der Input eines oder mehrerer anderer Prozesse. Einige dieser Daten und/oder Informationen haben eine Kontrollfunktion für bestimmte Prozesse, da sie deren Aufgaben definieren und/oder deren Aktivierung auslösen.

Nachstehend folgt ein kurzer Kommentar zu jedem der Elemente von , um einen Überblick über den Hauptteil des wichtigsten Systemprozesses zu bieten; später werden sie im Rahmen der Beschreibung des Verfahrens und des Systems in anderen Abschnitten dieses Dokuments noch näher erläutert. Der Anmelder möchte vor den unten stehenden kurzen Kommentaren klar stellen, dass der Satz der rechteckigen Kasten in weder unbedingt erschöpfend ist, noch dem einzigen oder dem besten Satz von Prozessen entspricht, um die Implementierung des Verfahrens und des Systems zu definieren. Außerdem ist die Darstellung der , die nur auf dem Daten- und/oder Informationsfluss beruht, gleichwertig mit anderen Arten der Darstellung (z.B. SADT [074]) von Systemprozessen, in denen Kontrollen und Datenflüsse anders gezeigt werden können und vor allem wenn alle oder einige von ihnen direkt mit Prozesssymbolpaaren im Zusammenhang stehen.

Box 232 ("TDA & RTDP", für Trigger Data Acquisition & Real Time Data Processing) entspricht einem Softwareprozess, der die an den Positionsbereichen 206 und 207 in installierten Sensoren überwacht, und führt einige Aufgaben aus, die die Lieferung von Daten und auslösenden Hinweisen oder Signalen betreffen, die das System darauf vorbereiten, einen Zug mit den am SMI positionierten Instrumenten „abzutasten". Dieser Prozess kann auch einige andere Systemfunktionen einschließen, die in Echtzeit die am SMI erworbenen Daten verarbeiten (z.B. die Quote der Datenübernahme ändern, eine unzureichende Zuggeschwindigkeit erkennen usw.).

Box 233 ("SMI data acquisition") bezieht sich auf den Prozess der Datenübernahme von Sensoren und Messinstrumenten, die am Positionsbereich 205 der installiert sind. Der Zeitablauf dieses Prozesses nach der Erkennung eines Zuges durch den Prozess von Box 323 wird weiter unten in diesem Abschnitt erläutert, während Angaben zu den Instrumenten und Sensoren der in verschiedenen folgenden Kapiteln des Dokuments zu finden sind, so wie in 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 und 0. Die Merkmale der Datenübernahmeausrüstung werden in Abschnitt 5.18 dieses Dokuments besprochen. Es kann von Vorteil sein, dass alle Daten der am SMI installierten Radsensoren durch den Prozess der Box 232 anstatt durch den Prozess der Box 233 aufgezeichnet werden.

Box 234 ("primary VI process") beschreibt einen Grundprozess des Verfahrens und des Systems, der zur schnellen und sicheren Identifizierung des Ausführungsmodels eines großen Teils der Fahrzeuge dient, die das SMI passiert haben, und diese möglicherweise zweifelsfrei identifiziert. Dieser Prozess umfasst die Berechnung der Längsposition von Fahrzeugen entlang der Bahnschienen bezogen auf die Zeit und die Abstände zwischen Radsätzen der passierenden Fahrzeuge. Die entsprechenden Einzelheiten werden in den Abschnitten 0 und 0 beschrieben.

Box 235 ("secondary VI process") beschreibt einen Prozess, der versucht, das Ausführungsmodell derjenigen Fahrzeuge zu identifizieren, die durch den primären Fahrzeugidentifizierungsprozess von Box 234 nicht identifiziert werden konnten. Die entsprechenden Einzelheiten werden in den Abschnitten 0 und 0 beschrieben.

Box 236 ("VCPO computing") beschreibt Datenverarbeitungsanwendungen zur Berechnung der Funktionen, die die Position und die Orientierung bestimmter Hauptbestandteile von Fahrzeugen bezogen auf die Zeit in einem Koordinatensystem integral mit dem Fahrweg oder den Bahnschienen definieren. Die VCPO-Berechnung derjenigen Fahrzeuge, deren Ausführungsmodell identifiziert wurde, wird in Bezug auf Wagenkästen in Abschnitt 0 angesprochen, während die VCPO-Berechnung für Achsen und die dazugehörigen Komponenten, ebenfalls für identifizierte Fahrzeuge, in Abschnitt 0 erläutert wird. Box 237 ("VB gauge diagnostics") bezieht sich auf den Prozess zur Erkennung von fehlerhaften oder gefährlichen Bedingungen des Begrenzungslinienprofils von Fahrzeugen, dessen Ausführungsmodell identifiziert wurde. Dieser Prozess wird in Abschnitt 0 beschrieben.

Box 238 ("VB thern. diagnosis") bezieht sich auf den Prozess, angewandt auf ein Fahrzeug, dessen Ausführungsmodell identifiziert wurde, zur Erkennung von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen eines Fahrzeugkastens, besonders bezogen auf Feuer und beginnende Feuer an Bord, durch die Analyse der Messwerte von Wärmeabgaben. Der Prozess wird in Abschnitt 0. beschrieben.

Box 239 ("BWB therm. diagnostics") bezieht sich auf den Prozess, angewandt auf ein Fahrzeug, dessen Ausführungsmodell identifiziert wurde, zur Erkennung von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen von achsbezogenen Komponenten durch die Analyse der Messwerte von Wärmeabgaben, besonders bezogen auf beginnende Achsversagen, ein Überhitzen der Bremsen und zu Bremsschäden. Der Prozess wird in Abschnitt 0. beschrieben.

Box 240 ("UV diagnostics") bezieht sich auf den Prozess zur Erkennung einer Reihe von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen in solchen Fahrzeugen, deren Ausführungsmodell nicht identifiziert wurde. Dieser Prozess, einschließlich der entsprechenden VCPO-Berechnungsfunktionen, wird in Abschnitt 0 beschrieben. Box 241 ("RSS interfacing") bezieht sich auf den Prozess im Zusammenhang mit der Koppelung des Systems mit anderen Schienensignalisierungs- und Sicherheitssystemen, um Alarme zu signalisieren und/oder Daten und Hinweise mit Informationssystemen und Kontrollzentren der Bahngesellschaft auszutauschen. Die Themen Alarmauslösung sowie Informationen, die zwischen dem Verfahren und einem oder mehreren Systemen oder Zentren der Bahngesellschaft ausgetauscht werden können, wird in verschiednen Abschnitten, so z.B. 0, dieses Dokuments erläutert, während die tatsächlichen Kopplungslösungen in Abschnitt 0 beschrieben werden.

Box 242 ("data transact.") bezieht sich auf den Prozess im Zusammenhang mit einer Pluralität von Datensatztransaktionen, besonders mit Bezug auf das Absenden von Messdatensätzen, Aufzeichnungsdateien, vorbereitend bearbeiteten Daten und anderen Datensätzen von einer Systeminstallation an ein Fernbearbeitungssystem von Daten zu einem oder mehreren Zwecken, so wie die Offline-Berechnung zur Verbesserung von einer oder mehrer Diagnostikmethoden, die in der Verfahrensimplementierung angewandt werden. Die Fernsteuerung von Software und Fahrzeug-Datenbankaktualisierung kann auch als einer dieser Prozesse verstanden werden. Die Prozesse von Box 242 werden in verschiedenen Teilen dieses Dokuments angesprochen, insbesondere in Abschnitt 0.

Box 243 ("config. & calibration") bezieht sich auf eine Gruppe von Funktionen im Zusammenhang mit der Konfigurierung der Verfahrensinstallation, mit der geeigneten Eichung der Instrumente und ihrer geometrischen Positionierung und Orientierung bis hin zur Prüfung der Richtigkeit der Eichungen und zu eventuell erforderlichen Nacheinstellungen. Die Funktionen von Box 243 werden in verschiedenen Teilen dieses Dokuments angesprochen, insbesondere in Abschnitt 0.

Box 244 ("reporting") bezieht sich auf die Prozesse im Zusammenhang mit dem Ausfüllen und dem Absenden von Berichten in elektronischer Form, d.h. der Versendung von Diagnostik-Berichten an ein Bahnzentrum oder an eine Service-Crew, die so die erkannten fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen prüfen und die entsprechenden Korrekturmaßnahmen ergreifen kann. Die Prozesse von Box 244 werden in verschiedenen Teilen dieses Dokuments angesprochen, insbesondere in Abschnitt 0.

Box 245 ("integration functions") bezieht sich auf eine Reihe von optionalen Prozessen zur Integration im Verfahren von einem oder mehreren System, wie z.B. ein Radwiegesystem und ein Erkennungssystem von Flachstellen des Rads, sowie zur Verwaltung dieser Daten aus diesen Systemen zu einem oder mehreren Zwecken wie zum Beispiel der Verarbeitung von Diagnostikdaten und Informationen durch die fundamentalen Verfahrensprozesse und diese besagten Systeme. Diese Prozesse werden in verschiedenen Teilen dieses Dokuments angesprochen (z.B. in Abschnitt 0 über die Verwendung von Radbelastungsdaten innerhalb der Diagnostik von beginnenden Achslagerfehlern), und insbesondere in Abschnitt 0.

Box 246 ("HAZMAT-Funktionen") bezieht sich auf den Prozess im Zusammenhang mit den Verarbeitungsfunktionen von Datensätzen, die einer Reduzierung der Gefahren von Gefahrengütern auf Schienen dienen können, so wie besonders im 0 dieses Dokuments beschrieben ist.

Box 231 ("System supervisor") bezieht sich auf den Prozess oder die Prozesse, die innerhalb der Software einer Verfahrensimplementierung umgesetzt werden können, um den Verfahrensbetrieb zu überwachen und zu steuern. Die entsprechenden Funktionen sind werden kurz in Abschnitt 0 dieses Dokuments angesprochen.

Box 230 bezieht sich also auf eine Pluralität von Daten und Informationen, einschließlich, und insbesondere die Daten und Informationen aus der Fahrzeug-Datenbank, Daten aus Messungen, die vom Verfahren durchgeführt wurden, Konfigurierungs- und Eichdaten und Parameter, Ergebnisse von Datenverarbeitungsfunktionen, Alarmkennzeichen, Parameter der VCPO-Funktionen, Fahrzeugliste einer Zugbildung, Diagnostik-Berichte und andere Daten und Informationen, die von einem oder mehreren Datenverabeitungsmodulen in der Verfahrensimplementierung verwendet oder produziert werden.

Fachleute im Bereich der entsprechenden Techniken werden erkennen, dass einige der vom Anmelder in der folgenden Beschreibung vorgeschlagenen Merkmale des Verfahrens, die die Strukturierung der Datenverarbeitung betreffen, derart sind, dass sie das Verhältnis zwischen Gesamtzeit für die Verarbeitung von Daten für eine Fahrzeugbildung und die Kosten der Berechnungsmittel einer Systemimplementierung verbessern. Die meisten der Softwareprozesse, die beträchtliche Berechnungsmittel (z.B. die in den Boxen 236, 237, 238, 239, 240 und 246 angesprochenen) erfordern, können asynchron ausgeführt werden, sobald die nötigen Eingabedaten für ein Fahrzeug verfügbar sind, und mehr als Beispiel dieser (d.h. verschiedene Beispiele der gleichen Verarbeitungsdaten einer Anwendung für verschiedene Fahrzeuge) können parallel auf der gleichen Datenverabeitungseinheit oder auf verschiedenen Datenverabeitungseinheiten laufen, was insgesamt einen beträchtlichen Vorteil für den Einsatz der Berechnungsmittel des Verfahrens bedeutet. Eine weitere Funktion, dank derer der Einsatz der Berechnungsmittel des Verfahrens optimiert und die Lieferung der Diagnostik-Antworten des Verfahrens beschleunigt werden können, besteht im Auslösen bestimmter Datenverarbeitungsaufgaben, so wie gemäß Boxen 234, 235 und 236, die unerlässliche Daten für berechnungsintensive Anwendungen erzeugen, sobald ausreichend Daten zur Verfügung stehen, d.h. ohne auf die Fertigstellung der Übernahme von Messdaten für eine gesamte Fahrzeugbildung zu warten (zum Beispiel, wenn asynchrone Datenverarbeitungs-Anwendungen erst starten, wenn die Messungen für einen 500 m langen Zug, der bei einer ungefähren Geschwindigkeit von 50 km/h abgetastet wird, fertig gestellt sind, dann wird eine Verzögerung von etwa 36 s zur Zeit für die Fertigstellung der Anwendung der Diagnostikfunktionen des Verfahrens hinzu gerechnet). beschreibt eine Methode, die bei der Anordnung einiger an die durch den Zugtransit bedingten Zeitvorgaben gebundenen Verfahrensaufgaben vorzuziehen ist, insofern, als dass das Abtasten eines Zuges nicht durch die Fertigstellung der Datenverarbeitung eines früher abgetasteten Zugs bedingt ist und somit die Mindestzeit zwischen dem Abtasten aufeinander folgender Züge reduziert und/oder die Ausrüstungskosten für die Datenverarbeitung möglicherweise gesenkt werden.

Box 219 ("waiting for new train") entspricht einem "Stand-by-Status" der Verfahrensinstrumente sowie der Datenübernahmeausrüstung und der Software. In diesem Status wird durch die am SMI installierten Sensoren und Instrumente keine Messung ausgeführt, mit Ausnahme derer, die für eine Kontrolle der Funktionstüchtigkeit des Systems, für die Validierung aktueller Eichungen und zur Ausführung möglicher anderer Diagnostik-Prozesse geplant sind (z.B. Erkennung einer Beeinträchtigung bestimmter optischer Sensoren bei sehr dichtem Schneefall). Ein Übergang von Box 219 zu Box 220 ("prepare to measure") erfolgt, wenn ein neuer Zug erkannt wird, der abgetastet werden soll, im Idealfall durch die Radsensoren, die an den in mit 206 und 207 gekennzeichneten Stellen positioniert sind. Eine Funktion gemäß Box 220 ist die Aktivierung der elektrischen Motoren für jene Messinstrumente wie bestimmte Laser-Abstandmessgeräte, die eine rotierende Optik haben, die sich nicht dreht, wenn das Instrument für einen gewissen Zeitraum still steht. Eine weitere Funktion, die mit Box 220 assoziiert ist, könnte das Öffnen der Schutzabdeckungen oder Klappen bestimmter optischer Instrumente sein, die solche Schutzvorrichtungen haben, damit sich kein Schmutz, Staub, Wasser oder Schnee auf der Optik absetzt, wenn das Instrument still steht. Es können weitere Aktionen mit der Box 220 assoziiert werden, je nach den im Rahmen der Verfahrensinstallation installierten Instrumenten. Die erforderliche Zeit für das Ausführen der gestarteten Aktionen für die Box 220, zusammen mit der für einen sich dem SMI nähernden Zug angenommenen Höchstgeschwindigkeit, kann der entscheidende Faktor für den Mindestwert der Abstände 210 und/oder 212 von sein.

Box 221 ("start new train job") wird aktiviert, sobald die entsprechenden Befehle bei Box 220 eingegeben wurden. Die mit Box 221 assoziierten Aufgaben entsprechen einer Reihe von Initiierungen und Einstellungen von Kontrollanzeigern und Variablen für das Abtasten und die nachfolgende Datenverarbeitung für einen neuen Zug. Diese Aufgaben werden natürlich im detaillierten Softwaredesign für eine Verfahrensimplementierung definiert.

Nach erfolgter Ausführung der Aufgaben gemäß Box 221 (sie erfordern typischerweise wenige Zehntel Millisekunden) beginnt ein Wartezyklus an Box 222 ("wait train motion data"). Dieser Zyklus endet mit dem Übergang zu Box 223, wenn die Information über die Annäherungsgeschwindigkeit des abzutastenden Zugs verfügbar ist.

Box 223 ("select scan parameters") bezieht sich auf die Wahl bestimmter Abtastparameter, die je nach Annäherungsgeschwindigkeit des Zugs und möglichst auch mit Bezug auf andere Informationen und Daten, die von externen Informationssystem gemessen oder übernommen werden können, definiert werden, bevor der Zug den SMI-Bereich erreicht.

Ein einfaches Beispiel solch einer Parameterfestlegung könnte das Weglassen einer Datensammlung für die Erkennung eine Flachstelle des Rads sein, falls der Zug zu langsam ist, bzw. das Weglassen bestimmter Messungen (z.B. Daten von einem langsamen Laser-Abtastgerät), wenn die Zuggeschwindigkeit zu hoch ist oder wenn der Zug gewissen Diagnostikfunktionen nicht ausgesetzt werden muss (z.B. Diagnostik des Ladeprofils für Hochgeschwindigkeits-Personenzüge).

Box 224 ("set DAQ timing") wird von Box 223 her betreten und entspricht der Einstellung bestimmter Parameter, die die Zeiten der Datenübernahme regeln, so wie die Startzeit und die Häufigkeit der Datenübernahme im Falle einer Reihe von Messkanälen.

Box 225 ("start SMI dta acquis.") wird von 224 her betreten und besteht in einem Wartezyklus (bis zum Erreichen der entsprechenden Zeit), gefolgt durch den Start des Datenübernahmeprozesses für die am SMI installierten Sensoren und Instrumente. Der Prozess von Box 225 wird nicht unbedingt durch Software ausgeführt, sondern nur weil es dem Einstellen durch eine Software einer Zeit oder eines Zählwerts in einem "Startregister" einer entsprechenden Hardware-Komponente entsprechen kann (z.B. ein Multi-Kanal-Signalerzeugegerät), die eine Reihe von Takt- und Uhrsignalen für Datenübernahmeprozesse erzeugt.

Box 226 ("SMI data acquisition") wird durch den Prozess von Box 225 gestartet und entspricht der Übernahme der Messdaten von am SMI installierten Sensoren und Instrumenten, die so lange andauert, bis ein bestimmter Hinweis oder ein Signal empfangen wird, z.B. von einem mit Box 218 assoziierten Prozess. Das Thema Datenübernahme wird für die verschiedene Instrumententypen, die am SMI einer Verfahrensimplementierung installiert werden können, in verschiedenen Abschnitten dieses Dokuments erläutert. Das Thema Zeiteinstellung und Synchronisierung der Messungen wird in einem speziellen Abschnitt (5.18) weiter unten im Text erörtert. Der Anmelder betont, wie auch an anderen Stellen im Dokument schon gesagt, dass das Verfahren und das System in der Regel keine Datenübernahmequote erfordern, da alle oder ein Teil der Messkanäle mit der Fahrzeugverschiebung entlang der Schienen oder mit der Fahrzeuggeschwindigkeit (so wie zum Beispiel im Patentdokument [026]) synchronisiert sind, und dass dagegen der Aspekt der relativen Zeitgenauigkeit der verschiedenen Instrumente ein Hauptfaktor ist, um eine angemessene Leistung des hier vorgestellten Verfahrens und Systems zu gewährleisten. Datenübernahmequoten für die am SMI installierten Sensoren und Instrumente werden einheitlich allgemein durch leistungsbezogene Prinzipien geregelt und sie verfolgen nicht unbedingt die möglichen Änderungen der Zuggeschwindigkeit während des Abtasten eines Fahrzeugs. Ein Prinzip hingegen, das anzuwenden ist, ist die Vermeidung einer unnötig schnellen Datenübernahme, da diese zu einer Verschwendung des Speicherplatzes und zu einer Verlangsamung der Datenverarbeitung führen würde, was nicht zu einer bedeutenden Verbesserung der Diagnostikleistungen gehören würde. Weitere Informationen zur Anpassung der Datenübernahmequote an Fahrzeuggeschwindigkeiten sind in verschiedenen Abschnitten diese Dokuments zu finden, einschließlich weiter unten in diesem Abschnitt bei der Beschreibung der mit Box 218 assoziierten Prozesse.

Box 227 ("close SMi data acquis.") wird von Box 226 her betreten, wenn die Zugabtastung beim SMI abgeschlossen wurde und stellt die Ausführung einer Reihe von Softwareanweisungen dar, wie das Schließen von Messdatendateien, der Einstellung von Anzeigern oder Parameters und mögliche andere Aktionen wie das Starten des Datentransfers zwischen verschiedenen Datenstrukturen oder das Starten einer Aufzeichnung von Messdaten auf stabilen Datenträgern.

Box 228 ("set meas. sleep mode") folgt dem Austreten aus Box 227 und entspricht dem Start einer Reihe von Aktionen um den "Stand-by-Status" der Systeminstrumente herzustellen, d.h. die bei Box 220 ausgeführten Aktionen rückgängig zu machen.

Box 219 folgt dem Austreten aus Box 228. Dies entspricht dem Abschluss einen Kreises durch die Boxen 219 bis 228, die den Aktionen entsprechen, die ausgeführt werden, um die entsprechenden Messdaten für einen Zug zu übernehmen. Die Datenverarbeitungsaufgaben für den Zug, die nach einem kurzen Moment nach dem Eintreten in den Prozess der Box 226 begonnen wurden, laufen in der Regel auch nach dem Austritt aus Box 228 für die nötige Zeit weiter, die grundsätzlich von den Zugmerkmalen, von den Details der im Verfahren angewandten Datenverarbeitungsmethoden und von den Leistungen der entsprechenden Datenverarbeitungsgeräte abhängt.

Box 218 ("TDA & RTDP") entspricht der Box 232 von und ist mit keiner anderen Box von verbunden, da ihre Prozesse in Echtzeit "im Hintergrund" des Zyklus von Box 219 bis 228 ablaufen. Im Stand-by-Status von Box 219, entspricht Box 218 der Überwachung von mindestens zwei Radsensoren an jeder der beiden Positionen 206 und 207 von (nur eine Position, wenn der Zugtransit am entsprechenden Gleis nur in eine Richtung erfolgt). Eine erste Raderkennung löst die Prozesse aus, die dem Austritt aus Box 219 folgen. Die Verarbeitung von Radauslöserzeiten für mindestens zwei Radsensoren wird dann auf mehr oder weniger komplexe Weise ausgeführt, um den Wert der Zuggeschwindigkeit an die Prozesse von Boxen 223 und 224zu liefern, und um einen geeigneten Zeitpunkt für das Starten der Datenübernahme am SMI durch die Funktion der Box 225 festzulegen. Eine sehr einfache und oft verwendete Art und Weise zum Erreichen dieser Ziele ist die Berechnung der Zuggeschwindigkeit durch das Dividieren des Abstands zwischen den Radsensoren durch den Zeitunterschied zwischen den Raderkennungen des gleichen Rads. Die Präzision der Geschwindigkeitsmessung hängt gewöhnlich von den Eigenschaften des Radsensors, von den Datenübernahmemerkmalen, vom Abstand zwischen den Sensoren und von der Geschwindigkeit selbst ab. Man kann den Durchschnitt von mehr als einer grundsätzlichen Geschwindigkeitsmessung für ein Paar von Erkennungszeiten ermitteln, um die Messpräzision zu verbessern. Eine genaue Beschreibung der Berechnung der Fahrzeugverschiebung im Zeitverlauf unter Verwendung der Passierzeiten der Räder ist im Abschnitt 0 unten gegeben, doch der entsprechende Prozess von Box 218 erfordert die Präzision, die für die „LDF-Funktion" erforderlich ist, nicht, so wie diese weiter unten definiert ist. Der mögliche gröbste Fehler in der Schätzung der Zuggeschwindigkeit, der von der Zugposition und von negativen Beschleunigungen und von einer Unterbrechung der Geschwindigkeitsschätzung zu einem Zeitpunkt, bevor die Messungen bei SMI beginnen, herrühren kann, kann dadurch korrigiert werden, dass man die letzte Geschwindigkeitsschätzung durch einen Wert erhöht, der von diesem Zeitpunkt, vom zuletzt geschätzten Geschwindigkeitswert, von der ungefähren Zeit, die der Zug braucht, um das SMI zu erreichen und von einer zurückhaltenden Einschätzung einer möglichen Beschleunigung des Zugs abhängt. Der gröbste mögliche Fehler bei der Vorhersage der Ankunftszeit der Zugfront am Eingang zum Bereich SMI kann geschätzt werden auf der Grundlage der gleichen für die Geschwindigkeitsschätzung genannten Daten. In der Praxis kann dieser Fehler berücksichtigt werden, indem man die SMI-Datenübernahme zu einem ausreichend frühen Zeitpunkt beginnt, um einen möglichen Verlust der Abtastdaten zu verhindern. Dieser Aspekt ist jedoch nicht sehr kritisch, da die einzige bedeutende Folge eines zu frühen Startens der Erfassung der SMI-Daten eine gewisse Verschwendung von Speicherplatz ist, die im Nachhinein durch das Löschen unnützer Daten behoben werden kann. Das Problem des schlimmsten möglichen Fehlers bei der Vorhersage der Ankunftszeit des Zuges am SMI und bei der Annahme der entsprechenden Geschwindigkeit kann nur dann bedeutsam werden, wenn die Abstände 210 und 212 sehr viel größer als die Länge der kürzesten zu prüfenden Zugbildung sind, als Folge einer relativ langen Zeit für die Ausführung der durch den Prozess von Box 220 gestarteten Aktionen. Eine einfache Lösung ist in diesem Fall die Installierung eines Einzelradsensors (einen für jede Annäherungsrichtung an das SMI) entlang der Fahrtrichtung zu den Positionsbereichen 206 und 207, die das Startsignal zum Verlassen der Box 219 nutzt. Die mit Box 218 assoziierten Prozesse können auch die Datenübernahme von Radsensoren, die am SMI installiert sind, übernehmen und Echtzeitberechnungen der Transitgeschwindigkeit durchführen, um die Datenübernahmequote während der Durchführung von Messungen zu verbessern. Sie können auch Alarmanzeiger und/oder Signale erzeugen, um anzuzeigen, dass der Zug langsamer oder schneller fährt und unter oder über bestimmten Geschwindigkeitsgrenzen liegt, was bestimmte Datenkanäle unbenutzbar und gewisse Datenverarbeitungsaufgaben undurchführbar macht. Eine andere Funktion kann mit Box 218 assoziiert werden, und zwar das Senden von Nachrichten, um anzuzeigen, dass das Zug-Ende den SMI-Bereich verlassen hat und somit die Datenübernahme gestoppt wird, d.h. der Übergang von Box 226 zu Box 227 erfolgt (basierend auf den Radsensorsignalen und der Schätzung der Geschwindigkeit).

Fachleute der entsprechenden Techniken mögen alternative Schemata zum Erreichen der Ziele der oben in der Beschreibung von angesprochenen Prozesse vorschlagen, so zum Beispiel die Verwendung der Geschwindigkeitsvorhersage, um die Zeiteinstellung der Datenübernahme zu programmieren, und der sog. „pre-trigger" Datenübernahmetechnik, um eine Verschwendung von Messdaten zu verhindern, oder das Starten der Datenübernahme auf Grundlage eines Signals für das Ankommen eines Zugs, wobei zunächst eine sehr hohe Datenübernahmequote verwendet wird, die dann je nach am SMI erfolgten Messungen abnimmt.

Vor dem Übergang zum nächsten Textabschnitt möchte der Anmelder erklären, dass der Einfachheit halber der Großteil der unten stehenden Erläuterung davon ausgeht, dass die Schienen am Schienenabschnitt bei SMI geradlinig sind und zwar für eine Länge auf beide Längsseiten, dank derer man die Bahnstrecke als geradlinig betrachten kann. Die Möglichkeit einer Installation an einer Schienenkrümmung und die damit zusammenhängenden Auswirkungen werden in dem speziellen Textabschnitt (0) unten erläutert.

5.2 Radsatzabstände und die Längsposition von Fahrzeugen im Zeitverlauf bestimmen

Bis heute wurden verschiedene Arten von Radsensoren (auch wheel detectors oder wheel trips genannt) innerhalb verschiedener bahnbezogener elektronischer Systeme zur Zählung von Zugachsen, zur Erkennung der Präsenz eines Zugs, zur Messung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, zur Assoziierung von [011, 017, 023, 024] Rädern mit Fahrzeugen, zur Unterscheidung [025] von Achsen, die zu Nicht-Fracht-Fahrzeugen gehören und zur Erzeugung [021, 026] von Musterzeitsignalen mit einer zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Häufigkeit verwendet.

Die Zeitpunkte, zu denen Fahrzeugräder an bestimmten Positionen entlang der Bahnschiene erkannt werden, können im Rahmen des Verfahrens, wie unten erklärt, verwendet werden, um die Abstände zwischen Radsätzen eines Fahrzeugs und der Längsposition eines Fahrzeugs entlang der Gleise im Zeitverlauf zu berechnen. Die Werte der Radsatzabstände (hier „WSD") sind Grundlage für die Anwendung der weiter unten erläuterten Fahrzeugidentifizierungsmethode, und ihre Genauigkeit ist ein Hauptfaktor für die Effizienz dieser Methode. Die Funktion für die Darstellung der Längsverschiebung eines Fahrzeugs (hier "LDF") ist eine Skalarfunktion für Zeit, die eine fundamentale Wichtigkeit für die Funktionstüchtigkeit des gesamten Systems hat, da sie innerhalb der Prozeduren für die Zuteilung verschiedener Messungsarten zu einem bestimmten Fahrzeugelement hat, wie unten erläutert ist.

Zwei Radsensoren können ausreichen für die Messung der Geschwindigkeit und der Richtung von Schienenfahrzeugen, und um sehr einfach die Abstände zwischen zwei beliebigen aufeinander folgenden Radsätzen zu berechnen, wenn die Zuggeschwindigkeit konstant ist oder wenn eine hohe Präzision für diese Messungen nicht erforderlich ist. Ein eher komplexer Raddetektorensatz und eine robuste und wirksame Berechnungsprozedur sind dagegen in diesem Fall erforderlich, um die geforderte hohe Präzision bei der WSD-Bestimmung und bei LDF zu gewährleisten, wenn die Zuggeschwindigkeit beim Passieren des Zugs durch das Messintervall SMI variiert [017].

5.2.1 Beziehungen von WSD und LDS zu den Signalen und Positionen der Radsensoren

Das zusammengesetzte Schaubild von zeigt, wie sich die Raderkennungszeiten auf die Fahrzeugbewegung, auf die Abstände zwischen Radsätze und auf die Positionen der Radsensoren entlang der Schienen beziehen. Ein typischer Frachtwagen 275 mit vier Radsätze 280283, die zu zwei Drehgestellen gehören, ist im Beispiel der verwendet, wo ein Satz von drei Radsensoren 277279 entlang der Schienen 284 installiert ist. Das linke Schaubild umfasst die Radsensorsignale 290292, die jeweils zu den drei Raddetektoren 277279 gehören, die graphisch mit beliebigen einem beliebigen „Offset" in beliebigen Versetzungseinheiten der Achse 290 im Zeitverlauf in Sekunden von Achse 285 dargestellt sind, und zwar auf gleiche Weise für die drei Schaubilder dieser Abbildung. Das Fahrzeug bewegt sich in die durch den Pfeil angezeigte Richtung 276 mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 30 km/h (zum Zeitpunkt 0 von Achse 285) und mit einer starken negativen Beschleunigung (nahe an den maximal möglichen Werten im Falle einer Notbremsung). Diese niedrige Geschwindigkeit und die starke negative Beschleunigung wurden vom Antragssteller gewählt, um die Auswirkungen von Geschwindigkeitsänderungen in den Schaubildern von visuell deutlich zu machen. Im Idealfall entsprechen die Raddetektorensignale 290292 von einem Typ von Raddetektor mit einem Zwei-Status-Output, der einen Übergang des Outputs anzeigt, wenn die Radmitte sich in einem bestimmten Längsabstand von der Messmitte des Detektors befindet. Die horizontalen Linien, die durch die Quadratimpulse laufen, stehen für die Zeitpunkte, an denen die Positionen der Radmitte mit der Detektormitte übereinstimmen. Die zunehmende Breite der Radsensorimpulse im Zeitverlauf ist die offensichtliche Folge der negativen Beschleunigung des Fahrzeugs. Die Achse 294 des mittleren Schaubilds entspricht dem Längsabstand in Metern der drei Radsensoren von einer beliebigen Position entlang der Bahnschiene. Die Richtung der Achse 294 ist in diesem Beispiel die gleiche wie die Richtung der Zugbewegung. Die im mittleren Schaubild dargestellten Symbole entsprechen den Zeitpunkten, an denen ein Sensor eine Radmitte erkennt und die Symbolformen entsprechen jeweils einem bestimmten Rad des Fahrzeugs (z.B. das +–Symbol entspricht dem Rad 282). Die erste Spitze 291 und der Schaubildpunkt 292 entsprechen der Erkennung einer Mitte des Vorderrads 280 durch den ersten Sensor 277, den es passiert hat, während die folgende Raderkennung sich auf Rad 281 durch Sensor 277 bezieht und dem Punkt 293 im mittleren Schaubild entspricht. Die Werte der Achse 289 im rechten Schaubild entsprechen dem Abstand in Metern, den ein Wagen vom Zeitpunkt 0 an zurückgelegt hat. Folglich zeigt die Achse 289 die Längsposition eines bestimmten Fahrzeugspunktes entlang der Schiene mit der gleichen Richtung wie die Achse 294. Die Versetzung der Achse 289 ist die Folge der Wahl des Zeitpunkts 0 für die Daten aus , da diese Zeit der Positionsüberlappung der Pufferfront 295 und dem Radsensor 277 entspricht. Das rechte Schaubild ist ein Kurve der LDF-Funktion, die die LDF-Werte anzeigt, die zu den Zeitpunkten, an denen das Fahrzeug durch irgendeinen der Radsensoren erkannt wird, abgelesen wurden. Die X-Achse der Daten, die im rechten Schaubild von dargestellt ist, bezieht sich direkt auf die Abstände 286288 zwischen den Radsätzen der Fahrzeuge, so wie es in den drei Abbildungen des Schienenfahrzeugs 275 für die Radsatzmitten dargestellt ist, die mit den LDF-Daten übereinstimmen. Jede Datenserie im Bezug zu einem bestimmten Radsensor entspricht dem Muster der Radsatzabstände als X-Achse im LDF-Schaubild; z.B. entsprechen die LDF-Daten 296, 297, 299 und 300 dem Radsensor 277 und den Radsatzabständen 286288. Andersherum entspricht der X-Achsenunterschied des LDF-Schaubilds für die Daten eines bestimmten Rads den Abständen der entsprechenden Radsensoren; d.h. der Unterschied auf der X-Achse der Datenpunkte 298 und 296 ist gleich dem Abstand zwischen den Radsensoren 279 und 277. Der X-Achsenunterschied zweier beliebiger Punkte im LDF-Schaubild ist eine algebraische Kombination von Radsatzabständen und Abständen zwischen Radsensoren; d.h. der X-Achsenunterschied von Wert 301 und 298 entspricht dem Abstand 286 zwischen den Rädern 283 und 280 minus dem Abstand zwischen 279 und 278. Man kann auch sehen, dass das (rechte) LDF-Schaubild in aus dem links von ihm liegenden Mittelschaubild durch ein "Verschieben" der Daten-Dreiergruppen, die einem bestimmten Rad entsprechen, erreicht werden kann, wenn man dabei den X-Achsenunterschied der Mitglieder der Dreiergruppen beibehält und das Ausmaß der Verschiebung einem bestimmten Radsatzabstand entspricht. Die Methoden zur Ermittlung der Radsatzabstände und der LDF von Radsensoren sowie der Radsensor-Abstandsdaten wird in diesem Text noch näher erläutert. Zunächst folgt eine kurze Erörterung über Radsensoren und Messfehler bei ihrer Verwendung zum Zwecke dieser Erfindung.

5.2.2 Radsensoren

Die Radsensoren, die in die am häufigsten verwendete Klasse gehören, basieren auf elektromagnetischen Fühltechniken. Einige der ersten Geräte dieser Klasse basierten [020] auf einem U-förmigen Magnet, der nahe an der inneren Seite einer Schiene installiert wurde und an einem seiner Pole eine Erkennungsspule zur Erkennung der Signale hatte; die Spurkranzfelge wurde beim Passieren des magnetischen Feldes über dem Sensorgerät erkannt. Später erreichte man mit einem anderen Typ von elektromagnetischem Sensor hervorragende Ergebnisse [022], was hohe Erkennungsgenauigkeit und schnelle Reaktionszeiten durch die Erkennung der Phase von Radiofrequenz(RF)-Strahlung betrifft, die in Richtung Spurkranzfelge abgestrahlt und durch seine Metalloberfläche reflektiert wurde. Die Bahnradsensoren RDS80001 und RDS80002 von Honeywell [950], sowie die vorherigen Modelle wie 926FS30-060-Z911-H, sind weit verbreitete Hochgeschwindigkeitsnäherungssensoren induktiver Art mit einem Zwei-Status-Doppelleitungsstromoutput

Sie verfügen über einen Hochfrequenzgenerator (etwa 230 kHz) mit einem offenen Magnetkreislauf; die Präsenz des Spurenkranzes im Probebereich beeinflusst das jeweilige magnetische Feld und die daraus resultierende Dämpfung der Kreislaufschwankung wird durch die Sensorelektronik registriert. Eine weitere im Handel erhältliche Familie von leistungsstarken Hochgeschwindigkeitssensoren für Bahnraderkennung ist die VRS-Serie [951], entwickelt durch Invensys Sensor Systems/Electro Corporation (die heute zu Honeywell gehört). Die VRS-Sensosen erkennen das Auftauchen und das Verschwinden eines Eisenlegierungskastens im Registrierbereich durch einen permanenten Magnet und eine Fühlspule, da die Widerstandsvariation in einer positiven oder negativen Spitze des erzeugten Signals resultiert. Die VRS-Sensoren werden in vielen verschiedenen Versionen hergestellt und sind für das Verfahren besonders interessant wegen ihrer hohen Messbandbreite, die gewöhnlich über 15 kHz liegt. Auch verschiedene Modelle von Sensoren mit Hall-Effekt können von Honeywell als eine Alternative mit einer hohen Bandbreite zu den o.g. VRS-Sensoren geliefert werden. Eine besondere Art von elektromagnetischem Sensor ist das "DRT Electronic Pedal" von General Electric Transportation Systems [963]. Dieses Gerät montiert zwei Einheiten auf beiden Seiten der Schiene und wirkt als magnetisches Übertragungs- und Empfangsgerät. Weitere hervorragende elektromagnetische Sensoren, die für die Montage an Schienen geeignet und zugelassen sind, und der Raderkennung von Fahrzeugen dienen, sind von anderen Herstellern erhältlich.

Andere Arten von Sensoren, und insbesondere bestimmte optische Schnellreaktionssensoren, kommen auch für die Durchführung kontaktloser Schnellgeschwindigkeitserkennung von Spurkranzfelgen in Frage. Auch wenn optische Sensoren wegen ihres Vermögens, sehr präzise Werte für die Radtransitzeiten zu ermitteln, attraktiv sind, sind elektromagnetische Sensoren für diese Anwendung besonders empfehlenswert, da es erwiesen ist, dass sie mit allen durch die Schienenumgebung gegebenen Anforderungen in dieser Anwendung kompatibel sind und insbesondere bei jeder Art von Wetterbedingung sehr zuverlässig sind, einschließlich bei Schnee und Eis, ohne dass man spezielle Schutzvorrichtungen und Heizungssysteme vorsehen muss. Praktisches Montagezubehör ist für alle im Handel erhältlichen elektromagnetischen Bahnradsensoren leicht erhältlich, so wie zum Beispiel die RDS-CL-01 "Schienenhalterung" von Honeywell, die keine Schienenbohrung erfordert und leicht entlang der Schienen positioniert werden kann.

5.2.3 Messungsunsicherheiten bei der Verwendung von Radsensoren

Die in diesem Dokument enthaltenen Beschreibungen machen deutlich, dass die Implementierung des Verfahrens und des Systems keine strengen Mindestanforderungen an die Werte für Genauigkeit, Auflösung, die Reaktionszeit oder andere Leistungsdaten von Radsensoren stellt. Dennoch enthält dieses Dokument Erläuterungen dazu, wie eine Ungewissheit bezüglich Zeitpunkt und Position für die Raderkennung einige Leistungen des Systems negativ beeinflussen. Es lohnt sich daher, die Ursachen solcher Messunsicherheiten oder Fehler zu untersuchen, zumindest für die elektromagnetischen Radsensoren, so dass die Wahl der Radsensoren bei der Implementierung des Systems leichter fällt. Gewöhnlich werden elektromagnetische Radsensoren (mit Ausnahme des oben erwähnten GETS DRT Electronic Pedal) auf der inneren Schienenseite, knapp unter dem Schienenkopf montiert, um die Spurkranzfelge zu erkennen, wenn sie das elektromagnetische Sensorfeld stört. Eine nicht zylindrische symmetrische Radabnutzung kann zu einem Vorziehen oder zu einer Verzögerung des Zeitpunktes führen, an dem der Sensor die Ankunft und Abfahrt der Radmitte anzeigt. Solch eine Art von Fehler ist je nach Typ und Modell der Radsensoren mehr oder weniger kritisch. Ein Hauptfaktor zur Feststellung einer Messunsicherheit, und dies speziell bei Rädern mit großem Durchmesser und relativ hoher Transitgeschwindigkeit, ist das Sensorgeräusch, während eine Empfindlichkeitsverschiebung im Laufe der Zeit oder wegen anderer Gründe wie der Temperatur nicht wichtig ist, wenn da Sensorsignal gemäß den unten im Dokument angegebenen Anweisungen verarbeitet wird. Die unten angegebene Bearbeitungsmethode gleicht auch den Effekt einer variablen Seitenposition einer zu den Schienen senkrecht stehenden Achse aus, die symmetrisch die Zeitpunkte (Ankunft und Weiterfahrt des Rads) ändern kann, an denen der Sensor eine gewisse Störungsstufe in seinem elektromagnetischen Feld registriert. Der Yaw von Radsätzen, das zu einem Radschlingern führt (siehe Radposition in ), kann dagegen einen Fehler verursachen, der auf der Veränderung in der Sensorreaktion bei verschiedenen Abständen vom Schienenrand der vorlaufenden und nachfolgenden Radhälften des Rads beruhen. Eine andere Unsicherheitsquelle, die ja nach Typ des Radsensors mehr oder weniger wichtig sein kann und die gewöhnlich die Raddetektoren mit einem Zwei-Status-Output betrifft, ist die Hysterese, die verschiedene Änderungen der Ankunfts- und Weiterfahrzeit des Rades verursachen kann. Das Ausmaß, in dem die Hysterese die Feststellung des Zeitpunkts, an dem die Radmitte passiert, beeinflusst, hängt stark vom Raddurchmesser ab und kann auch von der Seitenverschiebung der Radsatzmitte von der Schienenachse abhängen. Der Hysterese-Effekt kann teilweise durch Eichung und durch Berücksichtigung des Raddurchmessers korrigiert werden. Schließlich können die Detektoren, für die der Output durch ein digitales System wie einen Mikroprozessor oder ein DSP erzeugt wird, einen bedeutsamen Zufallsfehler erzeugen, der im Zusammenhang mit der Signaluntersuchung während der getrennten Zeitintervalle zwischen Aktualisierungen der Sensor-Outputs steht. Selbstverständlich hängt die Zeitunsicherheit auch vom Datenübernahmesystem ab, das ausführlicher in diesem Dokument besprochen wird. Eine quantitative Schätzung der Transitzeiten von Radsätze, die Ungewissheit im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Aspekten sowie andere Fehlerursachen werden weiter unten im Dokument erläutert.

5.2.4 Messunsicherheiten im Zusammenhang mit der Yaw-Schwankung von Radsätzen

bezieht sich auf ein bekanntes Merkmal der Kinematik von Radsätzen, das in der Konzeption des Systems und in der Verarbeitung von Radsensordaten berücksichtigt werden muss, wenn sehr genaue Messungen von Radsatzabständen und Fahrzeugpositionen gewünscht sind. Im Allgemeinen bewegen sich Radsätze von rollenden Schienenfahrzeugen über die Bahnschienen nicht nur, indem sie einfach mit ihrer Rollachse senkrecht über die Schienen laufen und dabei zentriert über der Schienenachse 322 bleiben. Besonders am Drehgestell montierte Radsätze sind oft einer Schwerbewegung um die vertikale Achse 321 ausgesetzt, was in einigen Fällen zu einem Schlingern des Rads führt. zeigt ein Drehgestell mit zwei Achsen nah an der Grenze seiner Schwerschwingung mit dem Ausmaß der Pendelbewegung 320 nahe am Maximalwert und einem Rad 316, das die Schienen 311 angreift. Das Rad 315 auf der linken Schiene 310 liegt in der Transitrichtung 317 um die Länge 318 weiter vorne als Rad 316 auf der rechten Schiene 311. Dies bedeutet, dass die Räder 315 und 316 jeweils in der Längsrichtung positiv oder negativ 319 in Bezug auf ihre gemeinsame Achse verschoben sind. Das Spektrum der Yaw-Schwankung von Drehgestellen ist recht unterschiedlich und hängt auf komplexe Weise von einer Vielzahl von Faktoren ab, doch der ungefähre Maximalwert des Yaw- oder Pendelwinkels 320, und somit der Verschiebungsunterschiede in der Längsrichtung 319 und 318, lassen sich einfach berechnen, und zwar auf der Grundlage des Begrenzungslinienprofils 325 (dessen tatsächlicher Maximalwert Deformierungen und Schienenabnutzung berücksichtigt), auf dem Abstand zwischen der inneren Seite des Spurenkranzes, auf der Mindestflanschdicke (unter Berücksichtigung der maximalen Flanschabnutzung) und auf dem Trennungsabstand zwischen den beiden Achsen. Drehgestelle mit zwei Achsen mit kleineren Rädern und kleineren Interachsenabständen weisen größere Verschiebungsunterschiede 319 und 318 auf. In der Praxis kann ein Verschiebungsunterschied 319 um 15 mm größer sein und resultiert in einer um 30 mm größeren Veränderung des sofortigen Abstands zwischen den Rädern, die zu verschiedenen Drehgestellen gehören.

Der Einfluss des Yaw-Winkels auf die Längsposition der Radsatzmitte kann jedoch vernachlässigt werden. Daher sind die Radsatzmitten geeigneter für eine genaue Schätzung der Fahrzeugverschiebung und der statischen oder durchschnittlichen Abstände zwischen Radsätzen, als einzelne Radmitten auf einer Schiene. Die Verwendung von Raddetektorpaaren wie 312 und 313 in ermöglicht die Berechnung des Zeitpunkts, an dem die Radsätze eine bestimmte Position passieren, aus den Transitzeiten der beiden entsprechenden Radmitten. Die beiden Quotenlinien 323 und 324 beziehen sich auf die "Raddetektormitten", d.h. die Längsposition entlang der Schiene, an der die Registrierung des Rads erfolgt. Der Unterschied 314 zwischen solchen Quoten 323 und 324 als Ergebnis der tatsächlichen Installation der Sensoren kann groß genug sein, um bei der Berechnung der Transitzeiten der Radsatzmitten verwendet zu werden, so wie es weiter unten erläutert ist.

5.2.5 WSD und LDF aus den Transitzeiten von Radsätzen berechnen

Mit Bezug auf die obigen Bemerkungen zu wird nachfolgend das Problem dargestellt, die Abstände zwischen einem Satz von J Radsätzen aus den Transitzeitwerten zu berechnen, die durch die Radsensoren oder Radsensorpaaren K, die an bekannten Punkten entlang der Schiene positioniert sind, erzeugt werden, wobei mögliche Geschwindigkeitsänderungen der Schienenfahrzeuge während der Messungen durch das System berücksichtigt werden.

Die Werte K·J, Zeitwerte t angezeigt durch tj,k, werden als die Zeitpunkte definiert, zu dem die Radsatzmitte j die Höhe der Registriermitte k entlang der Schiene passiert. Die Lk jeden Wertes K ist der Abstand von der Registriermitte k von einer Bezugsposition entlang der Schiene, wobei L eine Längsachse parallel zu den Schienen ist. Mit &lgr;j wird die Koordinate der Radsatzmitte j auf der Längsachse &Lgr; angegeben, die integral mit der Mitte einer bestimmten Radsatzmitte j0 ist und deren Richtung per Definition entgegengesetzt der Zugtransitrichtung ist, und mit der der Wert s assoziiert ist, wobei s gleich 1 oder –1 ist, je nachdem ob diese Richtung gleich oder entgegengesetzt der Richtung der Achse L ist. Die Radsatzmitte j0 wurde beliebig als Null der Achse &Lgr; festgelegt. Die gesuchte LDF-Funktion der Zeit wird durch L(T) angegeben und ist definiert als die Koordinate des Ausgangspunktes der Achse &Lgr;, d.h. der Radsatzmitte j0, auf der Achse L zum Zeitpunkt t.

Die Menge von K·J-Gleichungen L(tj,k) = Lk + s·&lgr;j, mit j = 1 bis J und k = 1 bis K(100) würde für eine Serie von J Radsätzen gelten, wenn diese an einem völlig starren (kein relatives Spiel der Radsatzmitten) Fahrzeug oder einem starren Satz von Fahrzeugen montiert würden und wenn für die Werte Lk und to tj,k keinerlei Ungewissheit berücksichtigt werden müsste. Selbst in einem solchen Idealfall wären die einzigen erkennbaren Fahrzeugpositionen gemäß der Gleichungsmenge 100 diejenigen, die ganz einfach den Werten der K-Variablen L(tj0,k) entsprechen, die gleich dem entsprechenden Wert Lk sind, da &lgr;j0 gleich Null gewählt wurde. Die anderen J – 1-Werte von &lgr;j und K(J – 1)-Werte von L(tj,k) bleiben unbestimmt, da die Inputdaten für das Problem keine Informationen über die Geschwindigkeit der Radsätze zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen der Transitzeit einer Radgruppe enthalten. Das Berechnungsproblem wird also als die Suche nach einer mathematischen LDR-Funktion L(t) definiert, die sich dem echten Wert LDF nähert, wobei die Grenzen der Fahrzeugkinematik berücksichtigt werden müssen, die von den maximalen Werten der Beschleunigung und der negativen Beschleunigung sowie von den maximalen Raten und Zeitabständen abhängen, auf Grundlage derer die negative Beschleunigung und die Beschleunigung von tatsächlichen Schienenfahrzeugen im Laufe der Zeit in der Praxis variieren können. Außerdem sollten die Ungewissheiten der Inputdaten und das Vorhandensein von mechanischem Spiel auch bei der Suche nach einer geeigneten LDF-Funktion berücksichtig werden.

Wenn man die Ungewissheit verschiedener Inputdaten vernachlässigt, kann das LDR-Problem auf eine Funktionsannäherung an die Minimalquadrate reduziert werden, basierend auf der Minimierung der Menge

durch Ändern der Parameter der Annäherungsfunktion L(t) und der Werte J – 1 von &lgr;j für j ≠ j0.

Im Falle des LDF-Problems können verschiedene unsichere Werte im Allgemeinen bei verschiedenen Inputdaten vorkommen, aus den später in diesem Dokument erklärten Gründen, und daher minimiert man besser eine andere Menge für die LDF-Näherungsfunktion, und zwar

die eine Chi-Quadrat-Größe der Richtigkeit der Näherung darstellt. Die Gleichung 102 ist geeignet, wenn die durch die Änderungswerte &sgr; 2j,k ausgedrückten Ungewissheiten einer Fehlerverteilungskurve folgen. Andere Gleichungen könnten verwendet werden, wenn zum Beispiel eine wichtige Ungewissheitskomponente einer Quadratverteilung folgt, wie im Falle von Zeitfehlern im Zusammenhang mit getrennten Abtastungen.

Die Wahl der mathematischen Expression für L(t) ist natürlich kritisch, da die gewählte Funktion flexibel genug ein muss, um die Inputdaten aufzunehmen, ohne ein unrealistisches Verhalten in den Abständen zwischen den Werten tj,k der unabhängigen Variable t aufzuweisen. In diesem Fall können die oben erwähnten physikalischen Beschränkungen hinsichtlich der Fahrzeugdynamik verwendet werden, um die Minimierung des Fehlerquadrats einzuschränken, so wie Mindest- und Höchstwerte für die zweite und dritte Ableitung von L(t), oder das Hinzufügen zum richtigen Gleichungsglied 101 oder 102 von einem oder mehreren Gliedern, deren Minimierung die Annäherungskurve korrigiert.

Ein besonderer Kurventyp, den der Anmelder für die LDF-Näherung für geeignet hält, ist eine Spline-Funktion S(t), d.h. eine stückweise Funktion aus kubischen Polynomen Sp(t) = ap(t – tp)3 + bp(t – tp)2 + cp(t – tp) + dp(103) in der p = 1 für P ist und tp die Untergrenze des Zeitbereichs des Polynoms p angibt, während die Obergrenze gleich tp+1 for p < P ist.

Entsprechend der Standard-Spline-Definition, werden die P-1 Funktionskontinuitätsbedingungen Sp(tp+1) = Sp+1(tp+1)(104) zusammen mit den P-1 Kontinuitätsbedingungen für die erste Ableitung im Zeitverlauf gesetzt p(tp+1) = Ṡp+1(tp+1)(105) und P-1 Kontinuitätsbedingungen für die zweite Ableitung im Zeitverlauf S..p(tp+1) = S..p+1(tp+1)(106) wobei p = 1 für P-1 für jeden dieser Gleichungssätze ist. Die Gleichungen 104, 105 und 106 werden jeweils in drei Gleichungssätze geschrieben ap(tp+1 – tp)3 + bp(tp+1 – tp)2 + cp(tp+1 – tp) + dp = dp+1,(107) 3ap(tp+1 – tp)2 + 2bp(tp+1 – tp) + cp = cp+1(108) und 3ap(tp+1 – tp) + bp = bp+1,(109) wobei p = 1 für P-1 ist.

Die Spline S(t) wird also bis hieher durch die 4P Parameter ap, bp, cp und dp und durch einen Satz von 3P-3 Bedingungen definiert. Die fehlenden Bedingungen können durch einschränkende Bedingungen gedeckt werden, wenn die Inputdaten zu interpolieren sind, und auch durch Einschränkungen der Ableitungen an den äußeren Werten von S(t) und/oder durch andere Bedingungen zur Minimierung der Schwankungen der Splines zwischen den Datenpunkten.

Ein oft auftretendes Problem bei Spline-Funktionen ist die Schwankung der Kurve im Bereich der angepassten Punkte, speziell wenn P nahe der Zahl des Werts ist, der angepasst werden muss. Eine mögliche Kontrolle dieser Schwierigkeit ist die Minimierung von W, definiert durch die Gleichung W = &rgr;·x2 + ∫|S..(t)|2dt,(110) wobei der Skalar &rgr; die Bedeutung der x2-Minimierung, die durch die Gleichung 102 definiert ist, gegenüber der Minimierung des Integralglieds bestimmt, das als ein Abschwächungselement der Kurve fungiert.

Im Falle des Problems der LDF-Näherung hängt die Flexibilität, die für die Annäherungskurve gefordert ist, von der Zuggeschwindigkeit ab, da die Zeit, die zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Wert tj,k vergeht, mögliche Änderungen der Beschleunigung und der negativen Beschleunigung einschränkt. Wenn also eine Spline-Funktion verwendet wird, sollte P reduziert werden, wenn die durchschnittliche Zuggeschwindigkeit während der Sensormessungen erhöht wird. Die Zahl der angewandten Radsensoren oder Radsensorpaaren und die entsprechenden Ungewissheiten in den Messungen der Radtransitzeiten sowie ihre Position an den Schienen können ebenfalls bei der Wahl von P berücksichtigt werden.

Die Zeitabstände zwischen zwei aufeinander folgenden Werten von tj,k sind nicht konstant, da sie von den Werten J – 1 von &lgr;j abhängen, während die Wahrscheinlichkeit gewisser Beschleunigungsänderungen ausschließlich von der Dauer des Zeitabstands abhängt, der hier berücksichtigt wird. Daher schlägt der Anmelder vor, dass die Zeitbereiche von den P Polynomen die gleiche Dauer haben, und die Werte P-1 von tp für p reichen von 2 bis P und befinden sich im gleichen Abstand zum Mindest- und Höchstwert von tj,k, während t1 gleich t1,1 ist und tJK gleich dem maximalen Zeitwert vom Bereich Sp(t) ist. Eine andere Möglichkeit ist die, anpassungsfähige Werte für tp für p zu verwenden, die von 2 bis P reichen und dem Minimierungsprozess ausgesetzt sind, und diese Wahl ermöglicht die Verwendung eines relativ kleinen Wertes P. Die tatsächliche Anpassung, und besonders die der oben definierten Spline-Funktion in Hinsicht auf die entsprechenden Bedingungssätze 107, 108 und 109, durch eine Minimierung von W, wie in Gleichung 110 definiert, und durch die Verwendung von zusätzlichen Einschränkungen von Ableitungswerten, wird hier nicht erläutert, da sie mit Hilfe von Standardtechniken und Algorithmen ausgeführt werden kann, die in existierenden literarischen Veröffentlichungen beschrieben sind. Auch wenn die Wahl von P und &rgr; auf theoretischen Erwägungen basiert, sollte man zwei solche Zahlen als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit als Grundlage des Experiments optimieren.

5.2.6 Berechnung der Werte tj,k und &sgr;j,k

Wenn eine ideales Rad bei konstanter Geschwindigkeit rollt und seine Transitzeit durch einen idealen Sensor gemessen wird, der seine Auslösesignale symmetrisch in Bezug auf den Abstand der Radmitte von der Sensormitte sendet, dann ist die Auslösezeit der Radmitte tC gerade der Mittelwert zwischen den ersten und letzten Auslösesignalen, nämlich tL und tT.

Bei einer Beschleunigung oder negativen Beschleunigung führt die Verwendung der Gleichung 111 entweder einen negativen oder einen positiven Fehler in der Schätzung von tC, von tL und tT ein. Dieser Fehler ist größer bei absoluten Werten der Beschleunigung und negativen Beschleunigung, bei niedrigen Geschwindigkeitswerten und bei höheren Abstandswerten LL – LT zwischen den Längspositionen der Punkte, an denen der Radsensor die ersten und letzten Auslösesignale erzeugt. Der Fehler kann leicht korrigiert werden, indem man zuerst mit der Gleichung 111 den Wert tC berechnet, die LDF-Berechnung ausführt und dann die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte aus LDR für eine Neuberechnung von tC verwendet, der schließlich für eine genauere Berechnung von LDF und WSD verwendet wird. Einfache kinematische Berechnungen zeigen, dass ein sehr starkes Bremsen (der absolute Wert positiver oder negativer Beschleunigung im schlimmsten Fall) mit einem Wert LL – LT von 300 mm zu einem Fehler in der Schätzung von tC führt, der, ausgedrückt als entsprechender Fehler der Position der Radmitte, geringer als 1 mm bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h ist, und auf 5 mm im Falle von etwas weniger als 6 km/h sinkt (die Abhängigkeit dieses Fehlers von der Geschwindigkeit ist nicht linear). Daraus kann man schließen, dass die oben genannte Korrektur sich nur dann lohnt, wenn sehr präzise Radsensoren eingesetzt werden und wenn die Messungen bei sehr niedriger Zuggeschwindigkeit erfolgen. Wenn die für das System gewählten Radsensoren einen Analog-Output haben, müssen die Auslösezeiten tL und tT erst berechnet werden, wobei man eine numerische Methode anwendet, die den Eigenschaften des Sensors gerecht wird und Linearität und Geräusch berücksichtigt.

Wenn Paare von Radsensoren, so wie oben beschrieben, verwendet werden, um den Yaw des Drehgestells zu kompensieren, und wenn die Beschleunigung vernachlässigt wird, dann kann die Transitzeit tWSC einer Radsatzmitte mit folgender Gleichung berechnet werden

in der tLWL und tLWT für die ersten und letzten Auslösezeiten des Sensors des linken Rads stehen, und tRWL und tRWT für die des rechten. Die Verwendung der Gleichung 112 impliziert offensichtlich, dass der entsprechende Wert von Lk sich auf die durchschnittliche Längsposition entlang der Schiene des Sensors für das linke Rad bzw. für das rechte Rad bezieht. Auch in diesem Fall kann gezeigt werden, dass der Fehler im Zusammenhang mit der Vernachlässigung der negativen oder positiven Beschleunigung bei größeren Geschwindigkeitswerten vernachlässigt werden kann. Eine Korrektur dieses Fehlers kann auf die oben für einzelne Radsensoren beschriebene Art und Weite korrigiert werden, wobei man in diesem Fall die Positionen der beiden Radsensormitten als Paar betrachten muss, was erheblich anders sein kann, wie oben im Kommentar zu bemerkt wurde.

Die Werte von Lk sollten präzise sein und im Einklang mit den Messfehlern der Radsensoren stehen. Die Lk-Werte beziehen sich auf die "Erkennungsmitten" der Sensoren, die nicht unbedingt mit der anscheinenden Mitte des Gehäuses übereinstimmen. Je nach Typ des Radsensors empfiehlt es sich eventuell, die Lk-Werte zu messen, indem man eine kontrollierte Bewegung eines Eisenkastens im Vergleich zur Position entlang der Schienen beobachtet. Die Messung der Lk-Werte sollte jedoch Teil der allgemeinen Eichungsmethode des Systems ein, die von verschiedenen technischen Optionen für Sensoren, mechanischen Stützstrukturen, Datenübernahmesystem und anderen Designelemente des tatsächlich anzuwendenden Systems abhängt.

Die Ungewissheiten von Position und Zeitpunkt, auf die sich der Radsatztransit bezieht, spielen im Verfahren eine Rolle, wie bereits in den obigen Erörterungen zu Gleichung 102 deutlich wurde und wie auch in anderen Teilen diese Dokuments erläutert wird. Die Bedeutung der individuellen Fehlerquellen hängt bei der Implementierung von den Entscheidungen über Typ und Modell der Radsensoren ab, und muss daher bei der Konzeption und Entwicklung der anzuwendenden Systemversion analysiert und berücksichtigt werden. Auf jeden Fall lohnt es sich anzumerken, dass einige der relevanten Mess- oder Berechnungsfehler korrekter als Positionsfehler definiert werden, und andere als Zeitfehler. Die Werte von &sgr;j,k in der Gleichung 102 beziehen sich nur auf L(t) und nicht direkt auf t. Auch wenn die LDF-Näherungskurve ausgeführt werden kann, indem man ausdrücklich getrennte Schätzwerte für Raum- und Zeitfehler in die entsprechenden Gleichungen einsetzt, könnte es praktisch sein, z.B. in der Gleichung 102, &sgr;j,k-Werte zu verwenden, die die angemessene Kombination aller relevanten Zeit- und Längenfehler sind, nachdem man die Zeitfehler in Längenfehler umgerechnet hat, indem man diese mit dem Geschwindigkeitswert multipliziert. In diesem Fall kann der zu verwendende Geschwindigkeitswert ein ungefährer Wert sein, der durch endliche Unterschiede, die auf den Werten tj.k und Lk beruhen, und zusammen mit der Gleichung 100 berechnet wird. Alternativ dazu, kann die LDF-Berechnung wiederholt werden, nachdem man &sgr;j,k unter Verwendung der Geschwindigkeitswerte der ersten LDF-Berechnung berechnet hat. Eine weitere Möglichkeit ist die Tabellierung von &sgr;j,k als Geschwindigkeitsfunktion.

Der Anmelder betont, dass im Allgemeinen viele Variationen für die LDF-Berechnungen möglich sind und vor allem, dass die oben vorgeschlagene Vorgehensweise der LDF-Näherung für die Präzisierung der Inputwerte von tj,k und &sgr;j,k vermieden werden kann, wenn man die entsprechenden Berechnungsexpressionen in die Formel für den Wert einsetzt, der für die LDF-Näherung minimiert werden muss. Die Demonstration hervorragender Leistungen der besten Radsensoren im Hinblick auf die Implementierung des Systems, eine angemessene Konzeption des Datenübernahmesystems und die korrekte Installation aller wichtigen Komponenten des Systems sorgen dafür, dass fehlende Raderkennungen oder falsche Raderkennungen sehr selten vorkommen. Es ist jedoch möglich, einen Diagnostik-Algorithmus zu implementieren, um fehlende oder falsche Radsensorsignale zu identifizieren. Falsche Signale würden eliminiert. Für fehlende Raderkennungszeiten könnte man die entsprechende Zeit aus der Expression der Menge, die für die Bestimmung von LDF minimiert werden soll, löschen.

5.2.7 Interpolierungs- und Extrapolationsfehler bei der Positionierung von Radsensoren

Die Anzahl und die Positionen der Radsensoren, die im Messbereich des Systems montiert werden, werden in diesem Dokument nicht streng festgelegt und sie können innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, je nach angestrebter Leistung der Systemimplementierung und je nach Wahl bestimmter Systemkomponenten, einschließlich der Radsensoren selbst. Die Zeichnungen aus bis dieses Dokuments werden unten verwendet, um die Positionierung der Radsensoren im Zusammenhang mit den daraus folgenden Auswirkungen auf die Berechnung von WSD und LDF sowie auf die Präzision bei der Assoziierung verschiedener Messungen mit Fahrzeugteilen zu erörtern, wie auch weiter unten im Dokument noch weiter erläutert wird.

Eine Unterscheidung zwischen interpolierten und extrapolierten LDF-Werten hilft bei der Analyse der Frage der Sensorpositionierung. Die o.a. LDF-Berechnung liefert eine Funktion L(t), die den Zeitwert und den Wert der Abstände der Längsverschiebungen zwischen gemessenen Punkten (oder zwischen den Zeitpunkten der Raderkennung) ungefähr angibt. Die LDF-Schätzung innerhalb dieser Zeitabstände ist eine Interpolierung und die Präzision eines bestimmten LDF-Wertes in diesen Intervallen hängt von der Präzision der Messungen ab, die die Werte für dieses spezielle Intervall für die durchschnittliche Geschwindigkeit, die Breite des speziellen Intervalls und den Abstand eines solchen Punktes von den Intervallgrenzen definieren. Auch die Werte und Unsicherheiten anderer Datenpunkte nahe an den äußeren Enden des Intervalls können die Genauigkeit der LDF-Schätzung innerhalb des betreffenden Intervalls beeinträchtigen. Schließlich haben die Details der ZDF-Berechnungen (z.B.: die Wahl der Interpolationsfunktion, die Konvergenzkriterien usw.) eine offensichtliche Auswirkung auf die interpolierten LDF-Daten. Die Schätzung der LDF-Werte für einen Punkt in einem Bereich t oder Bereich L, der außerhalb des Intervalls des für die LDF-Berechnung verwendeten Wertes liegt, ist eine Extrapolation der L(t)-Kurve und unterliegt einer zunehmenden Ungewissheit wegen der größeren Trennung von Zeit und Raum als in der letzten Zeit- und Positionsmessung des Rads. Die Extrapolation würde normalerweise ausgeführt, indem man die interpolierte LDF mit einer sanften Kurve erweitert und der Kurve und seiner ersten oder seiner ersten und zweiten Ableitung eine Kontinuität am Schnittpunkt mit dem Interpolierungsintervall auferlegt. Es ist jedoch klar, dass die extrapolierte Schätzung und die tatsächliche LDF sich deutlich voneinander unterscheiden können, wenn sich die Beschleunigung außerhalb des LDF-Definitionsintervalls verändert.

Der gestrichelte Bereich 403 zeigt von bis den Teil des Messintervalls "XSMI" des Systems der Länge DXSMI, das auf die gleiche Weise wie SMI definiert ist, doch dabei die Radsensoren ausnimmt. Genauso steht in all diesen Abbildungen 405 für ein generisches Schienenfahrzeug mit zwei gelenkfreien Drehgestellen, während 406, 424 und 423 für ein Schienenfahrzeug mit einem Gelenkdrehgestell stehen. Die Richtung des Schienenfahrzeugs wird durch einen dicken Pfeil über dem Wagenkasten angezeigt. Der Einfachheit halber wird von einem konstanten Abstand DWS zwischen den Radsatzsensoren oder zwischen Sensorpaaren ausgegangen. Das Intervall entlang den Schienen zwischen dem ersten und dem letzten Radsensor wird hier "WSI" genannt (für Wheel Sensors Interval). Die Länge von WSI ist DWSI = LK – L1. Die Vereinigung von XSMI und WSI entspricht offensichtlich SMI. Es werden Fälle in Betracht gezogen (z.B. in ), in denen XSMI das WSI überschreitet, und andere, in denen das Verhältnis umgekehrt ist.

und beziehen sich auf die Schätzung der Höchstbreite DMII der LDF-Interpolierungsintervalle in dem Fall, in dem der Abstand DIUB, der durch 401 zwischen den am engsten nebeneinander liegenden Radsätze 427 und 428 angezeigt ist, von jedem der beiden gelenkfreien Drehgestelle vom Schienenfahrzeug 405 größer ist als DWSI + DWS. Die größte Interpolierungsintervall-Länge DMII entspricht 400. Dieses größte Interpolierungsintervall beginnt in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt (auf den sich und beziehen), an dem die Radgruppe 427 den Sensor 404 verlässt und endet, wenn das Rad 428 den Sensor 429 erreicht. Der einzige praktische Unterschied zwischen und ist, das die LDF im größten Interpolierungsintervall zur Ausführung von Messungen in größerem oder kleinerem Ausmaß als der Wagenkasten verwendet werden.

bezieht sich auf einen Fall, in dem ein Fahrzeug 405 mit zwei gelenkfreien Drehgestellen XSMI erreicht. Zum Zeitpunkt gemäß wird das erste Fahrzeug erkannt und somit werden die XSMI-Messungen für die Länge 408 des Fahrzeugkasten der LDF-Extrapolation unterzogen, wenn nur die Räder dieses Fahrzeugs für die Näherung von L(t) verwendet werden. Die Länge 408 ist eindeutig die Summe des Abstands 410 zwischen den Grenzen von XSMI und WSI plus den Abstand 409 zwischen der ersten Radgruppe des Fahrzeugs und der Vorderkante des Fahrzeugs selbst. ähnelt , doch in diesem Fall verlässt das Fahrzeug das Messintervall XSMI. XSMI-Messungen des Fahrzeugkastens beziehen sich auf die extrapolierten LDF-Werte für die Länge 411 des Fahrzeugs und diese Länge ist die Summe des Abstands 413 zwischen den Grenzen von XSMI und WSI plus der Abstand 412 zwischen der letzten Radgruppe des Fahrzeugs und der Hinterkante des Fahrzeugs selbst. und beziehen sich auf die Bedingungen, bei denen das Interpolierungsintervall gleich Null gesetzt werden kann, falls erforderlich, in den Fällen, in denen das Fahrzeug mit zwei gelenkfreien Drehgestellen abgetastet wird und nur die Radsensormessungen für die eigenen Radsätze für die LDF-Berechnung verwendet werden. bezieht sich auf ein Fahrzeug, das sich dem XSMI nähert und zeigt, dass die nicht verwendete Interpolierungslänge 415 gleich der Differenz zwischen dem Abstand zwischen den XSMI- und WSI-Grenzen und dem Abstand zwischen vorderer Radgruppe und vorderer Fahrzeugkante ist. Auf ähnliche Weise zeigt , dass für ein abfahrendes Fahrzeug, dessen Abtastung abgeschlossen ist, die nicht verwendete Interpolierungslänge 418 gleich der Differenz zwischen den Längen 417 und 419 ist, die 416 und 414 in entsprechen.

Der erste Grund, weshalb die obigen Fälle in Betrachtung gezogen wurden, in denen nur die Radsätze des Fahrzeugs selbst für die entsprechende LDF-Näherung verwendet werden, ist, dass ein einzelnes Fahrzeug, so wie eine Lokomotive ohne angehängte Wagen, durch das System abgetastet werden kann. Ein zweiter Grund ist der, dass alle Züge einen ersten und einen letzten Wagen haben, für die die obigen Beobachtungen gelten. Ein dritter Grund, die LDF-Berechnung nur auf die Radsätze eines Fahrzeugs selbst zu basieren, könnte das Spiel im Längsabstand zweier aneinander liegender Fahrzeuge sein, auch Pufferung genannt. Die Pufferung kann viel größer als das Längsspiel zwischen zwei beliebigen Radsatzmitten sein, die zu verschiedenen Drehgestellen des gleichen Fahrzeugs gehören und so liefert die Verwendung von Radsensordaten nur der fahrzeugeigenen Achsen in der Regel eine genauere LDF-Schätzung als die Verwendung von eigenen Achsen zusammen mit Achsen von Nachbarfahrzeugen.

Es gibt Fälle, so wie den, auf den sich bezieht, in denen die Vermeidung einer starken Reduzierung der Extrapolation bei Verwendung von nur eigenen Radsätzen für die ZDF-Berechnung eines Fahrzeugs zu einer sehr starken Ausdehnung 422 vom WSI führen würde. Im Falle eines Schienenfahrzeugs 406, ausgerüstet mit einem Gelenkdrehgestell 430, würde die Nullsetzung des Abstands 420 zur Vermeidung einer Extrapolation in einem Abstand 422 vom Ende des XSMI bis zum letzten Radsensor resultieren, der gleich dem Abstand vom hinteren Rand des Fahrzeugkastens 406 zur zweiten Radgruppe seines Gelenkfahrzeuggestells 430 ist. In der Praxis ist die Situation von prinzipiell anwendbar auf Sattelschlepper auf Drehgestellen, da diese die Hauptklasse von Gelenkschienenfahrzeugen darstellen, da man davon ausgehen kann, dass für sie die Überwachung des Begrenzungslinienprofils und der Überhitzung relevant sein müssen. Die Wichtigkeit der Pufferung im besonderen Fall von Sattelschleppern auf Drehgestellen ist zum Glück extrem niedrig, dank des speziellen Designs der Kupplungen zwischen Fahrzeugkästen und ihren Drehgestellen. Daher schlägt der Anmelder vor, dass der Fall von auf einen Fall von Interpolierung wie in reduziert wird, und, mit Bezug auf , die Radsätze von Drehgestell 425 des Fahrzeugs 423 sowie Drehgestell 426 von Fahrzeug 424 für die Berechnung von LDF für Fahrzeug 423 zu berücksichtigen.

Im Allgemeinen wird das System für die Abtastung jeder Art von in jede Richtung fahrendem Zug angewandt, und daher teilen sich WSI und XSMI ihre Mitten entlang der Schiene und es bietet sich somit eine symmetrische Situation, was den Abstand der WSI- und XSMI-Ränder an jedem Eingang/Ausgang von SMI angeht.

Der tatsächliche DXSMI ergibt sich aus der Wahl der Sensoren, die am SWI für die Fahrzeugabtastung positioniert werden, wie weiter unten im Dokument erläutert wird. Gemäß der oben stehenden Erörterung, kann ein großer Wert DXSMI einen vergleichbar großen Wert DWSI implizieren, doch ein sehr kurzes XSMI reduziert den DXSMI nicht unter einen Wert, der vom größten Abstand zwischen zwei Radsätze abhängt, die für die LDF-Berechnung in Betracht gezogen werden.

Sobald das SMI in der Konzeption der Systemimplementierung gewählt ist, können die Werte für DXSMI sowie die Zahl der Radsensoren oder der Wert für DWS je nach gewünschter Extrapolationslänge und je nach Messunsicherheiten bei den Transitzeiten von Radsatzmitten gewählt werden. Diese Wahl kann mit Hilfe von auf Kinematik beruhenden Berechnungen unter Berücksichtigung der obigen Angaben erfolgen, oder sie kann aus einer umfassenden numerischen Simulation resultieren, die verschiedene Zugbildungen und die negativsten Fallwerten oder statistische Angaben zu den ungünstigsten Werten der positiven und negativen Beschleunigung im Zeitverlauf berücksichtigt.

5.3 Zusätzliche Messungen bei der Fahrzeugidentifizierung

Die Prozedur zur Fahrzeugidentifizierung, die weiter unten beschrieben ist, verwendet als fundamentalen Input die WSD-Datensätze, die zusammen mit der LDF-Berechnung erzeugt werden, aber sie kann die Verfügbarkeit bestimmter anderer Messungen und Verarbeitungstechniken nutzen, die eine schnelle und einfache Erkennung anderer Fahrzeugmerkmale ermöglichen und bei der Wahl des "Kandidatenmodells" helfen.

, und beziehen sich auf die Verwendung eines kontaktfreien optischen Sensors für die Messung des ungefähren Durchmessers von Rädern, und um Informationen über die Form eines Radkörpers zu erhalten. Weiter unten werden einige zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten dieser Messung innerhalb des Systems beschrieben. Das optische Abstandsmessgerät 350 in und zur Erstellung von Radprofilen hat einen Laserstrahl 353, der das Messungsziel an einem Punkt trifft, von dem ein Teil des Laserstrahls zum Instrument 350 zurückstrahlt, das den Auftreffwinkel misst.

Einige der schnelleren Laserabstandmesser für den Bereich OptocatorTM [952, 954] von LMI Selcom sind besonders für diese Anwendung geeignet, dank Messbandbreite, Standpunktabstand, Teststrahldurchmesser, Geräuschpegel und Präzision, und sie wurden bereits für die Messung der Abnutzung von Rädern von Schienenfahrzeugen vorgeschlagen und verwendet [027]. Von dieser Serie von Laser Triangulationsgeräten wird der Abstand durch eine phasen-kohärente Demodulierung der erkannten Laserstrahlen gemessen. Ein schnelles Feedback basierend auf der Intensität der Laserrückstrahlung zum Detektor erlaubt dem Sensor, mit einer großen Bandbreite von Rückstrahlungswerten für das Messungsziel zu arbeiten. Insbesondere das Modell OptocatorTM 2008-180/390-B (Teil # 813214), ein Laser-Abstandssensor, verfügt über einen Messbereich von 180 mm, einen Standpunktabstand von 390 mm, eine Testrate von 62.5 kHz mit einer Bandbreite von 20 kHz, 0.28 mm RMS Lärm, ± 0.2 mm Präzision, Laserpunktgröße 0.65 mm und IP65 Verpackung. Unter den vielen alternativen Modellen verfügt der OptocatorTM 2207-200/325-K (Teil # 809516) über einen Messbereich von 200 mm, einen Installationsabstand von 325 mm, eine Testrate von 32 kHz mit einer Bandbreite von 10 kHz, 0.3 mm RMS Lärm, ± 0.4 mm Präzision und einer Laserpunktgröße von etwa 3 mm. Als drittes Beispiel für ein Modell mit einem größeren Installationsabstand wird das Modell OptocatorTM 2008-400/1178-B (Teil # 809451) genannt; dieses Laserabstandsmessgerät hat einen Messbereich von 400 mm, einen Installationsabstand von 1178 mm, eine Testrate von 62.5 kHz mit einer Bandbreite von 2 kHz, 0.5 mm RMS Lärm. Einige andere potentiell geeignete OptocatorTM-Modelle sind verfügbar und die endgültige Wahl des Sensors sollte unter Berücksichtigung der Installationsgeometrie, die unten erörtert wird, sowie der gewünschten Leistungen in Bezug auf die resultierende Profilqualität getroffen werden.

Der Anmelder zieht es vor, das Laserabstandsmessgerät an einer starren mechanischen Halterung, die an einem sehr stabilen mechanischen Rahmen mit einem soliden Fundament befestigt ist, zu installieren, anstatt ihn an den Schwellen 348 oder der Schiene 347 zu befestigen, um so Probleme im Zusammenhang mit intensiven Vibrationen oder Stößen zu vermeiden.

Die Winkelwahl 355 zwischen Messstrahl und einer Ebene 354, die parallel zum Schienenkopf 347 liegt, wirkt sich wegen der Einschränkungen des Begrenzungslinienprofils (für den unteren Fahrzeugbereich) auf den minimalen nutzbaren Standpunktabstand aus und bestimmt die Neigung der Messfläche, die das 358 über der Radfläche definiert. Eine besondere und attraktive Neigung entspricht einem Winkelwert von Null 355, bei Verwendung eines größeren Installationsabstands als in . Man kann auch einen Sensor mit einem großen Installationsabstand verwenden und dabei mit einer Neigung des Laserstrahls arbeiten, dessen Strahlennullpunkt höher als der Messpunkt liegt.

Ein weiterer Installationsparameter, der gewählt werden muss, ist die ungefähre Höhe über der Schienenkopfebene, auf der der Laserstrahl das Rad trifft, wobei das Messziel berücksichtigt werden muss. Die Wahl des Sensormodells und des Winkels 355 bestimmen die mögliche Sensorpositionierung, je nach Sensorgröße oder Größe eines zusätzlichen Gehäuses, das zum Schutz des Sensors vor Umwelteinflüssen und vor Beschädigung durch Herunterfallen von Schmutzsteinchen aus der Zuglast 349 nötig sein könnte. Ein höherer Winkelwert 355 macht den Schutz der Sensoroptik schwieriger.

Man kann den Sensor so orientieren, dass der Laserstrahl nicht vertikal zur Schienenrichtung liegt, doch dies würde zum Verlust der Profilmessungssymmetrie führen, und die Datenverarbeitung komplizierter machen. Solch eine Drehung kann jedoch gerechtfertigt sein, wenn die Messungen verwendet werden, um die Abnutzung des Radprofils zu bewerten, wie im Fall von [027].

Eine Schutzabdeckung, die sich automatisch beim Ankommen des Zugs öffnet, ist zu empfehlen. Das Spülen des Sensors oder des Schutzgehäuses mit Luft kann nützlich sein, um die Optik sauber zu halten und, falls erforderlich, dazu beizutragen, den Kompatibilitätsbereich der Umgebungstemperatur zu erweitern. Ein aktives System, das die Sensortemperatur in einem engen Bereich hält, ist für diese Anwendung bei Verwendung von OptocatorTM-Sensoren nicht nötig, da diese eine maximale Temperaturabweichung von etwa 100 ppm des Messbereichs pro Grad Celsius aufweisen und da, wenn gewünscht, die unten beschriebenen Abweichungskompensierung angewandt werden kann. Es wird jedoch empfohlen, für das Sensorgehäuse einen Erhitzer für die Enteisung vorzusehen, wenn der Sensor an einem Ort installiert werden soll, an dem Schnee und Eis vorkommen können.

LMI Selcom OptocatorTM-Geräte verwenden Impuls-Laserdioden mit unterschiedlichen NIR oder sichtbare Wellenlängen und ihre Kraft ist groß genug, um Laser-Sicherheitsvorsichtsmaßnahmen entsprechend der geltenden Vorschriften zu treffen. Einige von ihnen haben eine maximale Impulskraft von 20 mW bei 780 nm mit einer Pulsdauer von 32 &mgr;s und gehören zur Laser-Sicherheitsklasse 3B, gemäß Standard EN60825 (1991). Die Installation an in diesem Dokument für die Profillesung von Rädern vorgeschlagenen Positionen setzt keine Bahnreisenden und keine Crew-Mitglieder eines Zugs direkt dem Laserstrahl aus, doch die Laser-Sicherheitsmaßnahmen wie die Sperrung der Laserenergie bei Anwesenheit eines passierenden Zugs sowie die Installation eines Strahlenblockierers in einer geeigneten Position je nach Winkel 355 könnte erforderlich sein.

Die Daten werden von den OptocatorTM-Sensoren schnell in digitale Form mit einem geschützten Datenstandard ausgegeben, der auf den gleichen elektrischen Eigenschaften wie RS422 basiert. Eine spezielle VME-Platte mit doppelter Höhe [953] ist von LMI Selcom erhältlich, um die Sensormessungen in Echtzeit auszulesen, und dabei sind ein Datentransfer und eine Messungssynchronisierung innerhalb einer Standard VME-Rate möglich. Zusätzliche Output-Signale, die eine Integration mit Nicht-VME-Bus-Geräten wie PC Datenübernahmekarten oder PLC-Einheiten sind auch erhältlich.

Die Kurven 362 und 363 repräsentieren zwei simulierte Radprofile in einem Schaubild, in dem 360 den gemessene Abstand und 361 die Zeit darstellt. Der steile Anstieg 364 der Radprofilkurve entspricht dem Übergang von außerhalb des Registrierbereichs (oder vom Lesen eines Ziels im Hintergrund) zur ersten Lesung der Spurenkranzfelge 346. Der folgende gekrümmte Teil des Signals entspricht dem Lesen der Spurkranzseite und der Radrollfläche 345, bis das äußere Radfläche vermessen ist. Das Profil 363 entspricht dem Beispiel eines besonderen Rads mit einem völlig flachen Radkörper, zumindest in dem Bereich, der nahe beim Radreifen liegt. Das Rollen wirkt sich praktisch nicht auf das Radkörperprofil aus, es sei denn, der Radkörper ist nicht symmetrisch zur Rollachse, so wie im Fall von „gewellten" Radkörpern.

Der erste Schritt bei der Verarbeitung der Profildaten ist das Ersetzen des Zeitbereichs durch den Längsverschiebungsbereich, indem man die entsprechende LDF anwendet, die besonders genau sein wird, wenn der Radprofilsensor nahe bei einem Radsensor montiert ist. Der ungefähre Raddurchmesser oder Radius kann ermittelt werden, indem man die Werte des Radprofils nähert und eine einfache geometrische Schätzung vornimmt, bei der man von einer bestimmten ungefähren Höhe des Schienenkopfes ausgeht. Die Schätzung des Raddurchmessers unterliegt verschiedenen Unsicherheitsfaktoren, so wie die Abnutzung des Radprofils, das Schienenkopfprofil, die Unregelmäßigkeiten der Rundheit des Rades z.B. wegen Flachstellen, doch diese Faktoren führen bei der Durchmesserklassifizierung im Rahmen der Fahrzeugklassifizierungsprozedur, die weiter unten erörtert ist, nicht zu einem übergroßen Fehler. Ein bedeutender systematischer Fehler ergibt sich dagegen durch das Senken des Schienenkopfes wegen Abnutzung, Fressen und Ballastdeformierung. Daher ist es erforderlich, den Wert der Schienenkopfhöhe auf eine der wenigen Art und Weisen n zu aktualisieren. Die erste Möglichkeit besteht darin, die Schienenkopfhöhe mit einem Laser-Abstandsmessgerät zu messen, das am SMI für die Ermittlung der Begrenzungsliniendaten installiert ist. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, alle Standmessgeräte zu installieren. Eine dritte Möglichkeit ist, ein abgeschrägtes Ziel an der Schiene auf der inneren Schienenseite zu positionieren und mit dem Radprofilsensor eine Messung des Hintergrunds durchzuführen, vorausgesetzt, es ist in einem dafür kompatiblen Winkel 355 installiert. Zwei oder mehrere dieser Techniken können auch gemeinsam verwendet werden, um die Präzision und die Zuverlässigkeit der Raddurchmesser-Messungsfunktion zu verbessern.

Ein alternativer Weg für die Berechnung des Raddurchmessers ohne Einwirkung des sich mit der Zeit senkenden Schienenkopfes ist die Installation von zwei schnellen Laser-Abstandssensoren, deren Messungsebenen sich an den Rädern an zwei unterschiedlichen Höhen über der Rollfläche überkreuzen. Auf diese Weise ist eine Annahme bezüglich der Höhe der Rollfläche nicht nötig. Das Senken dieser Fläche kann sich auch als Ergebnis der Raddurchmesserberechnung ergeben.

Das mit der Zeit zu erwartende Senken des Schienenkopfes sollte auch berücksichtigt werden, wenn man den Winkel 355 und die Höhe, auf der der Profilsensor installiert ist, definiert. Wärmeausdehnungen der entsprechenden Strukturen können so einer langsamen Veränderung der Position des Radprofilsensors führen und vor allem zu einer Toleranzverschiebung. Ein festes Ziel jenseits der Schiene, bei einem angemessenen Winkel 355, oder eine Abstandseichklappe vor der Schiene können zum Ausgleich der Toleranzverschiebung eingesetzt werden.

Die Verwendung der schnellsten Testraten und der höchsten verfügbaren Bandbreiten im OptocatorTM-Bereich ermöglicht die Ermittlung von qualitativ hochwertigen Profilen zum Zweck dieser Anwendung. Beispiel: eine 62.5 kHz Testrate entspricht einem Abstand zwischen den Messungen von etwa 0.5 mm und eine 20 kHz Bandbreite bedeutet eine Reaktionszeit von 16 &mgr;s, was auch etwa 0.5 mm bei einer 90%gen Signaltrennung nach einer abrupten Abstandänderung entspricht. Bei jedem Typ dieser Sensoren variiert das Spitze-zu-Spitze-Geräusch mit der Quadratwurzel der Bandbreite; die vom Anmelder ausgeführten Simulationen basierend auf den OptocatorTM Herstellerangaben hat gezeigt, dass eine Datennäherung das Ermitteln von zufriedenstellenden Profilen ermöglicht, was die Genauigkeit der Randerkennung betrifft.

Auch wenn in diesem Dokument nur die schnellen LMI Selcom OptocatorTM Laserabstandmessgeräte für die Messung von Radprofilen erläutert werden, kann man andere Arten von Profilmessgeräten verwenden, wie die unter [028] beschriebenen optischen Messsysteme oder ein schnelles Laser-Abstandsmessgerät wie ein Gerät von Zoller+Frolich [961], das weiter unten im Rahmen der Messung von Wagenkasten-Begrenzungslinienprofilen angesprochen wird. Wie schon im Text gesagt, beschränkt sie die Verwendung von Radprofilmessungen nicht auf die Fahrzeugidentifizierung. Im Zusammenhang mit den obigen Angaben zu den Fehlern bei der Radtransiterkennung, kann der Raddurchmesser auch innerhalb des Systems für die Korrektur von Radsensordaten mit Bezug auf die Hysterese verwendet werden. Die Messung der absoluten Seitenposition der Räder von den entsprechenden Radprofilen kann benutzt werden, um die Schätzung von abnormalen Wärmebedingungen in achsbezogenen Komponenten zu verbessern, die unten im Dokument beschrieben ist, sofern das relevante Abtastgeräte für Wärmestrahlung nah genug am Radprofildetektor installiert ist.

Die Installation eines schnellen Profilsensors wie LMI Selcom OptocatorTM auf ähnliche Weise wie in und auf einer Höhe und in einem Winkel, die für die Durchführung von Messungen auf der durchschnittlichen Mittelhöhe der Pufferung von Schienenfahrzeugen geeignet sind, kann ein Signal liefern, dass zur genauen Bestimmung der Längspositionen der Pufferungsschnittstelle dienen kann. Lasergeräte für Abstandsprofile können auch auf anderer Höhe installiert werden, um eine genaue Datenserie zu erhalten, die bei der Erkennung von Drehgestellen oder anderen Merkmalen von Schienenfahrzeugen verwendet werden kann.

Radprofilsensoren wie LMI Selcom OptocatorTM-Einheiten könnten mit hervorragenden Ergebnissen auch als Radsensoren eingesetzt werden, doch der Anmelder legt großen Wert darauf, ihre Installation auf eine oder zwei Aspekte für die Radprofilermittlung und möglicherweise der Ermittlung anderer Profile im unteren Fahrzeugbereich zu beschränken, vor allem wegen der Kosten und wegen gewissen Installationsaspekten.

5.4 Primäre Fahrzeugidentifizierungsprozedur

zeigt ein vereinfachtes Fluss-Diagramm einer Softwareanwendung, das eine schnelle und wirksame Identifizierung von Schienenfahrzeugen ermöglicht, ohne dafür irgendeine Art von aktiver oder passiver Markierung irgendeines Fahrzeugs zu benötigen, und ohne Informationen über die Zugbildung von anderen Bahninformationssystemen zu erhalten. Diese Anwendung entspricht der „primary vehicle identification" gemäß 234 in .

Die primäre Fahrzeugidentifizierung (hier „VI") kann bei der Eingangsbox 369 ("BEGIN") beginnen, sobald einige Daten der Radsatzsensoren, die z.B. etwa 20 m des Zuges entsprechen, übernommen und in Form einer geeigneten Datenstruktur der Software der VI-Prozedur selbst zum Lesezugriff übermittelt wurden. Die Daten der Radsensoren können auf verschiedene Weisen vorbereitet und durch unterschiedliche Techniken aufgegriffen werden. Auf jeden Fall kodifizieren sie die Radsensordaten (hier "WTD" für wheel transit data) im Zeitformat, das mit einem bestimmten Radsensor oder einem Radsensorpaar sowie einer Seriennummer assoziiert wird, die den Radsätzen in der Reihenfolge entspricht, in der sie durch die entsprechenden Sensoren oder Sensorpaare erkannt wurden. In der Erörterung von wurde davon ausgegangen, dass der Lese- und Verwaltungsprozess der vom System übernommenen Daten durch andere Prozesse erfolgt, die an anderen Stellen im Dokument angesprochen werden, und dass andere Prozesse für das Erzeugen von Fahnen, die das Ende der Zugabtastung anzeigen, oder von Ausnahmen, so wie das Anhalten des Zugs oder das Fahren bei einer unter der Mindestgrenze liegenden Fahrgeschwindigkeit durch das SMI, zuständig sind. Das Abbrechen der Prozedur aufgrund von abnormalen Ereignissen oder Diagnostik-Hinweisen sowie die bei Fehlern auszuführenden Aktionen sind in den Kommentaren unten zu nicht angesprochen.

Die wichtigste VI-Anwendung kann allgemein als eine Prozedur betrachtet werden, die progressiv erkannte Radsätze Fahrzeugen zuordnet, die definiert und schließlich als identifiziert oder nicht identifiziert klassifiziert werden. Die LDF und WSD solcher Fahrzeuge werden in der primären VI-Prozedur berechnet und verwendet und stellen ein Output dar, das von anderen Anwendungen im System benutzt wird. Der Begriff „vorheriges Fahrzeug" (hier „PV" für previous vehicle) bezeichnet das Fahrzeug, dem die VI-Prozedur zuletzt ein Radsatz zugeordnet hat. Box 371 ("ist PV ein IV?") bezieht sich auf eine Verzweigung je nach dem, ob das PV ein identifiziertes oder nicht identifiziertes Fahrzeug ist. In dem speziellen Fall, in dem die VI-Prozedur von Box 369 her begonnen wird, existiert kein vorheriges Fahrzeug und die Anwendung läuft weiter zu Box 373 ("get WTD"). Wenn dagegen ein vorheriges Fahrzeug existiert und identifiziert wurde, werden die Daten zur Position seiner Puffer, wenn anwendbar, bei Schritt 372 ("get PV BID") aus der Fahrzeugdatenbank abgefragt ("BID" steht hier für "Buffers Information Data"). Solche BID enthalten vorzugsweise mindestens die Längskoordinaten basierend auf dem Fahrzeug der Puffergrenzen.

Schritt 373 entspricht dem Lesen der Radtransit-Zeitdaten für eine Reihe von Radsätzen. Eine günstige Wahl ist das WTD-Lesen für zwei nicht zugeordnete Radsätze und für die zwei vorherigen zugeordneten Radsätze, wobei offensichtlich das erste Fahrzeug ausgeschlossen ist.

Man kann jedoch die Prozedur des ersten WTD-lesen für eine verschiedene Zahl von Radsätze anpassen. Das WTD-Lesen hängt natürlich von der Verfügbarkeit der Daten von Radsensoren ab und daher wird, falls nötig, ein Wartezyklus geschaltet, bis die Daten zur Verfügung stehen oder bis eine Ausnahmeflagge ausgegeben wird. Der Anmelder stellt klar, dass der Begriff „Lesen" für Box 373 und andere in im Kommentar von genannte Boxen nicht streng das Übermitteln von Daten an die Anwendung ausdrückt, sondern, noch allgemeiner, dass die entsprechenden Daten für die Verwendung innerhalb der Prozedur zur Verfügung stehen, wobei ein Teil der Daten eventuell schon zu einem früheren Zeitpunkt gelesen wurde. Box 375 ("cmp LDF und WSD") entspricht der Ausführung der Berechnung von LDF und WSD basierend auf der oben beschriebenen Vorgehensweise. Die Eingabedaten für diese Berechnungsprozedur umfassen die Daten für nicht zugeordnete Radsätze bei Berücksichtigung, sofern anwendbar, der Daten von mindestens der zwei letzten Radsätze des vorherigen Fahrzeugs. Der Anmelder zieht es vor, dass in Anbetracht der obigen Angaben geeignete Unsicherheitswerte den Radsensordaten zugeordnet werden und, vor allem, dass eine angemessene Unsicherheit den Radsatzdaten des vorherigen Fahrzeugs wegen des Spiels der Pufferung zugeordnet wird.

Die Verzweigung von Box 376 ("BPD x ?") hängt von der Existenz der Pufferprofildaten (hier "BPD") ab. Wenn die BPD verfügbar sind, werden sie bei Box 377 ("proc BPD") gelesen und verarbeitet, um mindestens eine Endpufferschnittstelle zu identifizieren und ihr einen Längsabstand von der entsprechenden Radgruppe des Fahrzeugs, das bei dieser Identifizierung analysiert wird, zuzuordnen. Die Analyse der BPD verwendet die bei Box 375 berechnete LDF und erstreckt sich auf eine Datenserie, die einem Wert entspricht, der um eine vorgegebene Spanne die maximale Fahrzeuglänge überschreitet. Es ist natürlich möglich, dass aufgrund von Messstörungen keine Pufferschnittstelle gefunden wird, oder, noch häufiger, dass diese nicht existiert, so wie im Falle von Sattelschleppern auf Gelenkdrehgestellen oder bei bestimmten Passagierfahrzeugen.

Ein als „Kandidat" geeignetes Fahrzeugmodell (hier "CVM" für Candidate Vehicle Model") ist ein Fahrzeugmodell, das möglichst einem Fahrzeug entspricht, dessen Modell noch nicht identifiziert wurde. Eine Liste dieser Fahrzeugmodelle (hier "CVML" für Candidate Vehicles Models List) wird bei Box 378 ("cre/upd CVML") erstellt, wenn die Box 374 nicht betreten wurde, nachdem die Box 373 das letzte Mal betreten wurde. Andersherum, wenn die Box 378 nach einem Eintritt in Box 374 betreten wird, nachdem die Box 373 zuletzt betreten wurde, dann wird die Liste aktualisiert, so wie weiter unten erläutert wird. Kandidatenfahrzeuge werden in die Liste aufgenommen auf Grundlage der Radsatzabstände WSD und der Pufferpositionen, sofern diese bei Box 372 oder Box 377 zur Verfügung gestellt wurden. Die CVM werden unter dem Gesichtpunkt der übereinstimmenden Radsatzabstände WSD sowie der Pufferabstände, sofern anwendbar, gewählt, und dabei werden die Unsicherheiten dieser Werte mit berücksichtigt. Die Suche nach Fahrzeugen, die mit den entsprechenden WSD, und möglichst mit den Pufferabständen kompatibel sind, wird anhand der Verwendung einer Datenstruktur durchgeführt, die hier "CVMSD" (für "Candidate Vehicle Models Selection Dataset) genannt wird. Der Inhalt von CVMSD ist eine Untergruppe des Inhalts der Fahrzeugdatenbank und kann auf viele verschiedene Weisen organisiert werden, um die Schaffung von CVML oder eine Aktualisierung wirksam durchzuführen, und zwar durch Verwendung des entsprechenden effizienten Algorithmus. Für die Fahrzeuge ohne eine Symmetrie der Radsatzpositionen, und sofern anwendbar auf ihre Pufferabstände, bezogen auf die Ebene, die auf ihrer halben Länge liegt, kann man zwei Datenserien im CVMSD haben, die jeweils den unterschiedlichen Abtastrichtungen entsprechen, oder nur eine Datenserie, und dann werden die Daten von beiden Fahrzeugenden her gesucht. Ein übereinstimmender Wert kann an diesem Punkt jedem Mitglied von CVML zugeordnet werden, d.h. basierend auf der Summe der Quadratdifferenzen zwischen tatsächlichen Radsatz-Abstandswerten und den CVMSD-Werten. Solche quantifizierenden Übereinstimmungswerte können in weiteren Schritten der VI-Anwendung verwendet werden, um die Kandidatenmodelle zu sortieren. In dem Ausnahmefall, dass kein Kandidatenmodell während der Erstellung der CVML auf Basis der zwei ersten nicht zugeordneten Radsätze gefunden wird, empfiehlt es sich, nur die erste Radgruppe zu berücksichtigen und die CVML bleibt leer.

Die Verzweigung der Box 379 ("CV w + WS?") zu Box 374 ("WTD abrufen") erfolgt, wenn mindestens ein Kandidat in der CVML mit mehr Radsätzen als diejenigen, deren Daten bereits berücksichtigt wurden, existiert. Die Verzweigung zu Box 374 würde nicht erfolgen, wenn z.B. das befragte Fahrzeug ein langer Sattelschlepper auf einem doppelachsigen Gelenkdrehgestell ist, oder wenn das Fahrzeug ein langes doppelachsiges Schienenfahrzeug ist. Die Box 374 zeigt das Lesen von weiteren nicht zugeordneten Radsatz-Transitdaten an, so wie bereits bei Box 373, und diese weiteren Daten werden dann bei Box 375 in einer weiteren Berechnung von LDF und WSD verwendet, die einer höheren Radsatzzahl entsprechen. Der Grund hierfür ist, das LDF und WSD in der Regel genauer für ein vierachsiges Fahrzeug sind, wenn alle Radsätze berücksichtigt werden, und nicht nur für doppelachsige Fahrzeuge. Nach der Rückkehr zu Box 375 von Box 374 im momentanen Fahrzeugidentifizierungsprozess, können die Prozesse von Box 377 übersprungen werden, oder sie können noch einmal für die LDF-Ergebnisse für mehrere Radsätze ausgeführt werden. Der Prozess von M nach der Addition von weiteren Radsätzen stellt eine Aktualisierung der CVL dar, bei der die vorherigen widersprüchlichen Kandidaten durch neu berechnete WSD, entsprechend der Radsatzzahl, aussortiert werden.

Box 380 ("get CVM IDS") entspricht dem Laden aus der Fahrzeugdatenbank, oder aus einer reduzierten speziell geschaffenen Fahrzeugdatenbank, der kompletten Identifizierungsdatensätze (hier "IDS" für Identification Data Set) der Fahrzeuge, die in der aktuellen CVML stehen. Die Identifizierungsdatensätze können auf verschiedene Weisen arrangiert werden und können allgemein als eine Sammlung spezifischer Fahrzeugmerkmale definiert werden, die von den VI-Anwendungen zur Wahl des korrekten Fahrzeugidentifizierungsmodells aus der Kandidatenliste verwendet werden können. Die erforderlichen Informationen, die in den IDS enthalten sind, hängen davon ab, welche optischen Sensoren im System installiert sind und welche Algorithmen im Fahrzeugidentifizierungsprozess verwendet wurden. Es ist auch möglich, die ISD nicht bei Box 380 bzw. nur einen Teil der IDS abzurufen und dann die IDS-Informationen und Daten zu verschiedenen späteren Zeitpunkten im Fahrzeugidentifizierungsprozess abzurufen. Wenn Radprofildaten verfügbar sind, verweist die Box 382 ("WPD x ?") an Box 383 ("get & proc WPD"), die der Verarbeitung von Radprofildaten entspricht, bei der ungefähre Raddurchmesser und Radkörperprofile erzeugt werden können, die mit den Raddaten der aktuellen Fahrzeugkandidaten übereinstimmen müssen.

Wenn Daten zur Achsbelastung aus der entsprechenden Hardware und Software verfügbar sind, wie weiter unten erörtert ist, dann verweist die Box 385 ("XLL x ?") an Box 386 ("get XLL"), wo die Belastungsdaten abgerufen werden. Die Belastungsdaten der Achsen dienen prinzipiell dazu, zwischen Fahrzeugen wie elektrischen Lokomotiven zu unterscheiden, deren Masse sowie Massenverteilung auf den Achsen fast konstant ist. Außerdem kann man aus der CVML jedes Fahrzeugmodell entfernen, dessen Gewicht unter Berücksichtigung der tatsächlichen Wiegegenauigkeit klar unter dem Mindestgewicht eine Kandidatenfahrzeugs ohne Last oder optionale Ausrüstung liegt.

Die Box 384 ("upd CVML") bezieht sich auf die Aktualisierung der CVML durch Eliminierung derjenigen Kandidaten, die den Übereinstimmungskriterien basierend auf dem Raddurchmesser, den Radkörperprofilen oder Achsbelastungen im Rahmen vorgegebener Toleranzen nicht entsprechen.

Die Verzweigung von Box 381 ("CVM n") basiert auf der Zahl der Mitglieder der aktuellen Kandidatenliste der Fahrzeugmodelle. Wenn mindestens ein Kandidatenmodell existiert, verweist die Box 381 an Box 387, während sie anderswo an Box 395 verweist. Um nicht zu komplex werden zu lassen, wurde eine Box wie 384 beim Austritt aus Box 383 weggelassen und dieselbe Verzweigung von Box 381 wurde nicht nach jedem Prozess angegeben, so wie auch bei 378, der eine CVML erstellt oder ändert.

Die Eigenschaften von Hardware und Software, die Fahrzeugbilder übernehmen und verwalten, werden weiter unten im Dokument angesprochen, wobei die Erörterung der Bilderzeugungsdaten sich auf deren Verwendung im Rahmen der Fahrzeugidentifizierungsprozedur beschränkt. Die Box 387 ("build IMA") entspricht der Vorbereitung von Bildern, die die unverwechselbaren alphanumerischen Markierungen enthalten sollen, die den UIC-Code Merkblättern [057, 058, 059] für Passagier-, Fracht- und Zugfahrzeuge entsprechen.

Auch wenn eine OCR (Optical Character Recognition)-Funktion für alle Bilder des passierenden Schienenfahrzeugs angewandt werden kann, macht die Einschränkung eines solchen Prozesses auf Bereiche, in denen die Präsenz einer solchen Markierung zu erwarten ist, die OCR und die folgenden Erkennungsprozesse effizienter. Folglich werden zur Definition eines eingeschränkten Bereichs am Eingang zum OCR-Prozess die Suchkoordinaten der Markierungsbereiche (hier "MSA" für Marking Searching Areas") aus dem IDS für die Kandidatenfahrzeuge in der aktuellen CVML verwendet. Außerdem ist es vorteilhaft, zur Vermeidung einer multiplen OCR-Verarbeitung einiger Bildbereiche in Bezug auf verschiedene Kandidatenfahrzeuge, dass die MSA für alle aktuellen Kandidatenfahrzeuge sich so überschneiden, dass für jede Fahrzeugseite die Koordinaten von einem oder mehreren Bereichen erzeugt werden (hier IMA für Images of possible Marking Areas), für die der OCR-Prozess angewendet wird. MSA- und IMA-Formen sind vorzugsweise rechteckig, um einige Aspekte des Markierungserkennungsprozesses zu erleichtern. Die entsprechende bei Box 375 berechnete LDF sowie die Eichdaten der Bilderzeugungsgeräte werden verwendet, um die entsprechenden Bildzeiten und die Pixelbereiche, die für die Vorbereitung von IMA abgerufen werden müssen. Die IMA-Vorbereitung kann ein erneutes Testen der abgerufen Pixeldatenanordnung einschließen, um der OCR-Anwendung Bildanordnungen zu liefern, deren horizontale und vertikale Pixelgänge bestimmten vorgegebenen Pixel-Werten in Millimeter entsprechen, die an der Markierungsfläche gemessen werden, unter Annahme eines bestimmten ungefähren Abstands der Fahrzeugoberfläche von diesen Bilderzeugungsgeräten. Alternativ dazu sollten die horizontalen und vertikalen Skalafaktoren von IMA berechnet und der OCR-Anwendung geliefert werden. Bei beiden Vorgehensweisen wird OCR in die Lage versetzt, ungefähre absolute Dimensionswerte für Zeichen und ihre Positionen zu verwenden und zu erzeugen.

Box 388 ("OCR IMA") entspricht der OCR-Verarbeitung von IMA. Bis heute wurden mehrere verschiedene OCR-Methoden und Algorithmen entwickelt und sie werden hier nicht erläutert, da sie Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind und weil eine originale OCR-Technikentwicklung für die vorliegende Anwendung nicht als notwendig erachtet wird. Die Wahl einer geeigneten OCR-TEchnik sollte berücksichtigen, dass die Zeichen, die erkannt werden sollen, einen geringen Kontrast zum Hintergrund haben können, dass ihre Schriftart nicht streng standardisiert ist und dass ihre Größe und Abstände voneinander Mindestwerte haben, doch dass eine beachtliche Wahlfreiheit durch den UIC-Code bei der Markierung von Schienenfahrzeugen gegeben ist. Zusätzlich dazu, ist es wichtig zu berücksichtigen, dass sich die Symbolbilder, die erkannt werden sollen, durch Abnutzung, Altern und Schmutz verändert haben könnten und dass die Bilder eine Reihe von Merkmalen haben könnten, die den beabsichtigten Erkennungsprozess stören können. Der UIC-Code erlaubt wenige andere Formate für die Markierung von Schienenfahrzeugen und daher ist die Zahl das resultierende Symbolmuster beschränkt, was innerhalb der OCR-Prozedur in Betracht gezogen werden kann. Eine vollständige und akkurate Erkennung aller Identifizierungssymbole ist nicht unbedingt erforderlich und der Anmelder zieht es vor, dass der OCR-Prozess ein Output hat, dass ein erkanntes Symbol nur spezifiziert, wenn die Erkennungsunsicherheit sehr niedrig ist und wenn das Symbol bei weniger sicheren Fällen die möglichen übereinstimmenden Symbole enthält, die möglichst mit einer möglichen Wahrscheinlichkeitsschätzung angegeben werden sollten. Die Koordinaten des Symbols sollten auch im Output enthalten sein, damit die Informationen, die die nachfolgenden Prozesse im Fahrzeugidentifizierungsprozess verwenden, möglichst reichhaltig sind. Die Wahl und die Individualisierung der OCR-Anwendung erfordert in der Regel eine Reihe von Versuchen und Nacheinstellungen, die mit einer Reihe von Musterbildern, die auf die aktuelle Weise durch die Systemimplementierung ermittelt wurden, durchgeführt werden. Das angemessene Ausmaß der „Lernfähigkeit" der aktuellen OCE-Anwendung muss ebenso im Rahmen der Entwicklung und/oder Individualisierung des OCR-Softwaremoduls definiert werden.

Die Box 389 ("proc OCRO") entspricht der Verarbeitung der OCR-Output-Daten (hier OCRO für Optical Character Recognition process Output) in Kombination mit den IDS-Informationen, um bei der Fahrzeugkombination eine sehr hohe Erfolgsrate zu erreichen, sowie eine sehr niedrige Häufigkeit von falschen Identifizierungen und eine relative kurze Verarbeitungszeit. Dieses Modul kann auf viele verschiedene Weiten konzipiert werden und kann vor allem verschiedene Kombinationen von Methoden, Algorithmen und heuristischen Techniken verwenden. Der Anmelder zieht es daher vor, die Erörterung des Prozesses von Box 389 auf eine Reihe von Bemerkungen und nicht vollständige mögliche Techniken oder Teile von Algorithmen zu beschränken, und den entsprechenden Ingenieuren das Design des Moduls zu überlassen. Eine erste Anmerkung zur Softwareanwendung von 389 ist, dass nur die Mitglieder der CVML als Kandidaten für die Übereinstimmung von erkannten UIC-Markierungssymbolen in Betracht gezogen werden dürfen. Eine zweite Anmerkung ist, dass das Hauptziel des gesamten Fahrzeugidentifizierungsprozesses die Erkennung des Schienenfahrzeugmodells ist, während die anderen in der UIC-Markierung von Schienenfahrzeugen vorkommenden Informationen, so wie der Operator des Schienenfahrzeugs oder die unverwechselbare Seriennummer, dank derer ein bestimmtes Teil in einer Flotte des entsprechenden Operators erkannt werden kann, wohl für einige Wertzuwachsfunktionen, die aus der Integration resultieren, nützlich sein können, doch für das Erreichen der Hauptziele des Systems nicht unbedingt erforderlich sind. Eine dritte Anmerkung ist, dass die UIC-Markierung auf beiden Seiten des Schienenfahrzeugs vorhanden sein muss, und dass eine unvollkommene Erkennung eines Teils einer UIC-Markierung auf einer Seite durch di OCR-Ergebnisse der anderen Seite ergänzt werden kann, und dies auch, wenn auch diese zweite Markierung unvollständig ist. Eine der möglichen Vorgehensweisen, die der Anmelder für den Prozess von Box 389 erwägt, basiert auf einer sequentiellen Betrachtung der Mitglieder der CVML. Ein oder mehrere Symbolmuster für ein bestimmtes Kandidatenfahrzeug können in den IDS als bereits geladene, einsatzbereite Informationen gefunden werden, oder sie können aus der IDS-Information zusammen mit den geltenden Regeln, die leicht aus den UIC-Markierungs-Merkblättern entnommen werden können, entnommen werden. Dann kann man nach einer Übereinstimmung der OCRO-Daten beider Fahrzeugseiten mit solchen Mustern suchen. Die Identifizierung zusätzlicher variabler Symbole für eine vollständige Erkennung des UIC-Codes kann danach erfolgen, weiterhin basierend auf den OCRO-Daten für beide Seiten, wobei die Vereinfachungen durch die bereits erfolgte Zuteilung von nicht variablen Symbolen und durch die Kombination ihrer Positionen mit den beschränkten Platzierungsmöglichkeiten der variablen Symbole gemäß der möglichen Muster genutzt werden können. Das Kontroll-Symbol der UIC-Markierung kann für die Validation der früheren Symbole und für die Aussortierung bestimmte Symbolkombinationen genutzt werden, die möglicherweise von der Erkennungsunsicherheit eines oder mehrerer Zeichen herrühren. Durch die Verwendung einiger standardmäßiger Techniken für Künstliche Intelligenz kann solch ein Prozess für jeden Fahrzeugmodellkandidaten als heuristische Suche im kombinatorischen Problemraum organisiert werden, wo die heuristischen Regeln die vorbereitende Organisation der OCRO-Daten betreffen können. Fuzzy Logic und Wahrscheinlichkeitsschätzungen können ebenfalls in der Erkundung des Problemraumes genutzt werden. Die Anwendung eines relativ schnellen und groben Lösungsfindungsprozesses für die Übereinstimmung der OCRO mit jeder Kandidatenidentität vor dem Durchführen von hochentwickelten oder zeitaufwändigen Alternativen kann eine gute Wahl sein, da die Wahrscheinlichkeit, dass die Aufgabe wegen eines sehr unvorteilhaften OCRO sehr komplex ist, relativ niedrig ist. Ein Beispiel, wie man den obigen Prozess besonders schnell machen und dabei den Großteil seiner Effizienz beibehalten kann, ist, die erste Suche nach nicht variablen Zeichensequenzen auf fast-horizontale Sequenzen zu begrenzen, die in korrekter Reihenfolge alle oder alle bis auf einen der nicht variablen Zeichen für jede Fahrzeugseite enthalten, während man Grenzen für die Zeichengröße und den Zeichenzwischenabstand setzt. Der Anmelder schlägt allgemein vor, die Lösungsfindungsfähigkeiten auf die Anwendung von Box 389 zu begrenzen, so dass die entsprechende durchschnittliche und maximale Verarbeitungszeit verkürzt wird und somit die primäre Fahrzeugidentifizierungsprozedur nicht verlangsamt, die so schnell wie möglich ein Output erzeugen soll, das für die anderen Systemprozesse einen vitalen Input darstellt. Bei dieser Vorgehensweise wird die Häufigkeit von Fahrzeugen, die in dieser ersten Stufe nicht identifiziert werden, zunehmen, aber dies würde lediglich die Zahl der Fälle, die der zweiten VI-Anwendung, die weiter unten angesprochen wird, unterzogen werden. Die Kriterien zur Feststellung der ausreichenden Sicherheit einer Fahrzeugidentifizierung sind natürlich für den Prozess von Box 389 definiert, und der Anmelder schlägt vor, diese streng zu beachten, da die Definition eines nicht identifizierten Fahrzeugs auf der primären VI-Stufe einer falschen Identifizierung klar vorzuziehen ist.

Die wichtigsten Ergebnisse der primären VI-Prozedur, d.h. LDF-Serien, die Zuordnung von Radsätzen zu Fahrzeugen und die Identifizierungen von Fahrzeugmodellen, können in einer Reihe von verschiedenen Datenstrukturen angeordnet werden, deren Design einigen einfachen Anforderungen und wünschenswerten Eigenschaften gerecht werden sollte, so zum Beispiel die Einfachheit der Verwendung in den verschiedenen anwendbaren Systemprozessen, während die Datenerfassung oder der VI-Prozess noch im Gang sind, sowie die Kompatibilität mit den Funktionen einer sekundären VI-Prozedur, die mehr als ein Fahrzeug aus einer Gruppe von aneinander liegenden Radsätzen definieren können, die in der primären Identifizierungsprozedur einem nicht identifizierten Fahrzeug zugeordnet wurden. Ein möglicher Weg zur Organisation dieser Ergebnisse während ihrer sequenziellen Erzeugung ist eine Liste, in der jedes Element eines Radsatzes in der Reihenfolge der Entdeckung während des Zugabtastens entspricht und Anzeiger enthält, die auf andere Datenstrukturen verweisen, in denen Informationen zu Fahrzeugen, die identifiziert oder nicht identifiziert sein können, direkt oder indirekt zugänglich ist. Es kann auch praktisch sein, die Liste der Radsätze mit einem Wert zu kennzeichnen, der angibt, ob das entsprechende Fahrzeug identifiziert wurde, oder nicht.

Wenn der Prozess von Box 389 eine sichere Fahrzeugidentifikation erreicht, öffnet sich die Verzweigung von Box 390 ("VI OK?") zu Box 391 ("flag IV"), d.h. das identifizierte Fahrzeug wird gekennzeichnet und die entsprechende Radgruppe wird diesem IV zugeordnet und die entsprechenden Daten werden in die Fahrzeugdatenstruktur oder -strukturen geschrieben, sofern anwendbar, wie oben beschrieben. Nicht identifizierte Fahrzeuge entsprechen schließlich einer Radsatzserie, für die die primäre VI-Prozedur keine sichere Identifizierung zuordnen konnte. Ein neues nicht identifiziertes Fahrzeug wird als Ergebnis einer nicht erfolgen Zuordnung einer Radgruppe zu einem identifizierten Fahrzeug „erschaffen", vorausgesetzt, dass das vorherige Fahrzeug identifiziert wurde, oder im speziellen Fall eines Zuganfangs. Wenn dagegen das vorherige Fahrzeug ein nicht identifiziertes Fahrzeug ist, werden alle oder einige der nicht zugeordneten Radsätze, die nicht einem identifizierten Fahrzeug zugeordnet werden konnten, dem vorherigen nicht identifizierten Fahrzeug zugeordnet. Die Box 395 ("is PV an UV") wird von Box 381 erreicht, wenn die CVML leer ist, bzw. von Box 390, wenn der Prozess von Box 389 keine sichere Fahrzeugmodellidentifizierung erreichen konnte. Wenn das vorherige Fahrzeug nicht unidentifiziert war, führt die Verzweigung von Box 395 zu Box 396 ("cre UV"), wo die Schaffung eines neuen nicht identifizierten Fahrzeugs erfolgt, bevor man weiter zu Box 397 ("add WS to UV") gelangt. Alternativ, wenn das vorherige Fahrzeug ein nicht identifiziertes Fahrzeug war, führt die Verzweigung von Box 395 direkt zu Box 397, wo alle oder einige der Radsätze, die nicht zu einem identifizierten Fahrzeug zugeordnet werden konnten, dem entsprechenden unidentifizierten Fahrzeug zugeordnet werden.

Es ist besser, wenn die tatsächliche Zahl der bei Box 397 zuzuordnenden Radsätze eine sichere Mindestzahl ist, da, wenn die nicht zugeordneten Räder, die einem unidentifizierten Fahrzeug bei Box 397 zugeordnet werden, nicht zu dem gleichen tatsächlichen Fahrzeug gehören, sondern teilweise zu einem führenden Fahrzeug und teilweise zu einem Endfahrzeug gehören, so wird das Hinterherlaufen einer dieser beiden Fahrzeuge an diesem Punkt nicht identifiziert. Daher kann die Zahl der Räder, die einem vorherigen unidentifizierten Fahrzeug zugeordnet werden, auf eins oder eine Zahl beschränkt werden, die als eine Funktion der in Betracht gezogenen WSD definiert werden kann, wobei die Regeln, die auf den Kombinationsgrenzen für Radsätze in der existierenden Schienenfahrzeugbevölkerung beruhen, gelten.

Bei Austritt aus Box 397 führt die Verzweigung von Box 398 ("WS left?") zur Box 371, wenn noch weitere nicht zugeordnete Radsätze berücksichtigt werden müssen. Wenn dagegen keine nicht zugeordneten Radsätze mehr existieren, so wird das aktuelle unidentifizierte Fahrzeug bei Box 399 ("flag UV") gekennzeichnet und die primäre VI-Prozedur endet bei Box 370 ("END").

Bei Austritt aus Box 391 führt die Verzweigung von Box 392 ("is PV an UV?") zu Box 393 ("flag UV"), wenn das vorherige Fahrzeug ein unidentifiziertes Fahrzeug war, da einem solchen Fahrzeug keine Räder mehr zugeordnet werden. Wenn dagegen das vorherige Fahrzeug identifiziert wurde, so führt Box 392 zu der Verzweigung von Box 394 ("WSD left?"), die auch beim Austritt aus Box 393 erreicht wird. Wenn noch mehr Radsätze zugeordnet werden müssen, führt die Verzweigung bei Box 394 zu Box 371; andernfalls endet die primäre VI-Prozedur bei Box 370.

Fachleuten ist klar, dass die oben beschriebene primäre VI-Prozedur auf verschiedene Weisen formuliert oder mehr oder weniger verändert werden kann, z.B. indem man eine andere detaillierte Prozedur für die Erstellung der Kandidatenfahrzeugliste verwendet. Im Einzelnen ist es auch möglich, Regeln zu erstellen, die die Suche nach CVML-Elementen durch die Erkennung von bestimmten Mustern in nicht zugeordneten Radsatzabständen erleichtern. Der Anmelder möchte betonen, dass die primäre VI-Prozedur schnell und zuverlässig sein sollte, um die Zeit für die Kennzeichnung von identifizierten Fahrzeugen auf ein Minimum zu reduzieren, damit die anderen weiter unten beschriebenen Systemanwendungen ihre Prozesse für die individuellen Fahrzeuge, deren Model identifiziert wurde, beginnen können.

Aus den in der Einführung des Dokuments genannten Gründen, verwendet die oben beschriebene VI-Prozedur keinerlei Identifizierungstechnik, die Kennzeichnungen erforderlich macht, und keine Informationssysteme, die heute nur für einige Schienenfahrzeuge oder Züge oder Bahn-Infrastrukturen verfügbar sind. Es ist jedoch möglich, und kann praktisch sein, solche zusätzlichen Informationsquellen in das System zu integrieren. Zum Beispiel, wenn Radiofrequenz-Kennzeichnungen in einem bedeutenden Teil des eine Systeminstallation passierenden Schienenfahrzeugs installiert werden, so können das oder die entsprechenden Lesegeräte installiert werden und die Kennzeichnungsdaten können leicht in einer geänderten Version der primären VI-Prozedur verwendet werden, die jedoch grundsätzlich für die Fahrzeuge, die nicht gekennzeichnet sind, gleich bleibt. Es ist auch möglich, dass das System Zugzusammensetzung vom Zug selbst oder durch ein Informationssystem erhält, das diese Informationen zur Zugzusammensetzung selbst hat oder anderswo abruft. Auf jeden Fall hält es der Anmelder für empfehlenswert und nützlich, dass die in diesem Dokument beschriebenen Erkennungsprozesse zumindest teilweise auch für Schienenfahrzeuge durchgeführt werden, dass eine Identifizierung durch Kennzeichnungen oder andere Informationssysteme gegeben ist, da eine fehlende Übereinstimmung mit einer sehr zuverlässigen Messung wie den Radsatzabständen Unfälle oder bösartige Tatsachen aufdecken kann. So ist es zum Beispiel möglich, auf diese Weise Unstimmigkeiten in der Zugzusammensetzung zu erkennen, die auf einem Problem am Rangierbahnhof beruhen, oder auch Fälschungen bei der Fahrzeugmarkierung, seiner Kennzeichnung und Aufzeichnung. Natürlich würde in solchen Fällen einer falschen Identifizierung eine Nachricht erstellt, die an die entsprechenden Fernkontrollzentren oder Informationssysteme gesendet würde.

5.5 Sekundäre Fahrzeugidentifizierungsprozedur

Die durch Box 235 in begonnene sekundäre Fahrzeugsidentifizierungsprozedur dient dem Versuch, die Fahrzeuge, die durch die primäre Fahrzeugidentifizierungsprozedur als nicht identifiziert gekennzeichnet worden waren, zu identifizieren. Die sekundäre VI-Prozedur kann bei der Identifizierung Erfolgschancen haben, da sie mehr Zeit zur Lösung komplexer Fälle hat, und da zusätzliche Messungen und zusätzliche Informationen aus der Fahrzeugdatenbank verwendet werden können, die bei den Prozessen der primären VI-Prozedur nicht berücksichtigt worden waren. In der bevorzugten Implementierung des Verfahrens wird keine Identifizierung durch die sekundäre VI-Prozedur für ein unidentifiziertes Fahrzeug versucht, wenn die entsprechende CVML beim Austritt aus der CVML-Erstellung oder beim Aktualisierungsprozess wie bei Box 378 oder 384 von leer war. Diese Fahrzeuge werden hier „unbekannte Fahrzeuge" genannt, da kein anwendbares Kandidatenmodell in der Gruppe der dem System durch seine Fahrzeugdatei bekannten Fahrzeugmodelle zu finden war, auf der Grundlage der fundamentalen Informationen über diese, d.h. Radsatzabstände und möglicherweise Pufferpositionen, Radeigenschaften und Radsatzlast. Der offensichtlichste Grund, warum ein Fahrzeug in die Kategorie der unidentifizierten Schienenfahrzeuge fallen kann, ist das Fehlen relevanter Informationen in der Fahrzeugdatenbank und das Vorhandensein von einem oder mehreren Fehlern für das entsprechende Fahrzeugmodell in der Fahrzeugdatenbank. Der Anmelder zieht es vor, die sekundäre VI-Methode basierend auf der Aussortierung von Kandidatenidentitäten zu verwenden, die den anwendbaren Erkennungsmerkmalen nicht entsprechen. Es können auch Regeln oder Wahrscheinlichkeitsschätzungen des Unsicherheitsgrades der sekundären VI-Prozedur verwendet werden. Es ist besser, wenn zwei Identifizierungsstufen für die sekundäre VI-Prozedur definiert werden. Die erste Identifizierungsstufe entspricht der Wahl nur eines Kandidaten für die Fahrzeugdatenbank und der Übereinstimmung von OCRO-Daten von beiden Fahrzeugseiten, so dass alle auf das Modell bezogenen Markierungen identifiziert werden. Die zweite und niedrigere Identifizierungsstufe entspricht der Wahl eines Kandidaten nur ohne Nicht-Übereinstimmungen mit anwendbaren Erkennungsmerkmalen, doch ohne eine positive Übereinstimmung aller Markierungssymbole, die sich auf das Modell beziehen. Die Identifizierungsstufe kann in einigen Prozeduren des weiter unten beschriebenen Verfahrens angewandt werden. Identifizierungsdaten durch elektronische Kennzeichnungen oder Informationen zur Zugzusammensetzung von externen Systemen können an diesem Punkt zur Passage der Fahrzeugidentifizierung von der ersten zur zweiten Stufe verwendet werden, wenn die OCRO-Daten zu keinem Ergebnis führen.

Bestimmte geometrische Merkmale können in der sekundären VI-Prozedur zur Aussortierung von Kandidatenidentitäten und zur Erhöhung der Validationssicherheit für einen oder mehrere Kandidaten verwendet werden. Die für diesen Zweck zu verwendenden geometrischen Merkmale sind in der Fahrzeugdatenbank gespeichert und können zum Großteil den Merkmalen entsprechen, die weiter unten im Dokument verwendet werden, um die Position und die Orientierung im Zeitverlauf des Wagenkastens zu bestimmen. Das Vorhandensein dieser Merkmale für das zu bewertende Fahrzeug erfordert, dass die Fahrzeugdaten von den Sensoren der Bilderzeugungsgeräte und den dreidimensionalen Messgeräten abgerufen und mit der LDF verarbeitet werden, so wie weiter unten erläutert wird. Bei einer Fehlanpassung der einzigen Identität eines Fahrzeugs, die man zuordnen könnte, und einem anwendbaren Erkennungsmerkmal führt zur Klassifizierung des Fahrzeugs als unbekannt, d.h. so wie die Fahrzeuge, für die in der Fahrzeugdatenbank keine Kandidaten gefunden wurden, siehe oben.

5.6 VIS- oder NIR-Bilderzeugung von Fahrzeugen

Wie bereits oben erklärt und auch weiter unten im Dokument erörtert, werden Bilder von Schienenfahrzeugen in sichtbaren (VIS) oder fast-infrarot (NIR)-Bündeln des elektromagnetischen Strahlungsspektrums im Verfahren für verschiedene fundamentale oder optionale Zwecke verwendet, einschließlich für das Lesen der unverwechselbaren UIC-Fahrzeugmarkierungen, für das Lesen anderer Markierungen von Kombitransportfahrzeugen, Schleppern oder Containern, für das Lesen von Schildern mit Codes für Gefahrenguttransporte, für das eindeutige Erkennen von Fahrzeugmerkmalen, für die Bestimmung der Fahrkurve von Wagenkästen und für das Aufzeichnen von Fahrzeugbildern, die an Fernkontrollzentren und/oder andere Informationstechnologiesysteme gesandt werden können. Das Untersystem für die Ermittlung von VIS- und/oder NIR-Bildern von Fahrzeugen muss für das Aufzeichnen von Bildern geeignet sein, deren Auflösung und Kontrast für die o.g. Zwecke unter allen anwendbaren Arbeitsbedingungen und besonders unter allen Wetterbedingungen, bei allen natürlichen Lichtverhältnissen und für den gesamten Zuggeschwindigkeitsbereich, der für die Systemoperationen angegeben ist, geeignet ist.

Die Positionierung der Bildausrüstung für alle geplanten Systemanwendungen und die Beachtung der Sicherheitsvorschriften für die unterschiedlichen Beleuchtungen von Reisezügen und Zug-Crews sind zwei weitere wichtige Aspekte, die bei der Wahl der Bildsensoren und der Beleuchtungsgeräte berücksichtigt werden müssen.

Die strengsten Anforderungen für die digitale Bildauflösung werden durch die Verwendung von Bildern als Input für den OCR-Prozess gestellt. Die tatsächliche Wahl der Bild-Hardware basiert jedoch nicht einfach auf der kleinsten Bildzeichengröße, ausgedrückt in Pixeleinheiten, sondern es hängt von der tatsächlichen MTD (Modulation Transfer Function) des Bilderzeugungsgeräts, von den Eigenschaften der OCR-Algorithemen und von den Merkmalen der zu erkennenden Zeichen ab. Auch wenn die Eignung der Bilderzeugungs- und Beleuchtungsgeräte von erfahrenen Fachleuten auf Grundlage ihrer Kenntnisse und Erfahrungen schnell bewertet werden kann, empfiehlt der Anmelder, die Bilderzeugungs- und Beleuchtungsgeräte nach ihrem Feldtest unter den tatsächlichen Arbeitsbedingungen und unter Berücksichtigung einer großen Zahl von Schienenfahrzeugen zu wählen. Einige Teilinfomationen und eine Erörterung werden dennoch weiter unten über die Untersysteme zur Ermittlung der VIS- oder NIR-Fahrzeugbilder gegeben. Linienkameras, d.h. Bilderzeugungsgeräte bei denen eine Linie von Photosensoren anstatt der zweidimensionalen Anordnung von Photosensoren verwendet wird, werden in Anwendungen mit automatischer Vision oft eingesetzt, wo das Bildziel eine gleichmäßig Bewegung vor dem Sensor ausführt, so wie im Falle von Gegenständen auf einem Förderband. Geräte für die lineare Bilderzeugung wurden bereits mit Erfolg für die Aufzeichnung von Straßen- und Schienenfahrzeugen [065, 066] eingesetzt und sie sind auch für die Implementierung des Systems sehr attraktiv. Einer der offensichtlichsten Vorteile in diesem Fall ist die Erzeugung eines einzelnen andauernden Bildes entlang einer Bewegungsrichtung anstatt einer Serie von zweidimensionalen Bildern, die komplex sind und nicht in ein zusammengesetztes Bild eingefügt werden können. Daher ist es nicht nötig, die Bilderfassung mit dem Vorhandensein bestimmter Objekte im Sichtfeld des Bilderzeugungsgeräts synchron zu schalten. Lange Objekte, die sich über die Bewegungsrichtung hin ausstrecken, können ohne Diskontinuitäten abgebildet werden. Weitere Vorteile liegen in der Reduzierung des zu beleuchtenden Bereichs, in der Möglichkeit großer Einsparungen bei der Übertragungsrate und der Gesamtgröße der unbearbeiteten Bilddaten sowie im einfacheren Schutz der notwendigerweise frei liegenden Teile des Geräts (z.B. die Linse) vor atmosphärischen Einflüssen und vor direktem Sonnenlicht. Die obigen Vorteile sind auch mit Grund dafür, dass der Anmelder die lineare Bilderzeugung vorzieht, die in der weiter unten vorgestellten Erörterung der besten Anwendung dieser Erfindung verwendet ist, auch wenn das System auch unter Verwendung von Bilderzeugungskameras für Bereiche implementiert werden kann.

und zeigen einen vertikalen und einen horizontalen Ausschnitt des passierenden Fahrzeugs, das durch einen Satz von zehn Linienkameras 440, 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447, 449 und 450 aufgezeichnet wird. Die Ebene für die lineare Bilderzeugung, d.h. die Ortskurve der Punkte, die in verschiedenen Abständen von der Kamera abgebildet werden, ist im Beispiel von

vertikal und die Bilderzeugungsgeräte haben in der horizontalen Ebene eine Nullneigung (der Begriff "Bilderzeugungsebene" wird hier verwendet, auch wenn rein geometrisch gesehen, diese Ortskurve nicht in einer Ebene liegt, sondern eine finite Stärke hat und daher eher einer Klinge ähnelt). In der Praxis sind diese beiden Bedingungen für die Systemimplementierung nicht erforderlich, auch wenn es sich empfiehlt, diese genau abzustimmen und bei der Eichung eine geringe Abweichung der entsprechenden Winkel zu kompensieren, so wie weiter unten im Dokument erläutet ist. Die Linienkameras, die für die Aufzeichnung der Seiten des Schienenfahrzeugs positioniert sind, so wie die mit den Nummern 440 bis 447 in bezeichneten, werden hier „laterale Kameras" genannt, um Querverweise einfacher zu machen. Die tatsächliche Zahl der lateralen Kameras und ihre Positionen, ihre Sichtfelder und die Auflösung sind in diesem Text nicht streng definiert und der Anmelder zieht es vor, hier einige technische Bemerkungen zu machen, die das tatsächliche detaillierte Design der Systemimplementierung unterstützen.

Wie oben im Rahmen der allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der gewünschten Merkmale des Systems erwähnt wurde, sollten die für das SMI installierten Geräte die möglichen Stellen für das SMI nicht auf einen kurzen Abschnitt der Schienenlänge beschränken. Vor allem sollte das System mit doppelten oder multiplen Bahnschienen kompatibel sein und die Bilderzeugungsgeräte sollten auf beiden Seiten der entsprechenden Bahnschiene positioniert werden, damit die UIC-Markierungen auf beiden Fahrzeugseiten gelesen werden können. Bei den meisten europäischen Linien [062], für die die Installierung des Systems interessant sein könnte, hat die Trennung 462 zwischen den Mitten 451 und 452 der Schienen einen Mindestwert von 4000 mm, was bedeutet, dass bei einer Breite 471 des Begrenzungslinienprofils der Infrastruktur gemäß den UIC-Standards für kinematische Begrenzungslinien [050, 051, 053], der Lückenabstand 459 zwischen den Seitengrenzen 455 und 456 für das Positionieren eines Fremdkörpers fast 500 mm beträgt.

Die laterale Position (Abstand beim Passieren von 451 von der vertikalen Symmetrieebene der Schiene) der Fahrzeugmarkierungen stimmt in etwa mit der Seite des Ausführungsmodells des Fahrzeugskastens überein (so wie im Beispielprofil 453), dass knapp innerhalb des entsprechenden Begrenzungslinienprofils 454 liegt. Die tatsächliche Länge der abgebildeten Länge auf der Fahrzeugseite hängt ab vom Abstand 458, vom Sichtfeld 448 und vom Winkel 464 in zwischen einer Parallele 465 zu den Schienen und der Bilderzeugungsebene 469 der Linienkamera 460, die einer der beiden lateralen Kameras 444447 in . Die Pixelzahl der Linienkameras, die für diese Anwendung geeignet ist, sollte 1024, 2048, 4096 und noch höher sein, womit sie einem Zielzwischenraum der Pixel von etwa 2, 1, 0.5 mm oder weniger bei einem Kameraabstand von 1 Meter und einem Sichtfeld 448 von 90 Grad entspricht. Folglich ist in Anbetracht der Merkmale der Zeichen, die für die OCR-Prozess abgebildet werden sollen, die Mindestzahl der lateralen Kameras zur Abbildung der gesamten Fahrzeugseite nicht durch die Auflösung der Linienkameras beschränkt, sondern es hängt hauptsächlich von den maximal gewünschten Winkelwerten 448 und 469 sowie dem begrenzten Abstand der Kamera ab. Wenn man davon ausgeht, dass der Abstand 457 zwischen der Rückseite einer lateralen Kamera und der Positionierungsgrenze 456 praktisch gleich Null ist, dann empfiehlt es sich, die lateralen Kameras und ihre Gehäuse mit einem kurzen Abstand zwischen dem Bilderzeugungssensor und der Kamerarückseite zu wählen, um so den Abstand zu vergrößern. Die Winkel 448 und 469 bestimmen den kleinsten Winkel zwischen Sichtlinie der Kamerapixel und der Fahrzeugseitenfläche. Diese letzten Winkel sind die minimalen Winkel bei extremen Pixelwerten und sollten begrenzt werden, um mögliche Verzerrungen und Qualitätsverluste der Bilder der Markierungszeichen zu vermeiden. Es muss auch berücksichtigt werden, dass bei einem Winkel 469, der erheblich kleiner als 90 Grad ist, die Bilder einige Fahrzeugdetails nicht enthalten, die durch relative abrupte Änderungen im Fahrzeugprofil in Bezug auf seine Längskoordinate versteckt worden sein könnten, es sei denn, die Zahl der Kameras wird verdoppelt und die Hälfte von ihnen sieht in einem Sichtwinkel in die Bewegungsrichtung und die andere Hälfte in die entgegen gesetzte Richtung.

Die minimale erforderliche Überschneidung der abgebildeten Linien bei nebeneinander liegenden Kameras (z.B. 446 und 447) beim kürzesten Installationsabstand steht im Zusammenhang mit einigen Merkmalen der Software, die die entsprechenden Daten verarbeitet, und besonders mit der Erkennung der Markierungen, die am Rand des Sichtfeldes der Linienkameras liegen. Eine Option ist, die Überschneidung groß genug zu lassen, damit man sichergeht, dass eine Markierungslinie der Zeichen oder eine ganze Markierung, die aus mehr als einer Linie besteht, vollständig im Sichtfeld von mindestens einer der beiden nebeneinander liegenden Kameras liegt. Oder man kann entgegen dazu auch die garantierte minimale Überschneidung auf weniger als die Größe des entsprechenden Markierungszeichens reduzieren und die relevanten nebeneinander liegenden Bilder zusammensetzen, bevor man versucht, die Zeichen zu erkennen. Das Übereinstimmen von zwei nebeneinander liegenden Bildern hängt offensichtlich von der abgebildeten Flächenposition ab und das Übereinanderlegen von Bildern erfordert in der Regel eine Abstufung, die erleichtert wird, wenn man von der ungefähren Position der abgebildeten Fläche aus der Fahrzeugdatenbank oder aus den dreidimensionalen Messungen ausgeht, wie weiter unten erläutert wird. Die entsprechenden Software-Algorithmen, die für das Verwalten der Zusammensetzung nebeneinander liegender Bilder implementiert werden können, werden hier nicht erörtert, da sie Fachleuten im Bereich der Verarbeitung multipler digitaler Bilder gut bekannt sind.

Natürlich muss bei der Implementierung des Systems eine Wahl zwischen Farbbildern, NIR-Bildern, S/W(schwarz-weiss)-Bildern und einigen speziellen Variationen dieser getroffen werden, da diese Wahl sowohl die Bilderzeugungsgeräte als auch die Beleuchtungsgeräte betrifft und sich auf das Gleichgewicht von Kosten, Leistung, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit auswirkt. Die Markierung von Schienenfahrzeugen war bis heute hinsichtlich ihrer Zeichen und Hintergrundfarben nicht standardisiert und hat auch die Folgen der Zeichenerkennung durch die Computer-Vision nicht berücksichtigt. In dieser Hinsicht sind Farbbilder von Vorteil, da sie den OCR-Prozess in den schlimmsten Fällen erleichtern, in denen die Zeichen und die Hintergrundfarben für die VIS- oder NIR-Bilderstellung mit sehr schlechtem Kontrast in einer Grauskala erscheinen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Farbkameras ist die Erkennung der unverwechselbaren Hintergrundfarbe von Markierungsschildern von Gefahrengut. Die Hochgeschwindigkeitsbilderzeugung mit Farblinien ist jedoch kostenaufwendiger als S/W, braucht eine größere Menge von Bilddaten und braucht im Allgemeinen eine stärkere Beleuchtung. Die Verwendung geeigneter Farbfilter kann in den obigen schlimmsten Fällen den Kontrast der mit S/W-Linienkameras gemachten Bilder verbessern. Die Kombination von zwei S/W-Kameras mit verschiedener spektraler Reaktion, d.h. das Verwenden unterschiedlicher Filter und eines einzelnen Modells einer Linienkamera, kann also eine Lösung darstellen, auch wenn sie höhere Kosten und eine Reihe von zusätzlichen Schwierigkeiten bei der Datenverarbeitung im Vergleich zur Verwendung von einfachen S/W-Kameras bedeutet. Da dem Anmelder abschließende empirische Erfahrungen mit statistisch repräsentativen Fahrzeugsätzen fehlen, schlägt er vor, dass die Wahl des tatsächlichen Typs und Modells der Kamera zusammen mit einer der Beleuchtungseinheiten erst nach einigen vorausgehenden Feldtests getroffen wird. Künstliche Beleuchtung ist zumindest dann für das System nötig, wenn die natürlichen Lichtverhältnisse nicht ausreichend sind. Die Beleuchtungsintensität am Ziel ist ein entscheidender Faktor der Bildqualität. Eine stärkere Beleuchtung wird im Allgemeinen möglich machen, das Signal-Geräusch-Verhältnis der Bildpixel zu verringern und somit die Kontrastauflösung zu erhöhen, und dies möglicherweise so sehr, dass Bilder mit einer Grauskala in der Praxis ausreichend gut sind, um gegenüber Farbbildern zu bestehen. Außerdem senkt die Verwendung von intensiver künstlicher Beleuchtung den Beitrag von natürlichem Licht relativ, was zu dem Vorteil führt, dass eine schnelle Anpassung der Kameraempfindlichkeit nicht mehr nötig ist.

Und schließlich ermöglicht eine intensive Beleuchtung eine Verringerung der Öffnung der Iris, was zu einer Erweiterung der Feldtiefe und einer Verbesserung der Bildschärfe führt.

Der Anmelder möchte betonen, dass die erforderliche Beleuchtung für diese Anwendung sehr viel größer ist als für gewöhnliche Bildanwendungen mit einer ähnlichen Geometrie, und zwar wegen der Fahrzeugbewegung. Die elektronische Verschlusszeit ist offensichtlich kürzer als der Zeitabstand zwischen dem Auslösen von zwei Linienbilderzeugegeräten, der umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die man für die gleiche Bildauflösung braucht. Zum Beispiel impliziert eine Bilderzeugung in 1 Meter Abstand mit einer 2048 Pixel Linienkamera mit einem 90-Grad-Sichtfeld einen vertikalen Pixelzwischenraum auf der Zielfläche von etwa 1 mm, wobei die gleiche Auflösung in der Bewegungsrichtung eine Linien-Abtastfrequenz von etwa 22 kHz bei 80 km/h or33 kHz bei 120 km/h. Erfordert. Somit liegt die elektronische Verschlusszeit dieser Bildanwendung, unter Berücksichtigung der verschiedenen Geometrien, der Zuggeschwindigkeit und obigen Bemerkungen zur Auflösung, im Normalfall im Bereich eines Hundertstels einer Tausendstel-Sekunde, was in der Tat eine ziemlich kurze Belichtungszeit ist. Es soll jedoch betont werden, dass die Erfordernis einer intensiven Beleuchtung aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mit der Verwendung von Linienkameras assoziiert ist, da auch eine zweidimensionale Bilderzeugung eine sehr kurze Belichtungszeit benötigen würde (durch schnelle Verschlusszeit und/oder einer Impuls-Lichtquelle), um eine Unschärfe der Bilder in der Längsdirektion zu vermeiden. Die Punkte 461 und 463 in (nicht gezeigt in ) repräsentieren zwei vertikale Serien von Beleuchtungsgeräten, die praktisch auf der Seite der Serien von seitlichen Kameras montiert werden, so wie Punkt 460. Ihre Lichtverteilungen, die andeutungsweise durch die Lobi 466 und 467 dargestellt sind, laufen in Richtung Bildzielbereich zusammen und liefern so eine einheitliche und gleichmäßig verteilte Beleuchtung. Im Allgemeinen ist die Verwendung von multiplen Beleuchtungsquellen und von linearen kontinuierlichen oder fast-kontinuierlichen Beleuchtungsquellen besser, um eine gleichmäßige und intensive Beleuchtung zu erreichen, während gleichzeitig die Störung von Zugreisenden und Crews klein gehalten wird. Die Verwendung von Impuls-LED-Beleuchtungseinrichtungen sollte in Erwägung gezogen werden, vor allem wenn NIR-Kameras verwendet werden, da sie einen Vorteil hinsichtlich des niedrigen Energieverbrauchs, der großen Verfügbarkeit und der langen Wartungsintervalle bieten. Im Allgemeinen, könnten die Beleuchtungsquellen der lateralen Kameras alternativ zwischen den Kameras, anstatt seitlich von ihnen, positioniert werden oder sie können in mehr als zwei vertikalen Reihen angeordnet werden.

Die Wahl der Optik und des Designs des Beleuchtungssystems sollten die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass der Bilderzeugungsprozess sich in Richtung der Achse 451 des Fahrzeugs erstreckt, zumindest bei der Bilderstellung der Markierungskennschilder für Gefahrengutgransporte. Die vertikale Position der unteren seitlichen Bilderzeugungsgerätes kann gerade knapp ausreichen, um die untersten Markierungen eines Fahrzeugs zu erkennen, oder es kann so sein, wie im Fall von , dass die Unterseite der Räder und ein Teil der Strecke außerhalb der Bahnschienen mit eingeschlossen wird. Die Vorteile einer niedrigen Positionierung der untersten lateralen Kameras stehen im Zusammenhang mit der Verwendung der entsprechenden Bilddaten für die Eichung sowie mit dem Überwachungszweck der Integrität des Systems, wie weiter unten erläutert ist. Eine VIS- oder NIR-Bilderstellung von Rädern und Drehgestellelementen kann in der Datenverarbeitung im Rahmen der Erkennung von achsbezogenen Überhitzungen nützlich sein, wie weiter unten erläutert wird.

Die Anforderungen bei der Wahl und Positionierung von Kameras für die Aufnahme der Fahrzeuge von oben, hier „Vogelperspektive-Kamera" genannt, unterscheiden sich von den oben für die lateralen Kameras angesprochenen Anforderungen. In der Tat wird bei den von diesen Kameras ermittelten Aufnahmen keine Zeichenerkennung durchgeführt. Ihre Installation ist prinzipiell nützlich im Zusammenhang mit der Bestimmung der Fahrzeugkastenbewegung und der Aufnahmedokumentation von passierenden Fahrzeugen, besonders derjenigen Fahrzeuge, für die ein Begrenzungslinienprofil-Alarm ausgelöst wurde. Die Auflösung der Vogelperspektiven-Kameras muss unter Berücksichtigung des größten Aufnahmeabstands bewertet werden, im Falle der Beobachtung eines Dachs eines flachen Wagens und bei einer Positionierung der Kamera, die ähnlich der in für die Kameras 449 und 450 gezeigt ist, in einem Abstand von etwa 5 Metern. Der Ort der Kameras 449 und 450 in ist keine genaue Angabe, doch eine annehmbare Annäherung an eine geeignete Lösung, die auch mit den GC-Begrenzungslinienprofilen laut UIC-Standards [053] kompatibel ist, wo der obere Teil des Bezugs-Begrenzungslinienprofils bedeutend höher und breiter ist als beim Begrenzungslinienprofil 454, das ungefähr in der gleichen eingezeichnet ist. Solch eine ungefähre Position ist auch zu empfehlen, um eine zu große Nähe zur Zuglinie zu verhindern, in Anbetracht von sicherheits- und wartungstechnischen Erwägungen.

Ein gewisser Abstand 470 in zwischen den Positionen entlang der Schiene der zwei Kameragruppen, die an den entgegen gesetzten Seiten der Schienen positioniert sind, kann dazu beitragen, zu vermeiden, dass auf die Kameras auf der einen Seite Licht von den Beleuchtungsgeräten auf der anderen Seite in einem kleinen Winkel zu ihrer linearen Aufnahmeebene fällt. Der Abstand 470 kann aus praktischen Gründen bis auf einige Meter verbreitert werden, wenn die System-Software Aufnahmemerkmale für die Bewertung der Bahnkurve (Position und Orientierung) von Fahrzeugkasten verwendet.

Die Verarbeitung der Rohdaten, die von Linienkameras ermittelt wurden, erfordert eine genaue Einschätzung der Fahrzeugbewegung, die in diesem Fall mindestens durch die oben beschriebene LDF geliefert wird. Die Synchronisierung der Datenübernahme wird weiter unten im Rahmen der Datenübernahmeelektronik angesprochen.

Hochauflösende schnelle Linienkameras werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Einige Beispiele umfassen 1024 und 2048 Pixel-Versionen und lineare Abtastraten von bis zu über 50 kHz zum Beispiel in der Serie Piranha CL-P1 [955] von DALSA Corporation of Waterloo, Canada.

DALSA Corporation stellt auch hochsensible Linienkameras her, so wie die Serie Eclipse EC-11 [956] und die DALSA HS-41 [957], die auf der "TDI"-Technologie (Time Delay und Integration) beruhen. Diese Kameras sind besonders interessant für die Implementierung des Systems, da sie eine niedrigere Beleuchtungsintensität erfordern, doch müssen sie mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich von 2–4% synchronisiert werden, um eine Verschlechterung der Bildqualität zu verhindern. Solch eine Synchronisierung kann innerhalb des Systems auf verschiedene Weisen erreicht werden und vor allem durch das Einfügen in das Datenübernahmemodul für Radsensoren einer Echtzeit-Schätzung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch einen einfachen und schnellen Algorithmus, der nicht so genau wie die bei der LDF-Berechnung beschriebene Methode ist, doch ausreichend genau für die Synchronisierung der TDI Linienkameras. Solch ein Algorithmus kann zum Beispiel die aktuelle Durchschnittsgeschwindigkeit bei der Transitzeit eines beliebigen Radsatzes zwischen zwei nebeneinander liegenden Radsensorpaaren berechnen.

5.7 Dreidimensionale Messungen der Fahrzeuggeometrie 5.7.1 Allgemeine Bemerkungen zu den dreidimensionalen Fahrzeugmessungen

Die weiter unten beschriebene Methode zur Bestimmung des Begrenzungslinienprofils eines Schienenfahrzeugs erfordert das Durchführen von dreidimensionalen Messungen der Fahrzeuggeometrie und besonders vom Wagenkasten. Genauer gesagt, erfordert die Methode die Erzeugung einer Datenserie, hier "3DD" für dreidimensionale Daten genannt, die die Koordinaten eines Fahrzeugflächenpunktes in einem auf der Infrastruktur basierenden dreidimensionalen Koordinatensystem sowie die entsprechende Zeit umfasst. Angesichts der Verwendung dieser Daten ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, die gesamte Fahrzeugfläche zu vermessen. Das entsprechende Messungssystem sollte die 3DD mindestens für diejenigen Fahrzeugteile erzeugen, die beim Transit in dem Raum zwischen zwei räumlichen Umhüllungslinien liegen, die sich in einem bestimmten Abstand innen und außen vom Bezugsbegrenzungslinienprofil gemäß UIC [050, 051, 052, 053] befinden. Der Anmelder macht keine bindenden Vorgaben für diese Abstände, die den dreidimensionalen Messbereich definieren, da es einen gewissen Vorteil bietet, diese größer zu halten, als laut UIC-Codes verlangt wird, mit dem minimalen Ziel zu bestimmen, ob ein Fahrzeug einen Teil aufweist, der außerhalb des entsprechenden Begrenzungslinienprofils liegt. Der Hauptvorteil der Erweiterung des 3DD-Messbereichs in Richtung Fahrzeug ist die Verfügbarkeit der 3DD für eine größere Zahl von Fahrzeugmerkmalen, die im unten beschriebenen Prozess zur Bestimmung der Bahnkurve eines Fahrzeugkastens verwendet werden können. Auf der anderen Seite ermöglicht die Erweiterung des 3DD-Messbereichs über das Bezugsprofil hinaus, die tatsächliche Länge zu messen, um die ein mechanisches Teil auf unzulässige Weise über das Begrenzungsprofil herausragt, anstatt nur festzustellen, dass es auf unzulässige Weise hinausragt.

Im Prinzip sollte kein Fahrzeugmerkmal (einschließlich der Last) die geltenden Profilgrenzen verletzen, doch angesichts der Tatsache, dass das System die Aufgabe der Gefahrenreduzierung hat und dass die Komplexität mit dem Abnehmen der Größe von erkennbaren vorstehenden Teilen zunimmt, scheint es richtig, dass ein praktisches Ziel hinsichtlich der Größe eines zu erkennenden Teils definiert wird.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Objekt in einer bestimmten Position nicht erkannt wird, hängt eben genau von der "Raumdichte der Messungen", von der Messung des Kreuzungsbereichs, von der Objektgröße und von der Objektorientierung gegenüber dem 3DD-Messgerät ab. Die erforderliche Erkennbarkeit von Objekten kann als Kombination der 3DD-Messleistungen oder durch ein empirisches Leistungskriterium ausgedrückt werden, das bestimmte überstehende Standardstrukturen angibt, die beim Funktionstest des Systems verwendet werden können. Angesichts der Unterschiede zwischen abwechselnden durchführbaren 3DD-Messungssystemen und dem aktuellen Fehlen eines Standards für die Erkennung von vorstehenden Objekten, zieht der Anmelder es vor, nachfolgend einige Alternativen zur Durchführung von 3DD-Messungen zu erörtern und überlässt es dem Design der Systemimplementierung, die beste Alternative zu wählen, auch abhängig von der Definition der vom Anwender akzeptierten Leistungsanforderungen.

Eine wichtige Eigenschaft der Messungsmittel für die 3DD-Messungen ist die Messunsicherheit, die in diesem Fall nicht nur durch einen einzelnen Wert gegeben ist, da sie gewöhnlich für unterschiedliche Richtungen unterschiedlich ist. Bei den meisten dreidimensionalen Messungssystemen wird die Messunsicherheit entlang von drei Achsen definiert, deren Orientierung durch die Position des Instruments bezogen auf das zu messende Element bestimmt wird. Ein weiterer besonderer Punkt, der berücksichtigt werden muss, ist, dass die Messung in der Regel an einem finiten Größenpunkt auf der vermessenen Fläche erfolgt, wobei dieser Punkt bei den meisten Messungsmitteln ein Teil eines runden oder eines elliptischen optischen Strahls ist. Die Orientierung der vermessenen Fläche und ihre mögliche Krümmung beeinflussen die Messung auf unterschiedliche Weise, je nach angewandtem Messungssystem. Zusätzlich werden die 3DD-Unsicherheiten auf andere Weise bei verschiedenen Messungssystemen beeinflusst, und zwar durch die Anwesenheit von Partikeln in der Atmosphäre. Eine weitere instrumentenspezifische Unsicherheitsquelle besteht im Zusammenhang mit Messungen, die am Rand eines Objekts erfolgen, wenn ein anderes Objekt im Hintergrund liegt und das Ergebnis des Messungsprozesses beeinflusst. Und schließlich beeinflusst auch der Abstand zwischen Instrument und Messziel die Messunsicherheit. Es kann daher notwendig sein, dass die übernommenen Daten, zusammen mit der Eichung und der Datenkonfigurierung bei der Verwendung in der 3DD-Verarbeitung auch unsichere Zahlen zulassen, die im Allgemeinen von den 3DD-Koordinatenwerten abhängen. Eine weitere entscheidende Eigenschaft der abwechselnden 3DD-Messungssysteme ist die Messzeit oder, genauer gesagt, die Zeit, in der das Messobjekt, im Allgemeinen durch einen optischen Detektor, gefühlt wird. Die Messzeit muss mit der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit kompatibel sein, um die gewünschte Auflösung zu erhalten und um unnatürliche Messungen aufgrund der Verschiebung des vermessenen Objekts während des Fühlens zu vermeiden. Auch wenn der Anmelder es nicht für angemessen hält, strenge Spezifizierungsvorgaben für die Auflösung und die Empfindlichkeit von 3DD-Messungssystem zu machen, so lohnt es sich hier anzumerken, dass die UIC-Merkblätter für Begrenzungslinienprofile und die unten stehenden Erläuterungen zu den 3DD-Messungen implizieren, dass die geometrische 3DD-Genauigkeit in der zum Begrenzungslinienprofil senkrecht verlaufenden Richtung sehr viel kritischer ist, als die geometrische Genauigkeit in der Bewegungsrichtung oder tangential zum Begrenzungslinienprofil. Der Anmelder meint, dass ein angemessener 2&sgr; Genauigkeitsbereich bei der 3DD-Messung für die orthogonal zum Begrenzungslinienprofil liegende Komponente zwischen 5 und 15 mm liegen kann, jeweils abhängig von den gewünschten Grenzen hinsichtlich verfehlter Erkennungen oder falscher Alarme, da diese Schwellenwerte die Anwendbarkeit dieser Erfindung nicht einschränken.

5.7.2 3D-Messungen, die auf stereoskopischen Aufnahmen basieren

Eine gut bekannte Methode zur Ermittlung dreidimensionaler Geometriemessungen ist, eine stereoskopische Vision zu verwenden, d.h. die Abbildung des Messziels durch zwei oder mehrere Kameras und die Rekonstruktion der Oberflächengeometrie durch Finden der dreidimensionalen Stelle eines Merkmals, das mit seiner zweidimensionalen Position für die von den besagten zwei oder mehr Kameras ermittelten Bildern übereinstimmt. In der speziellen Anwendung könnte die Fahrzeugabbildung durch lineare Bilderzeugungsgeräte gut durchgeführt werden, als Alternative zu den öfter verwendeten Bereich-Bilderzeugungsgeräten. Viele Algorithmen sind bekannt und in Veröffentlichungen beschrieben, um das umgekehrte Problem zu lösen, das diese Messmethode ausmacht. Der Anmelder ist jedoch im allgemeinen gegen die Verwendung der stereoskopischen Vision innerhalb der Methode zur Identifizierung von Strukturen, die auf gefährliche Weise über Fahrzeuge hinausragen können, da die Möglichkeit, 3DD-Messungen erfolgreich für das hinsichtlich des Begrenzungslinienprofils kritische Merkmal durchzuführen, davon abhängt, ob dieses Merkmal richtig abgebildet wird, als eine Funktion seiner Form, seiner optischen Oberflächeneigenschaften, der Beleuchtung und der Position des Bilderzeugungsinstruments. Stereoskopische dreidimensionale Messungen an speziellen Positionen auf einem Fahrzeug werden jedoch als Option in der weiter unten beschriebenen Methode verwendet, die zur Bestimmung der Position und der Orientierung im Zeitverlauf des Fahrzeugskastens und achsbezogener Teile verwendet wird.

5.7.3 Abbildung von Lichtmustern

Eine weitere weit verbreitete Methode zur Ermittlung von 3DD-Messungen ist die Abbildung durch eine oder mehrere Kameras eines Lichtmusters, das auf das Messziel projiziert wird. Eine besondere Konfiguration dieser Art von Messanordnung wurde beschrieben [067] zum Zweck der Erkennung von Schienenfahrzeugstrukturen, die über ein Begrenzungsprofil hinausragen. Solch eine Anordnung, basierend auf einer zu den Schienen ortogonalen Linienbeleuchtung und der Abbildung durch eine Kamera, die die Schienen entlang sieht, kann für das System ungeeignet sein, zumindest aufgrund der ungenügenden Auflösung in der Längsrichtung. Der Anmelder schließt die Verwendung dieser besonderen Anordnung der 3D-Abbildungsmethode nicht aus, doch zieht er sie nicht vor, und zwar wegen der fehlenden Zuverlässigkeit hinsichtlich der geometrischen Veränderlichkeit der betreffenden Messziele. Zusätzlich dazu erfordert die Abbildung von Lichtmustern eine sehr intensive strukturierte Beleuchtung, wenn sie für sich schnell bewegende Ziele, bei direkter Sonneneinstrahlung und mit einer großen Vielfalt der optischen Eigenschaften der vermessenen Oberflächen verwendet wird, und ist somit kaum mit den Sicherheitsanforderungen im Zusammenhang mit dem Augenlicht von Zugreisenden und von Crews zu vereinbaren.

5.7.4 Serien optischer Schranken

Serien optischer Schranken, zum Beispiel eine kammartige Serie von Lichtschranken, werden in Automationssystemen oft für die schnelle Erkennung der Position eines Objekts eingesetzt, doch sie können nicht einfach in der vorliegenden Anwendung verwendet werden, da sie keine einzelnen Angaben zur Position des erkannten Merkmals entlang eines unterbrochenen Lichtstrahls liefern. Im Prinzip kann man jedoch Seriengruppen von optischen Schranken mit unterschiedlichen Winkeln ihrer optischen Strahlen und der vertikalen Schienenachse installieren, und so eine Art von optischer Tomographie implementieren. Der Vorteil der Verwendung multipler optischer Schranken sind die relative Einfachheit sowie die niedrigen Kosten der individuellen Geräte, doch der Anmelder legt keinen großen Wert darauf, diese Messlösung zu verwenden, und zwar wegen der Komplexität aufgrund der hohen Zahl von Schrankenserien, die erforderlich wären, und aufgrund der daraus folgenden Erwägungen bezüglich der Verfügbarkeit und Wartung, auch bezogen auf ein mögliches Sich-Absetzen verschiedener Arten von Schmutz, Staub oder mattem Fett auf den Sendern oder der Empfangsfläche.

5.7.5 Schranken mit festen Laser-Abstandssensoren

Es gibt verschiedene Sensoren, die mit Lasern arbeiten, und dafür geeignet scheinen, schnelle Messwiederholungen des Abstands entlang des Laserstrahlpfads zu erreichen. Eine der weit verbreiteten Familien von Laser-Abstandsmessgeräten (hier "LDM"), die für diese Anwendung vorgeschlagen werden können, basiert auf einer Zeitmessung durch einen Laser-Impuls, der das Ziel erreicht und dann zum Instrument zurückkehrt, nachdem er durch die Zieloberfläche diffus reflektiert wurde. Diese Messinstrumente, oft "time-of-flight" Laser-Abstandsmessgerät genannt, werden von verschiedenen Herstellern in verschiedenen Modellen angeboten, wobei sie verschiedenen Ansprüchen hinsichtlich maximalem und minimalem gemessenen Abstand, Laserkapazität, Wiederholungsmessrate, Laserpunktgröße und Genauigkeit gerecht werden. So sind zum Beispiel viele Modelle von Laser-Abstandsmessgeräten mit einer hohen Messrate Zeitpunkt des Passierens von der Firma Riegl Laser Measurement Systems in Horn, Österreich, erhältlich, so wie das Modell LD90-3100VHS-FLP (Messrate von bis zu 2.0 103 s–1) [958] und das Modell LD90-3100EHS-FLP (Messrate von bis zu 1.2 104 s–1) [959]. Diese beiden Instrumente sind tatsächlich für viel längere als die in dieser Anwendung geforderten Bereiche geeignet, doch sie haben einige wichtige Eigenschaften so wie einen Eingang für die externe Steuerung, die Einzelstrahlenpunktmessung und die Option „letzter Impuls", die sie für die in diesem Bereich erörterte Anwendung genau richtig macht. Eine extern ausgelöste Einzelpulsoperation ermöglicht es, jeder Messung einen genauen Zeitpunkt zuzuordnen (siehe Erörterung im Abschnitt 5.18 unten) und verhindert jede Art von unnatürlichen Werten resultierend aus der Fahrzeugbewegung. Die Option letzter Impuls entspricht einer Signalverarbeitungstechnik, die aus einem Zeitbereichssignal von reflektiertem Licht den „letzten Impuls" extrahiert, der dem am weitesten entfernten Objekt entspricht, das eine erkennbare Reflektion des Laser-Impulses verursacht hat. Auf diese Weise beeinflusst die Anwesenheit von störenden Partikeln, wie zum Beispiel Schneeflocken, entlang des Laserstrahls nicht die Messung, und falls der Laserstrahl teilweise durch die Kante einer Objektfläche im Vordergrund reflektiert wird, wird die Messung des Abstands im Hintergrund nicht beeinträchtigt (innerhalb einer bestimmten Grenze des Abstandsunterschieds der Vordergrund- und Hintergrundflächen). Diese beiden Instrumente haben einen Laser-Messstrahl mit einem ungefähren Durchmesser (90% der Energie) von etwa 10–15 mm im Bereich, der für diese Anwendung wichtig ist, und eine Genauigkeit von ± 25 mm. Die beiden Abstands-Messgeräte gehören zur Laser-Sicherheitsklasse 1 und 1M gemäß der Norm IEC60825-1 (2001). Die Messungen sind erhältlich als Analogsignal, oder durch eine RS232 Serienschnittstelle (für Modell LD90-3100VHS-FLP) oder durch eine parallele ECP-Standardschnittstelle (für Modell LD90-3100EHS-FLP).

Die oben erwähnten OptocatorTM-Instrumente stellen eine Familie von Lasersensoren zur Triangulation dar, die herausragende Leistungen in der Sub-Millimeter-Präzisionsmessung von Abständen von Installationsabständen von bis zu 1200 mm, mit Messbereichen von bis zu 1024 mm, Messwiederholungsraten von bis zu 60 kHz und einer Messbandbreite von bis zu mindestens 20 kHz bieten. Ihre Eignung für diese Anwendung ist prinzipiell aufgrund der möglichen Gefahren für das Augenlicht (es sei denn, eine Schnellabtastung wird angewandt, so wie weiter unten erläutert wird) sowie durch den kleinen maximalen Installationsabstand und den Messbereich eingeschränkt. und zeigen einen möglichen Plan für die Verwendung einer Serie von festen Laser-Abstandsmessgeräten (hier "FLDM") zur Durchführung der erforderlichen 3DD-Messungen. Der Einfachheit halber werden nur die LDM-Einheiten für die Messungen auf einer Fahrzeugseite in gezeigt, und eine gleiche Zahl von LDM-Einheiten sollte symmetrisch so verteilt sein, dass der gesamte Wagenkasten abgedeckt ist. Außerdem ist die Zahl der LDM-Einheiten in sowie ihre Positionierung nicht unbedingt als Design vorzuziehen, doch sie wurden vom Anmelder gewählt, um die nachstehende Erörterung zu vereinfachen und zu stützen. Genauso ist der Einfachheit halber jede FLDM in den Zeichnungen, so wie Einheit 481, durch eine Box gezeichnet, von der der Laserstrahl 480 durch die entsprechende LDM-Optik projiziert wird. Die LDM-Einheiten 481 bis 492, hier "laterale LDM" genannt, dienen dem Teil des Messbereichs, der ungefähr einer Fahrzeugseite entspricht. Die Messstrahlen, so wie 480, aller lateralen LDM haben einen Winkel 495, der in vertikaler Richtung 496 geneigt ist. Dieser Winkel sollte so gewählt werden, dass die Gesamtzahl der lateralen LDM-Einheiten reduziert wird, im Rahmen der gewünschten Leistungsvorgaben wie Empfindlichkeit und Auflösung, wie minimaler Messabstand und wie der Präsenz einer nahen Schiene, wie oben für die und erörtert wurde.

Ein großer Winkelwert 495 (bei dem der Laserstrahl die horizontale Orientierung fast erreicht) impliziert die Verwendung einer großen Zahl von lateralen Sensoren und kann Probleme im Zusammenhang mit dem minimalen Installationsabstand zwischen dem LDM und dem nächsten Bezugsziel führen. Ein sehr kleiner Winkelwert 495 ist jedoch ungeeignet, weil die oberen Elemente des Fahrzeugkastens die unteren Teile verdunkeln könnten. Wie oben gesagt, ist die größte 3DD-Genauigkeit auf der Fahrzeugseite in der zur Fahrzeugseitenebene senkrechten Richtung gewünscht, und somit ist die Abstandsmessgenauigkeit in dieser Hinsicht dominant, wenn der Winkel 495 fast 90 Grad beträgt. Wenn dagegen der Winkel 495 fast gleich Null ist, spielt der vertikale Abstand der lateralen LDM-Einheiten eine wichtige Rolle bei der Definition der seitlichen Genauigkeit bei der Erkennung von überstehenden Elementen, wenn dieser Abstand bedeutende vertikale Lücken in der Messung der zum Seitenprofil und zu den Schienen parallelen Fläche lässt. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass bei einem kleinen Winkel 495 jedes vorstehende Element, das an einer Fahrzeugseite befestigt sein muss, zumindest dank seines Verbindungsstamms durch eine dichte Längsserie von Messungen trotz vertikaler Lücken zwischen den Laserstrahlen erkannt werden sollte, wobei das Resultat ein begrenzter Fehler bei der Bestimmung der Länge ist, um die ein Element über eine Fahrzeugseite hinausragt. Je nach Zahl der LDM-Einheiten, nach Winkelgröße 495 und nach der physikalischen Größe der LDM-Einheiten (einschließlich einer Wetterschutzabdeckung, wenn erforderlich) kann es sich als unmöglich erweisen, die lateralen LDM-Einheiten in einer vertikalen Serie mit sich komplett überschneidenden Laserstrahlen zu installieren, und daher könnte es praktisch sein, sie mit einer Verschiebung in Richtung der Schienen zu installieren, wie es für die entsprechenden Gruppen 497 und 498 der LDM-Einheiten in gezeigt ist. Wenn eine LDM-Einheit als laterale FLDM verwendet wird, die separate Frontlinsen für den Laserstrahl und für die Lichtsammlung hat (so wie die o.g. Instrumentenmodelle LD90-3100VHS-FLP und LD90-3100EHS-FLP), dann empfiehlt es sich, eine optische Symmetrieebene für beiden Ebenen zu haben, die vertikal ist, und eine Laserlinse, die höher als die Detektoroptik ist. Die Verwendung von FLDM-Einheiten, d.h. ohne jegliches zeit-abhängiges Steuern des Laserstrahls, ermöglicht es, die Bedingung einer ununterbrochenen Messung in der Längsrichtung ziemlich einfach zu erfüllen. Wenn zum Beispiel der LDM-Laserstrahl einen effektiven Punktgrößendurchmesser von etwa 10 mm bei entsprechendem Abstand hat, und wenn der Strahl orthogonal zu der Schienenrichtung auf eine flache Oberfläche orientiert ist, die parallel zur Fahrzeugseite liegt, dann kann ein längsgerichteter Messzwischenraum von 5 mm, d.h. mit einer sicheren Überschneidung daneben liegender Messungen, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 120 km/h mit einer Wiederholungsrate von etwa 6600 s–1 erreicht werden. Die Messrate für das Erreichen eine kontinuierlichen Längsabdeckung kann reduziert werden, indem man den Winkelwert 501 zwischen dem Laserstrahl jeder lateralen LDM-Einheit und der Richtung 502 der Schienen verringert, da dieser Winkel in der angenommenen Situation des vorherigen Satzes 90 Grad beträgt. Eine niedrige Messwiederholungsrate ermöglicht die Senkung der Kosten für Instrumente und die Wahl einer LDM-Einheit aus einer größeren Gruppe von im Handel von verschiedenen Herstellern angebotenen Modellen.

Zwei weitere Serien von LDM-Einheiten, so wie 493 und 494 in , können installiert werden, um eine angemessene Deckung des 3DD-Messbereichs für die oberen Bereiche des kinematischen Begrenzungslinienprofils zu erhalten, sofern dieses dem Standard UIC-Profil [050] oder den GA- und GB-Profilen [053] entspricht, während ein anderes Schema leicht für das Begrenzungslinienprofil GC [053] definiert werden kann. Nur eine LDM-Einheit 499 ist der Einfachheit halber in der abgebildet, um die FLDM-Einheiten der Serien 493 und 494 zu repräsentieren. Ähnliche Erwägungen wie oben für die Positionierung und die Orientierung von lateralen FLDM gelten der Optimierung der Zahl dieser weiteren Serien von FLDM-Einheiten, einschließlich der Wahl des Winkels 504 zwischen dem Laserstrahl 503 und der Längsrichtung 505. Die Richtung der Laserstrahlen 500 und 503 in sind gleich der Fahrzeugbewegung, doch sie könnten unabhängig voneinander verändert werden, indem man den Wert von Winkel 501 oder von Winkel 504 durch ihre Ergänzungswinkel ersetzt. Die Verwendung von drei Serien von LDM-Einheiten für jede Fahrzeugseite ist nicht unbedingt die beste Lösung und es bleibt beträchtlicher Raum für ein freies Design der Systemimplementierung, das auch erlaubt, weitere Installationskriterien für die mechanischen Strukturen, an denen die LDM-Einheiten befestigt werden, für die Verkabelung der LDM-Einheiten und die elektrischen Sicherheitsimplikationen der Präsenz der elektrischen Zuglinie zu erwägen.

Wenn feste „time-of-flight"-LDM-Einheiten, wie oben erörtert, zur 3DD-Messung verwendet werden, so müssen die LDM-Einheiten extern so ausgelöst werden, dass die Laserstrahlzeiten für jeden LDM durch einen kleinen Zeitabstand versetzt werden können, damit die verschiedenen Einheiten sich untereinander nicht stören.

5.7.6 Hochgeschwindigkeits-Laserabstandsmess- und Abtastgeräte

Eine Alternative zur Installation einer beträchtlichen Zahl von festen LDM, wie oben erläutert, ist die Verwendung einer geringeren Zahl von Hochgeschwindigkeits-Laserabstandsmess- und Abtastgeräten, hier HLDS genannt. Viele Beispiele und Anwendungen für den Einsatz von Abtastspiegeln zur Steuerung des Laserstrahls und des zurückgeworfenen Lichts bei einer LDM des Zeitpunkt des Passierens sind gut bekannt für das Durchführen einer Reihe von Messungen in verschiedenen Richtungen mit einem einzelnen Laserabstandsmessgerät. Die am häufigsten verwendeten Arten von Steuerungsspiegeln sind prismatische Polygonspiegel, eine Frustum von pyramidenförmigen Polygonspiegeln und schräggestellte Spiegel, die sich über einer runden Basis drehen. Man kann auch Kippspiegel für die Steuerung der Strahlen verwenden, doch diese Lösung ist bei relativ hohen Abtastraten nicht kompetitiv und erfordert in einem solchen Fall ein Abtasten in einer Sinuskurve in zwei Richtungen, was in dieser Anwendung weniger geeignet ist als eine konstante Winkelrate beim Abtasten in nur einer Richtung. HLDS werden oft für spezielle Anwendungen entwickelt, doch es gibt im Handel einige Komplettmodelle dieser Instrumente, z.B. das Modell LMS-Q140i-60/80 [960] von Riegl Laser Measurement Systems in Horn, Österreich (für diese Anwendung wäre allerdings eine individualisierte Version mit einer höheren Abtastrate erforderlich).

und zeigen ein mögliches Schema für die Verwendung eines Satzes von „time-of-flight" HLDS-Einheiten zur Durchführung der 3DD-Messungen für das System. Der Einfachheit halber werden in nur die Hälfte der HLDS-Einheiten gezeigt, die für die Messungen einiger Teile auf der einen Fahrzeugseiten und einiger anderer Teile auf der anderen Fahrzeugseite vorgesehen sind. Eine entsprechende HLDS-Einheit sollte man sich folglich in einer Spiegelposition für die Einheiten 520, 525, 526 und 527 über einer vertikalen Symmetrieebene in der Mitte der Schiene vorstellen. entspricht , doch es wird nur die einzige HLDS-Einheit 528 gezeigt, die der Einheit 502 entspricht, doch eine andere Orientierung hat.

Es ist natürlich wünschenswert, die Gesamtkosten und die Installationskomplexität für den Satz der HLDS-Einheiten zu reduzieren, und vor allem die Zahl dieser Einheiten zu beschränken, doch sind hier Grenzen gesetzt, vor allem durch die maximale Messwiederholungsrate des LDM, die in den HLDS-Einheiten selbst verwendet werden. Der Abtastwinkel" 521, der der Ablenkungskurve des LDS-Laserstrahls entspricht, wird grundsätzlich durch den Typ und die Eigenschaften des Steuerungsmechanismus bestimmt, so wie die Zahl der Fronten eines polygonen Spiegels und die Orientierung des LDM gegenüber dem Steuerungselement. Die Ablenkungsfrequenz wird im Falle des polygonen Spiegels durch die Rotationsfrequenz der Achse des polygonen Spiegels multipliziert mit der Zahl der Spiegelfronten bestimmt. Im Allgemeinen kann nur ein Bruchteil von Zeit für die Messung verwendet werden, entsprechend den Drehwinkeln des polygonen Spiegels, für die der Laserstrahl keine bedeutende Überschneidung mit der Kante zweier nebeneinander liegender Spiegelfronten aufweist. Durch Erhöhen des Prozentsatzes der Messzeit werden größere polygone Spiegel nötig und ihre Größe nimmt mit der Strahlengröße noch weiter zu, womit eine praktische Einschränkung gegeben ist. Es ist jedoch als Alternative möglich, die Punktgröße des Lasers auf den Spiegelfronten mit geeigneter Optik zu verkleinern.

Bei Verwendung eines der im Handel erhältlichen LDM für den Zeitpunkt des Passierens mit einer der schnellsten Wiederholungsraten, wie das Modell LD90-3100EHS-LFP [959], kann man im Regelfall davon ausgehen, dass nur etwa 50% der möglichen Messungen ausgeführt werden können, und somit eine Wiederholungsrate 12 kHz bei jedem Abtastvorgang verfügbar sein wird, gefolgt durch eine Totzeit mit einer durchschnittlichen Messrate von 6 kHz. Wenn man zum Beispiel von einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 120 km/h und einem längsgerichteten Messzwischenraum von 40 mm ausgeht, so impliziert dies eine Abtastrate von etwa 833 s–1, und nur 7 Messungen würden in diesem Fall bei jedem Abtastvorgang ausgeführt. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Messrate ist, zwei LDM in jeder HLDS-Einheit an den entgegen gesetzten Seiten der rotierenden Siegelachse zu montieren, und so die Abtastrate zu verdoppeln. Ihre Auslösephasen können so eingestellt werden, dass die Reihe der Messwinkel durch die beiden LDM gestaffelt wird, um so den tatsächlichen Zwischenraum bei der Winkelabtastung der Messungen auszugleichen. Es können mehr als zwei LDM in einem einzelnen HLDS montiert werden, doch insgesamt wird der Vorteil gegenüber der Verwendung einer größeren Zahl von einfacheren Geräten immer kleiner, aufgrund der zunehmenden Komplexität und der Größe der Messeinheiten. zeigt, dass die Messstrahlen 523, 523 und 524 in unterschiedlichen Winkeln auf die Fahrzeugseite auftreffen, und die im Kommentar von und enthaltenen Bemerkungen zur Optimierung des Winkels 495 suggerieren, dass ein großer Wert für den Abtastwinkel 521 zu einer geringeren Optimierung eines Teils der Messwinkel führt. Außerdem impliziert die Gelegenheit, Messungen mit maximaler Rate für die verwendeten LDM durchzuführen, dass gleiche Winkelabstände für zwei aufeinander folgende Messungen gelten und so zu einem anderen vertikalen Messzwischenraum auf der Fahrzeugseite führen (beim Beispiel von Einheit 520) und sich auch eine größere vertikale Öffnung der 3DD-PPunkte auf der Fahrzeugsunterseite ergibt. Ein weitrer Optimierungsverlust kommt im Allgemeinen davon, dass mit einer einzelnen LDM-Einheit zwei 3DD-Messbereiche umfasst werden, die jeweils einer anderen Neigung des entsprechenden Abschnitts des Begrenzungslinienprofils entsprechen. Die obigen Erörterungen, vor allem die Tatsache, das seine LDM-Messwiederholungsrate eine niedrige Messrate pro Abtastvorgang bedeutet, sind der Grund für die Verwendung weniger verschiedener HDLS-Einheiten, wie in , jede von ihnen mit einem begrenzten Abtastwinkel und einem bestimmten Abschnitt des Begrenzungslinienprofils entsprechend. Es sollte bemerkt werden, dass eines der in angewandten Kriterien ist, dass die HDLS-Seite, die dem Messfenster entspricht, immer eine negative Neigung hat, um die Probleme im Zusammenhang mit dem direkten Auftreffen von Regen und den Ablagerungen von Schnee und Staub zu vermindern. Die Positionierung und die Orientierung der vier HLDS-Einheiten 520, 525, 526 und 527 in ist jedoch nur ein Beispiel und die tatsächliche Zahl der HLDS-Einheiten kann auch variiert werden.

Die obigen Kommentare zu und beziehen sich teils speziell auf HLDS, basierend auf dem LDM für den Zeitpunkt des Passierens mit dem Abtasten mit polygonalen Spiegeln, doch viele der Bemerkungen gelten auch für andere Kombinationen verschiedener LDM-Einheiten mit anderen Abtastsystemen. Zum Beispiel könnten die Lasertriangulationssensoren, die den o.g. OptocatorTM Instrumenten ähneln, zusammen mit geeigneten mechanischen Abtastgeräten eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass der Messbereich groß genug ist und dass die Laserstrahlparameter das System auch hinsichtlich der Sicherheitskriterien für das Augenlicht von Zugreisenden und Crews kompatibel sein lassen. Die Anwendung von Abtastgeräten für die Abstandsmessung ist auch möglich, wenn die Strahlensteuerung nicht auf der Bewegung eines optischen Elements, sondern auf anderen Steuerungsgeräten beruht, so wie zum Beispiel das unter Punkt [043] beschriebene Instrument, wo akustisch-optische Modulatoren verwendet werden.

5.7.7 Super-Hochgeschwindigkeits-Laserabstandsmess- und Abtastgeräte

Die obigen Erwägungen zu der Verwendung von HLDS-Einheiten basierten auf einer maximalen Messrate einiger weniger Zehntel kHz (Tausende von Messungen pro Sekunden) für jede Einheit, möglicherweise bei Verwendung von mehr als einer LDS für jede HLDS. Der Einsatz von einem Super-Hochgeschwindigkeits-Laserabstandsmess- und Abtastgerät, hier VLDS genannt, wird hier separat angesprochen, da sie es möglich macht, mit nur einem einzigen Gerät die komplette und angemessene Abtastung mindestens der Hälfte des gesamten 3DD-Messbereichs eines Fahrzeugskörpers durchzuführen. Zwei recht neue Patentdokumente [029, 030] stellen ein sehr potentes Hochleistungsabstandsmessgerät und ein schnelles mechanisches Abtastsystem vor, die die Basis einer Familie von VLDS-Instrumenten bilden, die von der Zoller & Froehlich GmbH hergestellt werden. Der Abstand wird von solchen Instrumenten durch die Modulationsphase eines RF-modulierten Laserstrahls gemessen, der auf das Ziel gerichtet und zum Detektor des Instruments zurückgeworfen wird. Das Laserabstandsabtastgerät, ohne Abtastmechanismus, hat den Namen "LARA" und ist als eine erste Version mit einem maximalen eindeutigen Bereich von etwa 25 m und einer Messrate von bis zu 625 kHz erhältlich; außerdem gibt es eine zweite Version mit einem maximalen eindeutigen Bereich von etwa 54 m und einer Messrate von bis zu 500 kHz. Ein System für eine kontinuierliche 360 Grad „vertikale Abtastung" [030] lenkt durch einen rotierenden Spiegel den Messungsstrahl und den Rückkehrstrahl, die parallel oder koaxial sind. Die am besten geeigneten aktuellen Modelle von Abstandsabtastgeräten von Zoller & Froehlich für die Verwendung im System sind in den Produktlinien "Profiler" und "IVAR" [961] zu finden. Solche Laserabtastgeräte umfassen entweder den ersten oder den zweiten Typ von LARA-Abstandsmessgeräten, wobei der erste Typ für die Anwendung geeigneter ist, da er einen ausreichenden Bereich, eine geringe Laserenergie mit einem Sicherheitsabstand von 1 m vom Augenlicht und eine 1&sgr; Bereichsauflösung bietet, die gleich etwa 0.8 mm bei einer Messrate von 500 kHz, oder 0.4 mm bei 125 kHz ist. Der Linearitätsfehler überschreitet nicht 3 mm und eine maximale Verschiebung von 1 mm beruht auf der Änderung der Betriebstemperatur des Instruments im Intervall von 0 bis 40 Grad Celsius. Der messbare Mindestbereich beträgt 0.4 Meter und der Strahl hat einen durchschnittlichen Durchmesser von knapp 4 mm im Bereich, der für diese Anwendung interessant ist. Der Wert der relativen Reflektionsintensität wird ebenfalls als Output vom Instrument erzeugt, und kann in einigen Anwendungen nützlich sein, einschließlich der vorliegenden (für die Konstruktion von synthetischen 3D-Bildern, die für Fernstellen bestimmt sind und/oder zum Schätzen eines Emissivitätswertes für bestimmte Wärmeabgabemessungen). Aufgrund der in diesem Instrument verwenden Erkennungstechnik verursacht jedes partielle Hindernis (z.B. Staub, Schneeflocken, der Rand einer Fläche im Vordergrund, die den Laserstrahl zum Teil berührt, usw.) eine verfrühte Strahlungsreflektion zur Empfangsoptik und dies führt zur einer Verringerung des gemessenen Abstands der Zielfläche im Hintergrund. Aus dem gleichen Grund erscheint der Rand einer Fläche im Vordergrund weiter entfernt, als er wirklich ist, falls ein Teil der Laserstrahlung ein Element im Hintergrund erreicht. Diese Eigenschaft muss hinsichtlich der entsprechenden Datenverarbeitungssoftware berücksichtigt werden. Außerdem empfiehlt es sich, das Instrument regelmäßig zu testen, indem man die Abstände zu einigen Elementen der Infrastruktur prüft, um die Präsenz von Staubwolken oder intensiven Schneefall zu erkennen, die die Funktionstüchtigkeit des Systems beeinträchtigen. Es empfiehlt sich, die Messungen als ungültig zu betrachten, wenn die Störungen einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Schließlich kann die entsprechende Datenverarbeitungssoftware die Präsenz einer akzeptablen doch bedeutenden Störung (z.B. ein milder Schneefall) berücksichtigen, wenn die Abstandsdaten strenger gefiltert werden.

und zeigen eine mögliche praktische Positionierung eines VLDS an, von dem in der folgenden Erörterung als dem Abtastgerät von Zoller & Froehlich ausgegangen wird, in einer Version mit einer maximalen aktuell festgestellten Abtastrate von 18000 rpm [961]. Nur ein VLDS-Instrument, nämlich 540 und 547, wird in beiden und gezeigt, um die 3DD-Messungen auf einer Seite und auf dem Großteil der oberen Fahrzeugfläche durchzuführen. Ein symmetrisch positioniertes Partnerinstrument sollte daher auf der anderen Fahrzeugseite installiert werden. und sind nicht zwei orthogonale Ansichten derselben Installationskonfigurierung, da die Orientierung vom VLDS anders ist. Wenn man davon ausgeht, dass das VLDS-Instrument in einem Schutzgehäuse installiert ist, dann ist Element 541 von , so wie das Element 548 von , die Erweiterung der Schutzumhüllung, um die Störungen durch Sonnenlicht und das Eintreten von Staub, Regentropfen und Schnee zum Optikfenster des Instruments hin zu reduzieren.

zeigt, dass die Installation des 540 an einer relative hohen Position und über einem Raum der nahen Bahnschiene es möglich macht, mehr als die Hälfte des 3DD-Messungsbereichs mit einem Gesamtwinkel 542 zwischen den Messbegrenzungsstrahlen 543 und 546 von knapp 60 Grad zu erreichen, und auch eine akzeptable Verteilung der Neigungswerte der Winkel zwischen dem Laserstrahl und allen relevanten Abschnitten zu erreichen, die das Bezugsbegrenzungslinienprofil ausmachen. Bei Verwendung der oben angegebenen Abtastrate von 18000 rpm, d.h. 300 s–1, und der maximalen Messrate, divergieren die Laserstrahlen von zwei nebeneinander ablaufenden Messungen so wie 544 und 545 um einen Winkel von etwa 0.18 Grad, während solch ein Abtastauflösungswinkel einen Wert von 0.43 Grad bei einer Messrate von 250 kHz und einen Wert von 0.86 Grad bei einer Messrate von 125 kHz hat.

Die maximale Abtastrate von 300 s–1 entspricht einer Verschiebung des Fahrzeugs zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastvorgängen von etwa 74 mm bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h oder 110 mm bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h. Es ist daher wünschenswert, wie oben bei der Erörterung der 3DD-Messsysteme angesprochen, dass der Winkel 550 zwischen den Laserstrahlen 549 und einer Parallele zu den Schienen kleiner als 90 Grad ist, damit schmale mechanische Elemente, die auf gefährliche Weise orthogonal über die Fahrzeugseite hinausragen, besser erkannt werden können. Solch eine Verkleinerung des Winkels 550 impliziert ein Anwachsen des Winkels 542, was jedoch kein Problem ist, dank der hervorragenden maximalen Winkelabtastweite des angegebenen VLDS. Außerdem, mit Bezug auf , sollte das VLDS etwas näher an der Vertikalen der abgetasteten Fahrzeugseite installiert werden, wenn der Winkel 550 verkleinert wird, um eine mögliche Verdunkelung der Messungen durch einen auf der danebenliegende Bahnschiene passierenden Zug zu vermeiden. Für die in angegebene Geometrie entsprechen die höchsten Werte des vertikalen Zwischenraums in 3DD-Messungen den niedrigsten Höhen der Fahrzeugkörperseite. Einfache geometrische Berechnungen zeigen, dass ein solcher Zwischenraum, bei einem Winkel 550 von 90 Grad, einer maximalen Messrate, einer Laserstrahlneigung von etwa 8 Grad über der Vertikalen und einer Position des 3DD-Punktes etwa 1 Meter über der rollenden Fläche ungefähr 110 mm beträgt. Wenn die Zuggeschwindigkeit unter dem maximalen Bezugswert in der Mehrheit der Fälle liegt, dann könnte ein adaptiver Wert des Winkels 550 durch das Rotieren des VLDS um die Vertikale je nach Zuggeschwindigkeit sich als angemessene Wahl für das Design erweisen, um die Übereinstimmung im schlimmsten Fall zwischen vertikalem und längsgerichtetem Messzwischenraum auf der Zugseite zu maximieren.

5.8 Die Fahrzeugkörperposition und seine Orientierung im Zeitverlauf berechnen

Die Leistung der weiter unten beschriebenen Diagnostikmethoden zur Erkennung von dimensionalen und wärmebezogenen Defekten oder Gefahren eines Fahrzeugkastens hängt von der Genauigkeit der Bestimmung der Position und der Orientierung des Fahrzeugkastens in dem Zeitraum ab, in dem die Messungen für den Wagenkasten selbst ausgeführt werden. Nachfolgend wird eine Methode vorgestellt für die Bestimmung der "VBPO", für "Vehicle Body Position und Orientation", die, wie unten detailliert erläutert ist, die Position und die Orientierung im Raum eines Schienenfahrzeugkörpers als eine Funktion der Zeit ausdrückt, wenn das Fahrzeugsmodell erkannt wurde und die erforderlichen Informationen in der Fahrzeugsdatenbank verfügbar sind.

zeigt ein generisches Schienenfahrzeug 250 mit zwei gelenkfreien Drehgestellen, jedes mit zwei Radsätzen, das auf den Schienen 251 und 252 fährt. Ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem CVB integral mit dem Wagenkasten 250 und zentriert auf 257 mit den Koordinatenachsen XVB 260, YVB 255 und ZVB 258 wird hier betrachtet und ermöglicht, Vektoren oder die Position eines beliebigen Punktes am Wagenkasten zu bestimmen, unabhängig von der Position und der Orientierung des Fahrzeugs selbst. Auch wenn prinzipiell die Position und die Orientierung des Koordinatensystems CVB für den Wagenkasten beliebig gewählt werden könnte, empfiehlt es sich, und davon wird in der folgenden Erörterung ausgegangen, dass die Ebene XVBZVB mit der Symmetrieebene des Fahrzeugkastens übereinstimmt, und dass der Nullpunkt der Achse ZVB mit den für Null angenommenen Definitionen in der LDF-Funktion übereinstimmt. Die Achse ZVB soll parallel zur Rollfläche sein und sich auf ein neues Fahrzeug beziehen, das in der Schienenmitte ruht. Es wird auch angenommen, dass CVB mit dem Koordinatensystem übereinstimmt, das zur Definition aller relevanten Vektoren, die auf dem Wagenkasten basieren, in der Fahrzeugdatenbank verwendet wird. Eine bestimmte Wahl für die Höhe des Nullpunkts von CVB über der Rollfläche (eines neuen Fahrzeugs, d.h. ohne jegliche Abnutzung) kann die Übereinstimmung mit dem Rollmittelpunkt sein, wie er im UIC-Merkblatt 505-1 [050] definiert ist. Viele andere Möglichkeiten für die Positionierung von CVB bezogen auf den Wagenkasten sind jedoch auch möglich.

Außerdem wird ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem CGB integral mit dem Boden und zentriert auf 253 mit den Koordinatenachsen XGB 256, YGB 259 und ZGB 254 in Betracht gezogen. Das Koordinatensystem CGB ermöglicht das Zuordnen von Vektoren für jedes beliebige Element auf dem Boden, und vor allem die Zuordnung von Positionen und Orientierungen zu Sensoren und Instrumenten. Element 264 stellt die Bezugsmitte eines optischen Messinstruments dar, und die Achsen 265, 266 und 267 gehören zu einem Koordinatensystem CMS für dieses spezielle Instrument. Die oben beschriebenen Laserabstandsmessgeräte messen als 3DD direkt die Position des gefühlten Elements 263 in ihrem eigenen Koordinatensystem CMS und ihre Messunsicherheiten werden normalerweise zuerst in eben diesem Koordinatensystem definiert. Andere Sensoren wie optische Schranken, VIS- und NIR Bilderzeugungsgeräte und IR-Bilderzeugungssensorsen ordnen abgestufte gemessene Werte einem Versor und einem Vektorursprung in ihren eigenen Koordinatensystemen CMS zu, da sie den Abstand des gefühlten Elements nicht auflösen können. Im Fall dieser letzten Sensoren, sind ihre CMS Koordinatensysteme die, die normalerweise zur Definition der Unsicherheitsparameter, wie MTF oder ein Ausschnitt eines optischen Strahls für den Abstand, verwendet werden. Koordinatentransformationsformeln, wie die weiter unten erörterten, die die Koordinatensysteme CGB und CVB, und die die Parameter für die Eichung betreffen, ermöglichen es, für jedes Instrument Messvektoren und Messungen im Verhältnis zu Werten, so wie Vektorunsicherheiten, im Koordinatensystem CGB auszudrücken. Die Orientierung der drei Achsen CGB in Richtung Boden und besonders gegenüber der lokalen Orientierung der Schienen könnte prinzipiell beliebig sein, doch es könnte praktischer sein, und davon wird hier auch ausgegangen, dass die Achse ZGB SMI parallel zu den Schienen verläuft und dass die Achse XGB senkrecht zur Rollfläche steht, wenn man davon ausgeht, dass die entsprechende Bahnstrecke geradlinig ist. Die Achse XGB ist folglich nicht vertikal und die Neigung der Schiene ist nicht gleich Null. Die Achse GB ist folglich parallel zur Rollfläche und senkrecht zu den Schienen. Gemäß der Verwendung der ZDF-Funktion, wie unten erläutert, kann die Position des Nullpunkts von CGB entlang der Schienen mit der 0 der Achse L, wie oben definiert, übereinstimmen. Der Abstand des Nullpunkts von CGB von der vertikal zur Schienenachse liegende Ebene resultiert aus dem Eichungsprozess, der weiter unten erörtert wird. Die Höhe des Nullpunkts CGB über der Rollfläche ist auch beliebig und man kann davon ausgehen, dass sie bei der Eichung des Systems auf Null gesetzt wird. In der Praxis ändert sich diese Höhe mit der Zeit wegen der Abnutzung des Schienenkopfes und der Schienensenkung, und diese wird bei direkten oder indirekten Messungen berücksichtigt, wie weiter unten im Abschnitt 0 erläutert wird.

Die VBPO kann definiert werden als eine Vektor-Funktion der Zeit, die im Raum CGB die Position der Mitte CVB 257 und der Drehwinkel des Koordinatensystems ausdrückt. Die VBPO entspricht eineindeutig einen Koordinatentransformationsfunktion &OHgr;(t), abhängig von der Zeit t, dank derer man in auf dem Fahrzeug basierenden Koordinaten CVB die Messvektoren, die durch die auf dem Boden basierenden Koordinaten CGB durch folgende Formel definiert VVB = &OHgr;(t)VGB(113) in der VGB ein Vektor im auf dem Boden basierenden Koordinatensystem CGB ist und VVB der gleiche Vektor in einem auf dem Fahrzeug basierenden Koordinatensystem CVB. Bei Verwendung der RPY (Roll-Pitch-Yaw) Transformationskonvention kann diese Funktion durch folgende Formel ausgedrückt werden

Für eine kombinierte Rotations-Übertragungstransformation in homogenen Koordinaten, wo die zeitabhängige homogene Transformationsmatrize, die der Funktion &OHgr;(t) entspricht, aus der Kombination [&OHgr;(t)] = [&OHgr;RZ(t)][&OHgr;RY(t)][&OHgr;RX(t)][&OHgr;LD(t)](115) der individuellen Matrizen für die Übertragung sowie die RPY-Drehungen resultiert

wo &thgr;(t), &phgr;(t) und &psgr;(t) die Roll, Pitch- und Yaw-Winkel, und X(t), Y(t) und Z(t) die Übertragungskomponenten von CVB zu CGB sind, die zusammen einen Ausdruck der VBPO-Funktion darstellen.

Wegen der kleinen Maximalwerte von &thgr;, &phgr; und &psgr; (bei Verwendung der Orientierungen, die für die obigen Koordinatensysteme CGB und CVB bestimmt wurden) können ihre Sinus- und Cosinus-Funktionen einfach im &OHgr;-Ausdruck ersetzt werden, und zwar durch die abgeschnittenen Formeln der Expansionsreihe

sin(&tgr;) = &tgr;(121) und
wo &tgr; für jeden beliebigen &thgr;, &phgr; und &psgr;-Winkel ausgedrückt in Radianten steht, woraus eine bedeutende Einsparung der Berechnungszeit bei den unten erörterten Berechnungen resultiert.

Die Umwandlung von Vektoren aus dem auf dem Fahrzeug basierenden Koordinatensystem CVB in das auf dem Boden basierende Koordinatensystem CGB kann unter Verwendung der folgenden Formel erfolgen VGB = &OHgr;–1(t)VVB(123) wo &OHgr;–1 die umgekehrte Funktion von Funktion &OHgr; darstellt. Die kommutative Eigenschaft gilt nicht für die Matrixrechenzeichen in der Gleichung 115, und die Matrize, die &OHgr;–1 entspricht, wird durch folgende Expression gegeben [&OHgr;–1(t)] = [&OHgr;–1LD(t)][&OHgr;–1RX(t)][&OHgr;–1RY(t)][&OHgr;–1RZ(t)].(124)

Die Lösung des VBPO-Berechnungsproblems, die direkt zur Lösung der Umwandlung von Vektoren aus Bodenkoordinaten in Fahrzeugkoordinaten, und andersherum, führt, besteht somit in der Bestimmung der Funktionen &thgr;(t), &phgr;(t), &psgr;(t), X(t), Y(t) und Z(t) der Zeit t für einen bestimmten Wagenkasten. Dafür muss eine Expression für jede dieser Funktionen gewählt werden, die einige Parameter einschließt, die optimiert werden können, indem man eine Funktion minimiert, die das Ausmaß der Übereinstimmung zwischen einer Serie von 3DD-Messungen an einem Fahrzeug und einigen bekannten Merkmalen eines entsprechenden Schienenfahrzeugmodells ausdrückt, da solche Merkmale in der Fahrzeugdatenbank, nach einer Fahrzeugerkennung, verfügbar sind.

Die VBPO-Berechnung wird durch einen iterativen Prozess erreicht, der von anfänglichen "geratenen Werten" für die Parameter ausgeht, die sich im Lösungsfindungsprozess ändern können. Es ist offenkundig, dass eine beschränkte Zahl der zu optimierenden Parameter sowie eine angemessene Wahl der ersten Schätzungen für die Parameterwerte wichtig sind, um die gesuchte Lösung schneller und zuverlässiger zu finden. Eine wichtige Vereinfachung im VBPO-Berechnungsproblem ergibt sich aus der Verwendung der LDF-Funktion, die für das entsprechende Fahrzeug bei der Fahrzeugerkennung berechnet wurde, wie oben beschrieben ist. In der Tat kann die Funktion Z(t) unter Annahme des oben CVB Koordinatensystems als gleich der LDF-Funktion L(t) betrachtet werden. Auch wenn prinzipiell Z(t) durch einen VBPO-Schätzungsprozess näher bestimmt werden könnte, zieht der Anmelder es vor, sie als gleich der entsprechenden LDF zu betrachten, da dies die VBPO-Berechnungsmethode schneller, einfacher und sicherer macht. Das Spiel des Fahrzeugkastens in der Richtung ZVB gegenüber der Position der Radsatzmitten oder der Position der Drehachsen der Drehgestelle 261 und 262 ist in Wirklichkeit in der Regel sehr klein, und daher ist die Verwendung der 3DD-Daten zur näheren Bestimmung der Z(t)-Schätzung, die durch die LDF erlangt wurde, wenig hilfreich, wenn die LDF sorgfältig mit einer ausreichend großen Zahl von geeigneten Radsensoren und einer geeigneten Berechnungsmethode ausgeführt wurde. Die für die Orientierung der Achse XGB getroffene Wahl ermöglicht es, X(t) als zeitunabhängig zu betrachten, es sei denn es werden sehr genaue 3DD-Messungen durchgeführt. Die anfängliche Schätzung vom Wert X0 kann von der Höhe von CVB über der Rollfläche, die in der Datenbank verfügbar ist, abgeleitet werden. Der geschätzte Wert für den Zwischenraumwinkel &phgr;0 kann auf Null gesetzt und dieser Winkel kann als konstant betrachtet werden, wegen seiner tatsächlichen geringen Veränderung bei Schienenfahrzeugen, es sei denn sehr genaue 3DD-Messungen werden durchgeführt. Die Funktionen Y(t) für die Seitenverschiebung, &thgr;(t) für die Rollschwankungen und &psgr;(t) für die Yaw-Schwankungen sind das Hauptziel der VBPO-Bestimmungsprozedur, da sie die Werte darstellen, die die seitliche Verschiebung des Fahrzeugkastens hauptsächlich bestimmen.

Die Menge &zgr; 2VBPO , die zur Bestimmung der Winkel- und Verschiebungskomponenten der FBPO-Funktion minimiert wird, kann durch die folgende Chi-Quadrat-Formel ausgedrückt

in der die Mengen &zgr;r das Ausmaß der Positionsübereinstimmung eines bestimmten Fahrzeugs aus der Fahrzeugdatenbank mit einer oder mehrerer 3DD-Messugnen ausdrücken, und in der die Werte &sgr;r die entsprechenden Standardabweisungen darstellen. Die Abhängigkeit der Werte R &zgr;r von den zu optimierenden Parametern zur Definition der VBPO-Komponenten ergibt sich aus der Verwendung der &OHgr; oder &OHgr;–1-Umwandlung zur Berechnung der Werte &zgr;r in den Koordinatensystemen CVB oder CGB.

Der Anmelder hat einige wenige andere Definitionen und entsprechende Berechnungsmethoden für die Werte &zgr;r erwägt und ein kurze Zusammenfassung dieser folgt hier unten, die ihre Bedeutung bei der Bestimmung der Berechnungszeiten, die Sicherheit der Methode und die Auswirkungen auf die Vorbereitung der entsprechenden Merkmaldaten, die in der Fahrzeugdatenbank gespeichert werden sollen, darlegt. Solche Optionen stehen vor allem im Zusammenhang mit der Wahl der Fahrzeugmerkmale, dem Messsystem, das zur Ermittlung der 3DD-Werte verwendet wird, sowie mit der Definition von &zgr;r.

Im Allgemeinen, sofern die Suche nach der VBPO-Lösung mit anfänglichen Schätzwerten für die VBPO-Komponenten begonnen wird, ist der entsprechende anfängliche Fehler von &thgr;(t), &phgr;(t), &psgr;(t), X(t), Y(t), d.h. von allen VBPO-Komponenten mit Ausnahme von Z(t), ein sehr wichtiger Aspekt, der bei der Definition und Berechnung von &zgr;r berücksichtigt werden muss.

Wenn die 3DD-Messungen mit einem der oben beschriebenem Mittel unter Verwendung von festen oder Abtastabstandslasermessgeräten ausgeführt werden, dann kann man den Zwischenraum zwischen den 3DD-Messrichtungen und die möglichen Lücken zwischen Messstrahlen gemeinsam als Haupteinschränkung in der Berechnung der Werte &zgr;r ansehen.

Eine erste Art von Fahrzeugelement, das der Anmelder in diesem Fall zu verwenden empfiehlt, ist eine ebene Fläche, hier "große ebene Fläche" oder "F1" genannt, wobei der Abstand der 3DD-Punkte von der Fläche als Definition für &zgr;r verwendet wird. Wenn mehr als eine 3DD-Messung von den LDM-Sensoren sich auf die gleiche ebene Fläche beziehen, dann kann man &zgr;r als die Quadratwurzel der Summe der individuellen Qudratabstände definieren. Dieses Element kann leicht in der Fahrzeugdatenbank durch eine Reihe von Parametern kodiert werden, so wie die drei Eckpunkte, die ein Rechteck im Koordinatenraum CVB definieren. Ein wichtiger Vorteil dieser Wahl ist, dass einer oder mehrere der entsprechenden 3DD-Punkte leicht ausgewählt werden können, wenn man eine ausreichend lange und breite Fläche verwendet, die sicherstellt, dass solche Punkte sich auf das ebene Flächenelement beziehen, wobei der maximal mögliche Fehler bei den Anfangswerten der VBPO-Komponenten berücksichtigt werden müssen. Einige Beispiele von F1-Elementen sind ein flacher Teil auf der Seitenwand eines Waggons, ein Teil eines flachen Waggondachs, ein flacher geneigter Teil einer oberen Abdeckung eines Waggons für den Transport von Kohle oder eine flache Platte zum Anbringen von Etiketten auf einem Chemietankerbahnwagen. Wenn diese flachen Teile parallel oder fast parallel zur Ebene XVBZVB liegen, dann ist der Abstand zu einem 3DD-Punkt, der getroffen werden soll, besonders wirksam für die Definition der Seitenverschiebung der Komponenten Y(t) der VBPO-Funktion, während die Auswirkung auf die Definition der Rollkomponente &thgr;(t) minimal ist, wenn die Flächenhöhe fast die Höhe der Rollmitte erreicht, und die Auswirkung nimmt mit Zunahme des Unterschieds zwischen den beiden Höhen zu. Die Auswirkung auf die Yaw-Komponente &psgr;(t) wird in der Regel groß sein, es sei denn das Element liegt nahe an der Ebene XVBYVB. Wenn, andersherum die flachen Elemente parallel oder fast parallel zur Ebene YVBZVB liegen, dann ist der Abstand zu einem 3DD-Punkt, der getroffen werden soll, besonders wirksam für die Definition des Zwischenraumwinkels &phgr;(t) und die der Komponenten der vertikalen Verschiebung X(t) (oder nur X) der VBPO-Funktion, während die Auswirkung auf die Definition der Rollkomponenten &thgr;(t) minimal ist, wenn das flache Element nahe an der Ebene XVBZVB liegt, d.h. nahe der Vertikalen der Rollmitte, und es nimmt mit einer größer werdenden seitlichen Verschiebung von der Ebene XVBZVB zu. Wenn ein flaches Element parallel oder fast parallel zur Achse ZVB liegt und einen Winkel mit der Achse XVB bildet, der relativ weit entfernt von allen Multiplen von &pgr;/2 Radianten ist, wird es im Allgemeinen eine Auswirkung auf X(t) und Y(t) haben, während es sich auf &thgr;(t), &phgr;(t) und &psgr;(t) abhängig von seiner Position über den Fahrzeugen auswirkt. Ähnliche Betrachtungen können auch für andere Orientierungen eines flachen Elements angestellt werden, bei Berücksichtung der Tatasche, dass &zgr;r in diesem Fall zur Position und Orientierung des Fahrzeugkastens über einen Abstand in Beziehung steht, der in der orthogonalen Richtung zur Fläche des flachen Elements gemessen wird. Die relative Bedeutung eines bestimmten flachen Elements bei der Bestimmung der VBPO-Komponenten hängt natürlich von der Unsicherheit von &sgr;r in Bezug auf &zgr;r ab, ein Wert, der berechnet werden muss und in der Regel von der Orientierung und der Position auf dem flachen Element abhängt.

Eine schmale und langgezogene flache Fläche ist die zweite praktische Lösung, die mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel ist, und sie wird hier "dünnes flaches Element" oder "F2"-Element genannt. Dieses Element, wie F1, kann leicht in der Fahrzeugdatenbank als eine Serie von Parametern kodiert werden, so wie die drei Eckpunkte, die ein Rechteck im Koordinatenraum CVB definieren. Dieses Element ist relativ leicht zu finden, auch in dem wichtigen und relativ schwierigen Fall von flachen Schienenfahrzeugen, da es zum Beispiel der Seitenfläche von Teilen des Ladedecks auf einem Waggon entsprechen kann. In diesem Fall ist zu erwarten, dass nur ein Bruchteil der LDM-Messpunkte, die mit der gewissen anfänglichen Unsicherheit in der LVPO-Funktion gewählt werden, gültig ist, in dem Sinne, dass sie einer ausreichenden Überschneidung der Schnittfläche des Laserstrahls und der dünnen Fläche des Elements beim Messen entsprechen, je nach Typ der LDM. Es sollte daher in diesem Fall ein vorbereitender Prozess erfolgen, um die Kandidaten-3DD Messpunkte zu filtern. Solch ein Filtern ist besonders leicht, wenn das F2-Element einen deutlichen „dreidimensionalen Kontrast" zum Hintergrund hat, d.h. wenn ein bedeutender Abstand in Richtung des Messungslaserstrahls zwischen den gemessenen Abstandswerten an den Kanten des Elements und dem Abständen im Hintergrund besteht. Einige Typen der LDM-Instrumente, vor allem die, die auf einer Modulationsphase basieren, liefern stark diffuse Messungen, wenn das von LDM zurückgeworfene Licht teilweise vom Rand des Elements und teilweise vom Hintergrund kommt und daher sollte der Filterprozess in der Lage sein, diejenigen 3DD-Punkte zu eliminieren, deren Abstand wenig größer als der des nächsten Elementrandes ist. Dieses Filtern der 3DD-Kandidatenmesspunkte für ein F2-Element kann zum Beispiel auf der Suche nach einer 3DD-Punkt-Untermenge basieren, die bei einem minimalen Quadratfehler zu einer Ebene passt, deren Position und Orientierung um die F2-Elementposition und -orientierung herum begrenzt sind, da die Elemente der Kandidaten-Untermenge ebenfalls innerhalb eines Rechtecks liegen müssen, das als das Element selbst gesehen werden kann, das so weit verkleinert wurde, dass es der Größe des Querschnitts des Messstrahls und der Orientierung des Strahls gegenüber der Elementfläche Rechnung trägt. Ein möglicher Weg zur Berechnung von &zgr;r für ein F2-Element ist der gleiche, wie er für F1 beschrieben wurde, wobei er nur die durch den obigen Filterprozess gefundenen Punkte verwendet. Ein anderer Weg könnte darin bestehen, die Ebene zu definieren, die diese Punkte interpoliert, und dann &zgr;r durch den durchschnittlichen Quadratabstand zwischen Element und dieser Ebene zu definieren.

Eine aus einer runden Fläche "herausgeschnittene" Platte, hier "rundes Plattenelement" oder "F3"-Element genannt, kann bei bestimmten Arten von Fracht-Bahnwagen wie Chemietankern nützlich sein. Dieses Element kann in der Fahrzeugdatenbank durch einige wenige Parameter definiert werden, wie dem Nullpunkt und der Richtung der Zylinderachse plus dem Zylinderradius und den Ebenen, die die Platte definieren, oder den Koordinaten, die die zwei linearen Plattenränder definieren sowie einer zu ihnen parallelen Linie, die gleich weit von beiden Rändern entfernt ist, oder auf eine andere Weise mit wenigen Parametern, die so definiert sein müssen, dass die Berechnung von &zgr;r. erleichtert wird. Die Größe der F3-Platte kann als groß genug vorausgesetzt werden, dass die Verwendung einer einfachen Berechnungsweise von &zgr;r, wie sie oben für F1 beschrieben ist, möglich ist. Die Merkmale F3 sind attraktiv, sofern sie groß genug sind, da sie eben im Beispiel des horizontalen Zylinders sowohl die VBPO-Komponenten X(t) und Y(t) und gleichzeitig die Komponenten &thgr;(t), &psgr;(t) beeinflussen, vorausgesetzt, dass der Längsabstand des Elements von der Ebene XVBYVB ausreichend groß ist.

Eine lineare solide Struktur, hier "stangenähnliches Element" oder "F4"-Element genannt, ist eine weitere Option, die mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel ist. Dieses Element kann zum Beispiel für Handläufe von Laufstegen auf Bahntankern und für andere externe horizontale, vertikale oder geneigte Elemente verwendet werden, die aus einem Rohr bestehen und eine feste Komponente des Fahrzeugmodells darstellen. Dieses Element kann in der Fahrzeugdatenbank durch zwei Punkte der Stangenachse an ihren Enden und durch den Stangenradius kodiert werden. Eine vorbereitende Verarbeitung der Elementdaten wie im Falle des Elements F2 wird empfohlen und eine ähnliche Prozedur kann für das Filtern der 3DD-Messpunktkandiaten verwendet werden. &zgr;r kann als Quadratwurzel der Summe der Quadratabstände zwischen ausgewählten Punkten und der Stangenfläche berechnet werden, oder durch die Definition der Linie, die diese Punkte interpoliert, und die Definition von &zgr;r durch den durchschnittlichen Quadratabstand zwischen der Ecklinie des Elements und einer solchen Linie.

Eine V-förmige Struktur ist ein anderes mögliches Element, das mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel ist, und hier "V-förmiges Element" oder "F5"-Element genannt wird. Dieses Element findet in vielen Fällen ganz allgemein Anwendung und kann sich, so wie Typ F2, sehr nützlich in relativ schwierigen Fällen wie bei flachen Schienenfahrzeugen erweisen. Eine vorbereitende Verarbeitung der 3DD-Daten ist auch in diesem Fall durch ein Filtern der Daten empfehlenswert, das in diesem Fall in der Klassifizierung von ausgewählten Punkten in zwei Gruppen, die den zwei V-förmigen Ebenen entsprechen, resultiert. &zgr;r kann hier als Quadratwurzel der Summe der Abstände zwischen ausgewählten Punkten und der entsprechenden Fläche berechnet werden, oder anhand der Definition der V-förmigen Ecklinie durch die Interpolierung der zwei Ebenen zur Definition von &zgr;r durch den durchschnittlichen Quadratabstand zwischen der Achse des Elements und einer solchen Linie führen. Diese Art von Element ist durch einen relativ komplexen vorbereitenden Verarbeitungsprozess gekennzeichnet, doch er liefert eine Definition von &zgr;r, die sehr entscheidend ist für die Definition von mindestens zwei kritischen VBPO-Komponenten, je nach Orientierung und Position des Elements selbst.

Ein Schlitz in einer flachen Oberfläche ist ein besonderer Typ von Element, hier "Schlitzelement" oder "F6"-Element genannt, das mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel sein kann. Dieses Element kann in der Fahrzeugdatenbank als die Schlitzbreite und die zwei Endpunkte seiner Mittellinie kodiert werden, zusammen mit dem Kodieren der entsprechenden Oberfläche, wie für das Element von Typ F1 beschrieben wurde. In diesem Fall sollten die Kandidaten-Datenpunkte gefiltert werden, um die 3DD-Punkte, die zu dem Schlitz gehören, zu wählen, indem man die nicht mit der Oberfläche kompatiblen Abstände misst und indem man dreidimensionale Koordinaten und Messvektoren ermittelt, die mit dem linearen Schlitz übereinstimmen. &zgr;r kann in diesem Fall durch die Interpolierung der Schlitz-Mittellinie und die Berechnung der Quadratwurzel des durchschnittlichen Quadratabstands seiner Mittellinie zur Mittellinie des Elements, so wie es in der Fahrzeugdatenbank kodiert wurde, definiert werden. Die ausgesonderten Datenpunkte der Oberfläche, die weit genug von den Schlitzrändern entfernt sind, können auch zur Definition eines zweiten Wertes &zgr;r verwendet werden, der auf die gleiche Weise wie für das Element F1 berechnet wird.

Eine lineare und niedrige gratartige Struktur über einer flachen Oberfläche kann auch mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel sein, sofern diese genau genug sind. Diese Struktur entspricht einem Element, das hier als "lineares Gratelement" oder "F7"-Element bezeichnet wird. Die Definition, die vorbereitende Verarbeitungsmethode und die Definition von &zgr;r sind ähnlich denen, die oben für das Element F6 erläutert wurden.

Eine aus einer kugelförmigen Fläche herausgeschnittene Platte, hier "kugelförmiges Plattenelement" oder "F8"-Element genannt, kann als Element für einige spezielle Fälle von Schienenfahrzeugen geeignet sein, wenn LDM 3DD-Messungen verwendet werden, um &zgr;r zu definieren. Die Definitionen und Methoden zur vorbereitenden Verarbeitung der Daten und zur Berechnung von &zgr;r sind vom Konzept her den oben für F3 gegebenen Angaben ähnlich.

Trihedrale Elemente mit ausreichend großen Ebenen, hier "trihedrale Elemente" oder "F9"-Elemente genannt, können als eine offensichtliche Erweiterung der F5-Elemente behandelt werden und sind eine informationsreiche Option, die mit den LDM 3DD-Messungen kompatibel ist.

Eine prinzipielle Alternative zu LDM 3DD-Messungen für die Berechnung der VBPO-Funktion ist die Verwendung von stereoskopischer Bildverarbeitung für geeignete Elemente, die in der Fahrzeugdatenbank gespeichert sind. In der Tat, auch wenn der Anmelder oben seine Bedenken bezüglich der Sicherheit dieser Methode für das Erkennen von überstehenden Hindernissen ausgedrückt hat, hält er diese Methode für eine interessante Option, wenn das im Raum zu lokalisierende Element auf geeignete Weise gewählt werden kann, so wie im Fall von Elementen, die in der Fahrzeugdatenbank gespeichert sind. Man kann natürlich zusätzliche VIS- oder NIR-Bilderzeugungssensoren installieren mit dem speziellen Zweck, 3DD-Messungen für ausgewählte Fahrzeugelemente durchzuführen, doch der Anmelder zieht es vor, für diesen Zweck so weit wie möglich die gleichen Bilderzeugungsgeräte zu verwenden, die wie oben beschrieben installiert sind, um die Fahrzeugbilder zu ermitteln, die als Input für den OCR-Prozess verwendet werden. Angesichts der Notwendigkeit, gleichzeitig Merkmale mit mindestens zwei verschiedenen Bilderzeugungsgeräten abzubilden, um den Fahrzeugelementen eine stereoskopische Bildverarbeitungslokalisierung zuzuordnen, und da die Kandidaten-Elemente oft an äußeren Positionen um das Fahrzeug herum positioniert sind, könnte man eine größere Anzahl von linearen Bilderzeugungsgeräten in vorschlagen. Die Verwendung weiterer Winkel und eine höhere Zahl von Bildverarbeitungselementen in der Anordnung für diese Bilderzeugungsgeräte ist eine Lösung, die es ermöglichen würde, einen bedeutenden Anstieg der Zahl der linearen Bilderzeugungsgeräte zu verhindern, wenn man den zentralen Teil der linearen Bilderzeugungsgeräte für OCR und Dokumentationszwecke verwendet, und die Seitenteile für die stereoskopische Bildverarbeitung, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass für den letzterer Prozess in einigen Fällen eine niedrigere Bildqualität als OCR im Rahmen der Methode akzeptabel ist. Eine große Verschiebung zwischen den Bilderzeugungsgeräten führt dazu, dass die Definition der Position der Elemente durch die stereoskopische Bildverarbeitung eine gültige Option für einen begrenzten Satz von Elementen wird, einschließlich bei besonderen Linien und Formen, die auf fast flachen Oberflächen liegen. Eine große Verschiebung der Bilderzeugungsgeräte ist jedoch durch eine größere Genauigkeit beim Messen des Abstands des Elements von den Bilderzeugungsgeräten gekennzeichnet. Die Installation eines zweiten Bilderzeugungsgerätes nur für die stereoskopische Vision nahe an einem Bilderzeugungsgerät, der für die zweidimensionale Bildverarbeitung zuständig ist, ist jedoch eine Option, die in Betracht gezogen werden kann, wenn die stereoskopische Vision als primäre Methode für die Erkennung von Fahrzeugmerkmalen im Rahmen der Erkennungsprozedur der VBPO-Funktionskomponenten eingesetzt wird. Eine andere Vorgehensweise für die Verwendung von Bilderzeugungsgeräten bei der Bestimmung der Position von Fahrzeugelementen im Raum ist die Verarbeitung von einzelnen zweidimensionalen Bildern (einschließlich Bilder, die durch Daten vom linearen Bilderzeugungsgerät konstruiert werden), die Fahrzeugelemente enthalten, für die eine oder mehrere Größenmessungen ausgeführt werden können. Die Verwendung dieser letzten Methode impliziert allgemein nicht eine Veränderung der Anzahl der linearen Bilderzeugungsgeräte oder ihrer Eigenschaften hinsichtlich der Erörterung zu den Bilderzeugungsgeräten in und für OCR und Dokumentationszwecke.

Ein Element, das der Präsenz eines undefinierten visuellen Zeichens oder einer Markierung auf einer bekannten flachen Fläche entspricht, wird hier „flaches undefiniertes visuelles Element" oder "F10"-Element genannt. Diese Option, die auf der Bildverarbeitung beruht, kann für eine Vielzahl von Schienenfahrzeugen angewandt werden, auf denen Markierungen oder Zeichnungen auf einer flachen Fläche zu erwarten sind, so wie ein Teil einer Schienenfahrzeugwand. Die oben für die F1-Elemente angegebene Flächenkodierung kann auch in diesem Fall verwendet werden. Wenn dieses Element in der VBPO-Methode eingesetzt wird, produziert eine Verarbeitungsprozedur für stereoskopische Abbildungen in den meisten Fällen eine Lokalisierung, indem sie einen Satz von 3DD-Punkten erzeugt, der die Fläche definiert. Der entsprechende Wert &zgr;r kann so als die Quadratwurzel der Summe der Quadratabstände der entsprechenden 3DD-Punkte von der Oberfläche des Elements definiert werden, so wie bei Element F1. Alternativ dazu kann die relevante Ebene im Raum CGB über die Ergebnisse der Bildverarbeitung definiert werden, und die Quadratwurzel des durchschnittlichen Quadratabstands von dieser Ebene von der entsprechenden Oberfläche, die in der Fahrzeugdatenbanker definiert ist, kann als Definition für &zgr;r dienen.

Eine visuelle Form mit bekannten Ausmaßen und einer unbekannten genauen Position auf einer flachen Oberfläche wird hier "schwebende Form mit fester Größe" oder "F11" genannt. Die Verarbeitung des entsprechenden Bildes oder der Bilder kann in diesem Fall durch eine Methode zur Verarbeitung von Stereo- oder Einzelabbildungen erfolgen, dank der absoluten Größen der Form. Die Bildverarbeitungsergebnisse lokalisieren die entsprechende Ebene im Raum CGB und die Quadratwurzel des durchschnittlichen Quadratabstands von dieser Ebene von der entsprechenden Oberfläche, die in der Fahrzeugdatenbank definiert ist, kann als Definition für &zgr;r dienen.

Wenn eine visuelle Form auf einer Fahrzeugebenenfläche eine definierte Größe und eine definierte Orientierung und Position hat, entspricht sie einer "komplett definierten Form" oder "F12". Die Verarbeitung des entsprechenden Bildes oder der Bilder kann in diesem Fall durch eine Methode zur Verarbeitung von Stereo- oder Einzelabbildungen erfolgen, und die Bildverarbeitungsergebnisse kann in diesem Fall zur Berechnung &zgr;r der Quadratwurzel der durchschnittlichen Quadratabständen zwischen zwei Formen berechnet werden, die durch die Messungen und die entsprechenden Kodierungen in der Fahrzeugdatenbank definiert sind.

Nicht alle der oben angegebenen Typen von Elementen müssen unbedingt in einer Systemform implementiert werden. Andere Arten von Elementen können zusammen mit ihrer Kodierung in der Fahrzeugdatenbank und durch eine oder mehrere Berechnungsmethoden eines oder mehrerer Werte &zgr;r definiert werden. Die Methoden für die Quantifizierung der Unsicherheiten &sgr;r für die Werte &zgr;r werden hier nicht erörtert, da sie sehr viele Textzeilen beanspruchen würden und da Fachleute, wie zum Beispiel Experten für die numerische Berechnung in der Robotertechnik, diese ohne große Schwierigkeiten definieren können.

Im Allgemeinen wird mehr als ein Element für ein bestimmtes Fahrzeugmodell in der Fahrzeugdatenbank verwendet und die Wahl der Elemente erfolgt auf Grundlage einer Reihe unterschiedlicher Kriterien mit dem Ziel, die Leistung der VBPO-Prozedur zu maximieren, während man die Komplexität und die Kosten der Bevölkerung der Fahrzeugdatenbank einschränkt. Die Anwendbarkeit eines bestimmten Elements hängt offensichtlich von den geometrischen Eigenschaften und von den operativen Merkmalen individueller Fahrzeuge ab und wird durch die Art der Sensoren, die in der Systemimplementierung installiert werden, sowie von ihrer Position und Orientierung bestimmt. Falls mehr als eine Version des Systems implementiert wurde (mit unterschiedlichen Instrumententypen und/oder ihrer Positionierung), kann die Fahrzeugdatenbank als eine einzige Version existieren und Elemente enthalten, die nur von einigen dieser Versionen angewandt werden können. Eine Reihe solcher Grundkriterien wird hier unten definiert, um zu entscheiden, welche Elemente geeigneter sind, um den Inhalt der Fahrzeugdatenbank für ein bestimmtes Fahrzeug zu definieren, ohne zu implizieren, dass ihre Reihenfolge ihrer relativen Bedeutung entspricht, oder dass andere Kriterien, die mindestens genauso wichtig sind, nicht existieren.

Ein offensichtliches, doch fundamentales Kriterium bei der Wahl der Positionen und der Größe der Fahrzeugelemente für ein Fahrzeugmodell ist das Verhindern von Störungen durch die Last, und vor allem durch die Präsenz von vorstellbaren abnormalen Lasten und von möglicherweise zu weit hervorstehenden Objekten, die durch das System erkannt werden würden. Dieses Kriterium sollte jedoch nicht für alle Elemente als unumgänglich gelten und es sollte missachtet werden, wenn es mit der Möglichkeit unvereinbar ist, genügend gut bekannte Elemente auf Grundlage der anderen unten erörterten Kriterien zu definieren.

Die verschiedenen Arten von Elementen wirken sich unterschiedlich auf das Nähern der Funktionen &thgr;(t), &phgr;(t), &psgr;(t), X(t) und Y(t) aus, auch abhängig von den Positionen der Elemente. Die Arten und Positionen der gewählten Elemente sollten daher möglichst keine unentschiedenen VBPOP-Komponenten aufweisen, vor allem nicht die kritischen.

Die Funktionen &thgr;(t), &phgr;(t), &psgr;(t), X(t) und Y(t) werden durch Messungen genähert, die zu einer Reihe von Zeitpunkten bei entsprechenden unterschiedlichen Fahrzeugverschiebungen in Bezug auf die am Boden installierten Instrumente durchgeführt werden. Die Wahl der Elemente und ihrer Position auf dem Fahrzeug sollte daher den Abstand zwischen den Elementen und der Positionierung der Elemente berücksichtigen, um eine ausreichend gleichmäßige Verteilung der registrierten Elemente bei der Fahrzeugabtastung für eine wirksame Bestimmung der zeitabhängigen VBPO-Komponenten zu erreichen, besonders von den eher kritischen Komponenten. Die oben beschriebenen zwölf Arten von Elementen sind klar durch eine unterschiedliche Komplexität und ein unterschiedliches Ausmaß der Verwendung mit Berechnungsmitteln gekennzeichnet. Die erforderliche Laufzeit von Berechnungsmitteln sollte daher mit berücksichtigt werden, wobei man der Tatsache Rechnung tragen muss, dass einige der Berechnungen, vor allem die bei der Kommentierung der verschiedenen Elemente als vorbereitende Berechnungen bezeichneten Prozesse, nur ein Mal ausgeführt werden, wogegen die Werte &zgr;r mehrere Male bei der Minimierung der Expression 125 berechnet werden. Die Berechnung der VBPO-Funktion sollte auch berücksichtigt werden, wenn man die Längsposition der Sensoren um die Schiene herum entscheidet, vor allem hinsichtlich der Leistung des Begrenzungslinienprofils und der thermalen Diagnostikmethoden für den Wagenkasten. Eine erste Erwägung ist hier, dass die Berechnung der VBPO und vor allem der Komponenten &phgr;(t), &psgr;(t), X(t) und Y(t) durch die oben angegebenen Messungen erfordert, dass geeignete 3DD-Daten in angemessen kurzen Zeitabständen für mindestens zwei Stellen mit einem ausreichen großen Längsabstand verfügbar sind. Eine zweite Erwägung ist, dass, ähnlich dem, was oben über die Positionierung der Radsensoren im Verhältnis zum SMI gesagt wurde, es in diesem Fall wichtig ist, dass die dreidimensionale Position und die Orientierung des Fahrzeugkastens mit ausreichender Genauigkeit bekannt sind, wenn eine Messung im Bezug auf das Begrenzungslinienprofil oder die thermale Erkennung ausgeführt wird, wobei man auch den Zeitunterschied oder die Längsverschiebung zwischen den Messungen für die VBPO-Berechnung und den mit den Fahrzeugkomponenten assoziierten Messungen bei der Transformation von &OHgr; oder &OHgr;–1 berücksichtigen muss.

Wie weiter unten erörtert wird, erfordert die Verwendung von 3DD-Messungen für die Funktionen im Zusammenhang mit dem Begrenzungslinienprofil, dass diese mindestens zweimal ausgeführt werden, um einen falschen Alarm aufgrund von fliegenden störenden Elementen zurückzuweisen, und es wurde oben gesagt, dass die am SMI positionierten Sensoren für die Messung von 3DD-Daten der beiden lateralen Fahrzeugkörperseiten vorteilhaft in der Längsrichtung platziert werden sollten. Daher könnte eine vorteilhafter Ort für die relevanten 3DD-Messsensoren ein fast gleicher Abstand entlang dem SMI sein, wobei man ihre Installation auf den beiden Schienenseiten abwechselt und einen ausreichend großen Abstand zwischen ihren beiden extremen Positionen in Bezug auf die Positionen der Sensoren für die Funktionen vom Begrenzungslinienprofil und der thermalen Diagnostik beibehält, da diese Sensoren teilweise mit den Sensoren übereinstimmen, die die VBPO-Berechnung durchführen.

Wie im oben besprochenen Fall der LDF-Funktionen können die VBPO-Funktionen, und vor allem die Funktionen von &thgr;(t), &psgr;(t) und Y(t) und Z(t), durch Anwendung von kubischen Spline-Funktionen genähert werden. In einem solchen Fall sollten die Zahl der Spline-Stücke und ihre Einschränkungen von der Zuggeschwindigkeit abhängen und zur tatsächlichen Dynamik von Schienenfahrzeugen passen, wobei man Annahmen zum schlimmsten Fall oder, sofern möglich, einige Parameter der Fahrzeugdatei anwenden sollte. Der Verwendung der abgeschnittenen Fourier-Serie oder ihrer Kombination mit den Spline-Funktionen könnte eine Alternative darstellen, vor allem im Falle von VBPO-Rotationskomponenten.

Es können Multi-Parameter-Standardtechniken zur Optimierung der VBPO-Definition bei einer Minimierung der Expression 125 verwendet werden. Die Wahl über die Berechnung von &zgr;r in den Koordinatenräumen CGB oder CGB bleibt offen, und man kann entweder die &OHgr;-Transformation von 3DD-Messungen oder die &OHgr;–1-Transformation von Koordinaten der Fahrzeugelemente anwenden. Die zweite Wahl kann von Vorteil sein, wenn das Element durch einige wenige Vektorparameter beschrieben ist, während es viele Vektoren für die relevanten 3DD-Messungenparameter gibt. Wegen der Möglichkeit, dass die Messung eines Elements gestört wird, vor allem bei einem normalen oder abnormalen Lastelement, sollt die VBPO-Berechnungsprozedur so sein, dass zumindest bei Konvergenzproblemen die Berechnung wiederholt wird, und dabei eine oder mehrere der in Betracht gezogenen Elemente vernachlässigt werden, bis eine zufrieden stellende Konvergenz erreicht wird. Sollte eine zufriedenstellende Konvergenz der VBPO-Berechnungsprozedur nicht erreicht werden, so würde dies zur Erzeugung eines Fehlerkennzeichens oder eines Fehlerhinweises führen, der von den anderen für das entsprechende Fahrzeug verfügbaren Funktionen auf angemessene Weise behandelt werden muss.

5.9 Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil des Körpers und der Last eines identifizierten Fahrzeugs

Die Methode, die 237 in entspricht, wird nachfolgend beschrieben und dient der Erkennung von Gefahren im Begrenzungslinienprofil von Schienenfahrzeugen, deren Modell identifiziert wurde und deren BVPO-Funktionskomponenten, wie oben erläutert, berechnet wurden.

Die entsprechenden Gefahren im Begrenzungslinienprofil umfassen Fahrzeuge, die nicht mit dem Begrenzungslinienprofil kompatibel sind, unzulässige Lastprofile aufgrund von unangemessener Fracht oder einer Frachtverschiebung oder einer unregelmäßigen Fracht. Diese Methode bezieht sich nicht auf die unteren Fahrzeugteile, so wie durch die UIC-Serie 505-Merkblätter [050, 051, 052] definiert, da solche Teile Thema einer anderen Erörterung weiter unten in diesem Dokument sind.

ähnelt der im UIC-Merkblatt 505-1 [050] und umfasst einige Profile und Parameter, die in der unten stehenden Erörterung zur Erkennung von Gefahren im Begrenzungslinienprofil des Fahrzeugkastens und seiner Fracht angegeben sind. Der Anmelder stellt klar, dass die folgenden Kommentare zu , so wie die Kommentare zu weiter unten, keine authentische und vollständige Interpretation der entsprechenden Inhalte des UIC-Codes darstellen sollen, und dass sie nur dazu dienen, das Leseverständnis dieses Dokumentabschnitts zu verbessern, in der Annahme, dass der Leser die UIC-505-Serie der Merkblätter in ausreichendem Maße kennt. Die beiden Achsen 560 und 561 definieren das "normale Koordinatensystem" für eine Schiene und für einen transversalen Fahrzeugabschnitt, der senkrecht zur Längsachse der Schienenmittenachse steht. Diese normalen Koordinaten, verwendet in der Merkblattserie UIC 505, gelten sowohl für das Fahrzeug als auch die Strecke, in der Annahme, dass das Fahrzeug still steht und symmetrisch positioniert ist, so dass seine vertikale Achse durch die Mittelachse der Schiene vor Ort läuft. Der Nullpunkt beider Achsen 560 und 561 liegt auf der Rollfläche in gleichem Abstand von den Schienen. Das Thema insgesamt des Begrenzungslinienprofils von einem Schienenfahrzeug, gemäß des UIC-Codes, basiert auf der Annahme eines bestimmten Begrenzungslinienprofils, das ein Bezugsprofil und einen Satz von Regeln einschließt, die, dadurch dass sie ein solches Profil als gemeinsame Grundlage nehmen, den Schienenfahrzeugsdiensten ermöglichen, ein maximal zulässiges Profil für die Fahrzeuge (und ihre Fracht) zu definieren, sowie den Strecken- und Arbeitsdiensten ermöglichen, ein Begrenzungsprofil für die Infrastrukturelemente zu definieren. Die verschiedenen Profile 562, 563, 564, 571, 572 und 574 sind durch die Serie 505 der UIC-Merkblätter in Bezug auf die Klassifizierung der Effekte einer Reihe von Faktoren definiert, so zum Beispiel die Position der Fahrzeugkörperteile im Verhältnis zu den Schienen in einer Kurve, die Neigung des Fahrzeugs um seine Rollmitte, die seitliche Verschiebung des gesamten Fahrzeugkastens wegen eines zu starken oder zu starken Kippens, die Kinematik der Drehgestelle und Achsen, die Mängel der Schienenstrecke, das Absacken von Schienen und Schwellen im Gleisschotter, usw. Das Profil 562 entspricht dem einschränkenden Begrenzungslinienprofil in der Fahrzeugkonstruktion und definiert die maximalen Verschiebungspositionen von der Achse 560 von jedem beliebigen Fahrzeugteil (bei einer bestimmten Längsposition auf dem Fahrzeug). Das Profil 563 entspricht dem Bezugsumriss des kinematischen Begrenzungslinienprofils des Fahrzeugs und der Abstand E 566 zwischen diesem Umriss und dem Fahrzeugkonstruktionsprofil 562 wird durch die "Reduzierungen" vorgegeben, die gemäß der Regeln des UIC-505-1 Merkblatts [050] bewertet werden müssen. Die Menge E entspricht in der Tat entweder Ei oder Ea, je nach der Position des relevanten transversalen Abschnitts, der zwischen der ersten und letzten Achse, die nicht auf Drehgestellen montiert sind, oder zwischen Drehgestellkästen oder außerhalb dieses Positionsabschnitts liegt. Die Komponente z von E ist die "quasi statische laterale Verschiebung", die der Seitenneigung entspricht, die aus der Komponente des Asymmetriewinkels des Fahrzeugs resultiert, der um ein Grad zu groß ist, sowie von der teilweisen Auswirkung des zu starken oder zu schwachen Kippeps. Das Profil 564 entspricht der Außengrenze eines beliebigen Fahrzeugteils, so wie sie von den Reduzierungsformeln betrachtet wird. Das Profil 564 ist vom Profil 563 durch den Abstand S oder die "seitliche Projizierung" 567 getrennt und unterscheidet sich vom Profil 562 durch D, dem Abstand, der der seitlichen Verschiebung insgesamt 568 entspricht. S ist die Menge, um die der Fahrzeugumriss das Bezugsprofil überschreitet, wenn es in eine Kurve fährt, und/oder das Überschreiten des Schienenbegrenzungslinienprofils um 1435 mm (beim Standard-Schienenbegrenzungslinienprofil). Die halbe Breite des Fahrzeugprofils an einer bestimmten Höhe plus die Menge D und minus die Hälfte der Breite des Bezugsbegrenzungslinienprofils auf der gleichen Höhe ist gleich dem effektiven Wert S, in Bezug auf das Bezugsbegrenzungslinienprofil.

Die Reduzierungen Ei oder Ea müssen gleich oder größer als die Menge D-S0 sein, wo S0 gleich dem maximalen Wert von S ist, um auszuschließen, dass irgendein Fahrzeugteil außerhalb des Begrenzungsprofils der Fahrzeugposition liegt. Das Profil 571 entspricht dem kinematischen Hindernisprofil des Fahrzeugs und seine halbe Breite überschreitet die halbe Breite des Profils 564 um einen Abstand 569, der zur quasi statischen Verschiebung gehört, die innerhalb von D nicht berücksichtigt wird. Das Profil 572 entspricht den Grenzpositionen eines beliebigen Teils der Strecke, und wird vom Profil 571 durch den Abstand 570 getrennt, der den Schwankungen und der Asymmetrie unterhalb eines Grades entspricht und die seitlichen Verschiebungen aufgrund von Schienenmängeln reflektiert. Das Profil 573 entspricht dem tatsächlichen physikalischen Begrenzungsumriss der Infrastruktur und seine halbe Breite überschreitet das Profil 572 um den Abstand 574, der für eine bestimmte Schiene gewählt wird, wobei spezielle Operationen oder Situationen so wie der Transport von breiten und/oder sehr langen Frachten oder das häufige Vorkommen starker Seitenwinde berücksichtig werden müssen. Das Grenzprofil der Fahrzeugposition 564 trennt die Kompetenzen der Schienenfahrzeugdienste von denen der Strecken- und Arbeitsdienste, die für die Freigängigkeit im gestrichelten Bereich von verantwortlich sind.

Ein Hauptaspekt, der für diese Erfindung wichtig ist, ist dass das zugelassene Fahrzeugprofil 562, d.h. seine maximal zugelassene Breite bei einer bestimmten Höhe über der Rollfläche, vom Abstand zwischen dem entsprechenden Querabschnitt und den Drehgestellgehäusen oder den beiden äußeren festen Achsen abhängt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Reduzierungen des Fahrzeugs gegenüber dem Bezugsbegrenzungslinienprofil die "geometrische Seitenverschiebung" des Fahrzeugkastens bei einem Radius der Schienenkrümmung der gleich oder mehr als 250 Meter beträgt, einschließen, wobei der zusätzliche Seitenspielraum bei einem geringeren Kurvenradius bei der Bestimmung der erforderlichen Lücke zwischen dem Infrastrukturprofil und dem Grenzprofil der Fahrzeugposition berücksichtigt wird. zeigt, ähnlich wie des UIC-Merkblatts 505-1 [050], einen horizontalen Fahrzeugausschnitt mit den verschiedenen Teilen 577, 583 und 582 des Profils der maximalen Konstruktionsbreite eines Fahrzeugs, und ein solches Profil wird auf bedeutende Weise durch die geometrische Seitenverschiebung beeinflusst, die von der Position des Querausschnitts entlang der Längsachse 575 abhängt. In der Praxis haben die meisten Fahrzeuge ein Konstruktionsprofil 585, das dem gestrichelten Bereich 580 entspricht, dass aus einem Rechteck besteht, das innerhalb des maximal zulässigen Profils liegt, größtenteils wegen der Vorgaben durch die Geometrie von Bahnhofplattformen und anderen Strukturen, und das an den vier Ecken 576 abgeschrägt ist.

Die UIC-Code-Merkblätter bezüglich der Fahrzeuge und der Infrastrukturprofile bestimmen natürlich auch Profilgrenzen für die Fahrzeuglasten und sie werden auch im Falle von außergewöhnlichen Frachten auf Waggons verwendet. Die Frachtprofile sind jedoch Thema weiterer Normen, wie zum Beispiel, sofern anwendbar, die Fahrzeugfrachtvorschriften in der RIV-Vereinbarung [060] und ihre Anhänge. Vor allem Teil 5, Volumen I, Anhang II der RIV-Vereinbarung gibt eine Reihe von Grenzen für den Querumriss von Frachten vor, die auf einem Satz von "Fracht-Begrenzungslinienprofilen" beruhen, die Reduzierungen gemäß einer Gruppe geltender Tabellen unterliegen. Im gleichen Abschnitt werden andere Fracht-Geometriegrenzen bezüglich der extremen längsgerichteten Ladeposition angegeben und er enthält Angaben zur Verwendung von zusammengesetzten, multiplen und Gelenkwaggons.

Teil 5 der RIV-Vereinbarung [060] (und auch das UIC-Merkblatt 502 [075]) behandelt die Kodierung und die Etikettierung von Sonderfrachten, der entsprechenden Kodierung von Zuglinien und den Regeln, die bei dieser Kodierung zu beachten sind, um einen sicheren Transport solcher Sonderfrachten zu gewährleisten. Die kodierten Sonderfrachtprofile stellen auch eine Art von Profil dar, die vom System verwendet werden kann. Die UIC-Merkblätter 596-5, 596-6 und 597 [054, 055, 056] behandeln die Profile für kombinierte Bahntransporte. Das System verwendet diese Profile auch in seinen Funktionen zur Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil. Im Fall eines Kombitransports und im Fall eines Transport von Sonderfrachten ("spezielle Lieferungen" im UIC-Merkblatt 502 [075] und anderswo genannt) kann das System mit Hilfe der OCR- und OCR-ähnlichen Verarbeitung von Abbildungen eines Fahrzeugs, die speziellen Markierungen, die diese Normen definieren, lesen. Das Lesen dieser Markierungen ermöglicht dem System zu bestimmen, welche besonderen Profile verwendet werden sollen, um Verletzungen der Profile von Kombitransporten oder der Profile von Sonderfrachten zu erkennen.

Die Erkennung einer Verletzung eines Ladeprofils aber nicht eines maximal zulässigen Profils des Fahrzeugs und seiner Fracht kann ein Hinweis auf ein Element sein, das aus seiner korrekten Position gerutscht ist, und das zu einem späteren Zeitpunkt noch weiter verrutschen und so zu einer Gefahr des Begrenzungslinienprofil werden kann. Zusätzlich zu den UIC-Konstruktionsprofilen und den Lastprofilen kann es sich als nützlich erweisen, bei der Anwendung dieser Erfindung die tatsächlichen Konstruktionsprofile von Waggons zu berücksichtigen, da zum Beispiel da System, sofern gewünscht, die Präsenz von abnormalen Elementen innerhalb eines zugelassenen Fahrzeugsprofils erkennen könnte, so wie z.B. einen schwarzen Passagier, der im freien Raum unter dem Tank eines Transportschienenfahrzeugs für chemische Flüssigkeiten liegt.

ist unten verwendet, um die Methode zur Erkennung der Präsenz eines Elements über ein bestimmtes Profil, integral mit dem passierenden Fahrzeug, hinaus zu erkennen. Solch ein relevantes Profil kann das zulässige Konstruktions- und Ladeprofil gemäß den Prinzipien des geltenden Merkblatts UIC 505-5 [052] sein, oder es kann das aus der Fahrzeugdatenbank bekannte Konstruktionsprofil sein (z.B. gemäß der geltenden Anhänge der RIV-Vereinbarung [060] und/oder den UIC-Merkblättern 596-5, 596-6 und 597 [054, 055, 056]). Die Achsen 601, 602 und 603 entsprechen dem auf dem Boden basierenden Koordinatenraum CGB mit dem Nullpunkt 600, während die Achsen 605, 606 und 607 zum auf dem Fahrzeug basierenden Koordinatenraum CVB mit dem Nullpunkt 604 gehören. CGB und CVB sind die gleichen Koordinatensysteme, die oben beim Kommentar von angesprochen wurden, trotz der Unterschiede in ihren jeweiligen Positionen und Orientierungen, der relativen Drehung des Radianten &pgr; um die Achse X von einem der beiden Koordinatensysteme, die aus einer unterschiedlichen Zugtransitrichtung von und resultieren. Die Referenznummern 608 bis 612 stehen für vier Profile, die über verschiedene Querabschnitte des Fahrzeugs definiert sind, die verschiedenen Werten der Längskoordinate des Fahrzeugs zVB entsprechen, die durch die mit einem dicken Punkt markierten Kreuzungen der vertikalen Profilachse mit der Achse ZVB gekennzeichnet sind. Diese Profile können ganz allgemein zu Fahrzeugabschnitten wie 578 und 581 in oder zu anderen oben erwähnten Profilen gehören. Die Box 614 repräsentiert ein optisches Gerät zur Abstandsmessung, das eine Messung für die Position eines Punktes M, angezeigt durch 617, auf der Fläche angibt, der als ein Element des Fahrzeugs angenommen werden kann. 616 zeigt den gemessenen Vektor mit dem Ursprung an der Position 615 am Messinstrument an, der durch die Koordinatenwerte 618, 619 und 620 bezogen auf die Achsen CGB definiert ist. Das Rechenzeichen für die Koordinatentransformation &OHgr;, dessen zeitbezogene Parameter für das Fahrzeug wie oben erläutert berechnet wurden, wird in der Gleichung 113 zur Definition der Position von M durch die Werte 621, 622 und 623 im Koordinatensystem CVB verwendet. &OHgr; kann auch angewandt werden, um den Messungsvektor dem Koordinatensystem CVB anzupassen, das verwendet werden kann, um die entsprechenden Messunsicherheiten für die Position in verschiedenen Richtungen zu schätzen. Der Vergleich kann also gemacht werden zwischen der Position 616 des Punktes M und der Hüllkurve, die durch einen Satz von begrenzenden Profilen im gleichen Koordinatensystem CVB definiert ist. Es ist jedoch für Fachleute dieser Technik offensichtlich, dass die Berechnungen im Zusammenhang mit der Erkennung von Elementen jenseits bestimmter Fahrzeugprofile alternative im Koordinatensystem CGB durchgeführt werden können, indem man die &OHgr;–1-Transformation verwendet, die auf das entsprechende Fahrzeugprofil angewandt wird, das im Koordinatenraum CVB definiert wird.

Jede Art von auf dem Fahrzeug basierenden vor-definiertem Profil für die Erkennung von Elementen an profilverletzenden Positionen kann in der Fahrzeugdatenbank gespeichert werden, indem man einen geeigneten Längszwischenraum verwendet, so wie 613, und der Grenzabstand für den Vergleich der erkannten 616 kann dann von den Abständen 624 und 625, oder von mehreren Abständen, um einer Nicht-Linearität gerecht zu werden, an der entsprechenden Höhe der nächsten Profile 610 und 610 interpoliert werden. Der Zwischenraumabstand 613 kann als ein fixer Wert definiert werden, oder er kann von der Längsposition abhängen und sollte idealerweise unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Ableitung der Profilweite in Bezug auf zVB gewählt werden. Ein offensichtlicher alternativer Weg zur Definition des Profils ist die Verwendung einer Reihe von Profillinien, die horizontalen (anstatt vertikalen) Flächen entsprechen. Alternativ dazu können die Fahrzeugprofile als ein Satz von Oberflächen gespeichert oder mit Parametern und geeigneten Formeln berechnet werden, mit speziellem Bezug auf die Methoden, die in den UIV-Merkblättern für Fahrzeugbegrenzungslinienprofile 505-1 und 506 angegeben sind. In diesem Zusammenhang sollte berücksichtigt werden, dass die genaue Berechnung der zulässigen Profile für ein Fahrzeug einige Input-Parameter erfordert, z.B. den Flexibilitätskoeffizient, der in der Fahrzeugdatenbank für jedes bekannte Fahrzeugmodell gespeichert werden kann und der von den Messungen, die innerhalb des SMI durchgeführt werden können, schwer zu errechnen ist. Die, wie oben beschrieben, mit Hilfe von Standard-Markierungen auf den Fahrzeugen für Kombitransporte und für den Transport von Sonderfrachten definierten Ladeprofile sind im System in einem der Speichermittel, die oben definiert wurden, gespeichert und werden je nach Ergebnis des OCR- oder OCR-ähnlichen Lesevorgangs solcher Markierungen durch das System abgerufen.

Das Kriterium für die Betrachtung einer einzelnen erkannten Position M als eine Profilverletzung des Fahrzeugs oder der Frachtbreite kann durch die folgende Bedingung definiert werden ym – yp(xm, zm) – &egr;(&kgr;&egr;y, &sgr;my) > 0,(126) in der ym, xm und zm die Koordinaten der gemessenen 3DD-Position sind, und yp die entsprechende laterale Profilposition und &egr; eine Toleranzzugabe, die eine Funktion eines Toleranzfaktors &kgr;&egr;y und der Messunsicherheit &sgr;my ist. Die Unsicherheit &sgr;my hängt klar vom Messinstrument ab, das für die Definition der 3DD-Position und der M-Koordinaten verwendet wird. Im Idealfall sollte &sgr;my auch die Unsicherheit von yp berücksichtigen, die ihrerseits von der Unsicherheit von &OHgr; als dem Ergebnis der Messdaten, die in der Berechnung verwendet wurden, sowie vom Fehlerspielraum bei Berechnungen abhängt. Es ist besonders offensichtlich, dass der Fehler in der LFD, sofern er nicht in der Berechnung von &OHgr; reduziert wurde, eine direkte Folge für den Toleranzspielraum von &egr; haben wird, und zwar in einem Ausmaß, das etwa proportional zum absoluten Wert der Ableitung von yp gegenüber zm ist. Es können verschiedene mathematische Expressionen für &egr; verwendet werden, aber in allen hat &egr; eine positive monotonische Ableitungsabhängigkeit von &kgr;&egr;y, ein Wert, der "gestimmt" werden kann, um das Verhältnis zwischen der Häufigkeit der verfehlten Erkennung von gefährlichen Elementen und der Häufigkeit von falschen Erkennungen noch weiter auszugleichen.

Die Expression xm – xp(ym, zm) – &egr;(&kgr;&egr;x, &sgr;mx) > 0,(127) in der xp der vertikalen Koordinaten des relevanten Profils, &kgr;&egr;x dem entsprechenden Toleranzfaktor und &sgr;mx der anzuwendenden Unsicherheit entspricht, kann für die Bedingung der Profilverletzung von horizontalen oder fast horizontalen Segmenten des oberen Profilteils verwendet werden.

Ein weiteres Glied &xgr; (tatsächlich &xgr;y oder &xgr;x) kann den linken Expressionen von 126 und 127 noch hinzu gefügt werden, besonders in dem Fall, in dem das entsprechende Profil das zulässige Profil laut der Prinzipien von UIC 505-5 [052] ist, was zu den Bedingungen ym – yp(xm, zm) – &egr;(&kgr;&egr;y, &sgr;my) + &xgr;y > 0(128) und xm – xp(ym, zm) – &egr;(&kgr;&egr;x, &sgr;mx) + &xgr;x > 0,(129) führt, die Grundlage für einen Satz von Infrastruktur- und Zugbetriebsbedingungen sind, mit besonderem Bezug auf den Vergleich der Koordinaten M mit dem Begrenzungsprofil der Fahrzeugskonstruktion. Eine Komponente &xgr;i von &xgr; kann definiert werden, wenn man das tatsächliche Begrenzungsprofil von Hindernissen entlang der Schiene berücksichtigt, auf die sich die Gefahrenerkennung bezieht. Der Wert &xgr;i steht im Allgemeinen für eine Funktion der vertikalen Koordinate in der Ebene der normalen Koordinaten und er könnte für die beiden Hälften eines solchen Querausschnitts der Ebene für die entgegen gesetzten Seiten der vertikalen Achse unterschiedlich sein. &xgr;i berücksichtigt in der Tat als eine positive Komponente eine zusätzliche Breite des Infrastrukturprofils und als eine negative Komponente die Präsenz von besonderen Einschränkungen des Infrastrukturprofils. Die seit kurzem gegebene Verfügbarkeit von speziellen Messwagen oder Fahrzeugen, die die Positionen von Hindernissen an der Schiene erkennen können, ermöglicht den Bahngesellschaften aktualisierte und zuverlässige Werte von &xgr;i zu bestimmen, die im System gespeichert werden können. Eine zweite Komponente &xgr;k von &xgr; kann definiert werden, wenn man die Auswirkung der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. Die Verwendung des Glieds &xgr;i kann sehr wertvoll für das Verwalten von Alarmen bezüglich von Begrenzungslinienprofilen und der Erzeugung von Warnhinweisen in Bezug auf den Transit von Fahrzeugen sein, z.B. den Transport von außergewöhnlicher Fracht, der zugelassen werden kann, wenn die Zuggeschwindigkeit entsprechend verringert wird, damit die Werte für den ganzen oder einen Teil des Weges geeignet sind. Je nach Typ, Leistung und Installationsgeometrie der Instrumente, kann die Erzeugung von Alarmen für Begrenzungslinineprofile und von Warnhineisen durch die Erkennung von zwei oder mehreren Punkte M konditioniert werden, die eine Art von Anhäufung bilden. In solch einem Fall können die Expressionen 126 und 127 (oder 128 und 129) verwendet werden, um einen dieser Punkte zu wählen, und verschiedene Konditionen können definiert werden, wobei man alle Elemente einer solchen Anhäufung berücksichtigen muss, um falsche Alarme zu reduzieren. Eine besondere Bedingung, die zur Reduzierung der Rate falscher Alarme angewandt werden kann, je nach Eignung der 3DD-Messsysteme, ist die Präsenz von nahen Zwischenpunkten M von den äußeren unzulässigen Positionen von M, in Richtung eines Satzes von Punkten M innerhalb des zulässigen Raums, so dass man kleine fliegende Objekte wie einzelne Blätter oder kleine Papierclips ausschließen kann.

Eines der wichigsten Mittel zur Reduzierung falscher Alarme ist die Forderung, dass ein Alarm konsequent durch die Verarbeitung von 3DD-Daten für eine oder mehrere Positionen entlang der Strecke, so wie zum Beispiel unter 004 vorgeschlagen ist, erzeugt wird. Das Kriterium der Konsequenz für die nachfolgenden Erkennungen erfordert im typischen Fall, dass bei der dieser Erfindung das mögliche gefährliche oder abnormale Element sich fast integral mit dem Fahrzeug bewegt hat. Diese Alarm-Filtertechnik kann erhebliche zusätzliche Kosten für die System-Hardware bedeuten, wenn ihre Implementierung die Installation am SMI von zusätzlichen teuren Messinstrumenten bedeutet, doch dies muss nicht der Fall sein, wenn die Installation solcher Instrumente ohnehin durch die Verwendung ihrer Messungen zur Berechnung der &OHgr;-Parameter gerechtfertigt ist. Außerdem ist es im Allgemeinen möglich, dass die nachfolgenden Erkennungen, die auf den 3DD-Messungen basieren, von anderen Instrumententypen durchgeführt werden. Diese Technik ist sehr wirksam zur Unterdrückung eines bedeutenden Bruchteils möglicher falscher Alarme für Begrenzungslinienprofile und sie kann leicht und mit nur geringen Entwicklungsveränderungen der entsprechenden Software implementiert werden. Eine spezielle Gruppe von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil umfasst lose oder zerrissene Waggonbleche, Abdeckungs- oder Umwicklungsbleche von Einzellasten auf einem offenen Waggon, da in diesen Fallen die erkannten Ansammlungen von 3DD-Punkten erheblich zwischen zwei nacheinander stattfindenden Erkennungen im SMI fließen können. Auch wenn es möglich ist, einige alternative Methoden mit einer guten statistischen Leistung bei der Erkennung dieser Fälle und bei deren Unterscheidung von einer fliegenden Einkaufstüten oder von Plastikstreifen zu unterscheiden, hält es der Anmelder für empfehlenswert, solch eine Unterscheidung mit Hilfe einer Fernsteuerung durchzuführen, wie weiter unten näher erläutert ist. Die Erkennung von Gefahren des Begrenzunglinienprofils eines bestimmten Schienenfahrzeugs erfordert, dass der entsprechende Satz von 3DD-Messungen aus der gesamten Menge der 3DD-Messungen abgerufen wird. Solch ein Daten-Abrufprozess kann durchgeführt werden, indem man einen Messungszeitbereich für jedes 3DD-Messinstrument errechnet, und dabei seine Installationsgeometrie, seine Eichungsparameter, das Transformationsglied der &OHgr;-Koordinaten (oder von LDF) und einen kleinen Spielraum berücksichtigt, der im Idealfall als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit bei seinem Passieren des SMI berechnet wird. Auch wenn der gesamte Prozess des Vergleichens der 3DD-Punkte im Koordinatenraum CVB stattfinden kann, kann es von Vorteil sein, eine Auswahl dieser 3DD-Punkte, die dem gefährlichen Element entsprechen könnten, zunächst im Koordinatenraum CGB unter Verwendung eines "konservativen" Profils zu verarbeiten.

Die Zulässigkeit eines bestimmten Fahrzeugs und Frachtbegrenzungsprofils gemäß der Prinzipien der Norm UIC 505-5 hängt zusammen mit dem tatsächlichen oder angenommenen Profilhindernis entlang des Streckenwegs und mit der Fahrgeschwindigkeit des Zugs. Um die Nützlichkeit des Systems für die größtmögliche Zahl von Installationen zu nutzen, sollte man daher die Software so konzipieren und entwickeln, dass sie die Diagnostik von Begrenzungslinienprofilem für einen Satz verschiedener Alarmbedingungen (vor allem für die Bedingungen 128 und 129) wirkungsvoll ausführen kann, und zwar bei verschiedenen Infrastrukturumrissen und verschiedenen Fahrtgeschwindigkeiten des Zugs.

Die oben beschriebenen Techniken zur Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil bieten sich für viele Einsatzmöglichkeit an, je nach dem, welche Profildefinition verwendet wird und wie das System Informationen und Hinweise mit bestimmten Informationssystem der Bahngesellschaft oder bemannten Kontrollzentren austauscht. Einige Möglichkeiten werden hier auf unvollständige Weise weiter unten erläutert, und zwar im Zusammenhang mit der Erzeugung und Verwaltung von Diagnostik-Hinweisen, Alarmen und Daten für Begrenzungslinienprofile.

Die Erkennung durch das System gemäß der Prinzipien des UIC-Merkblatts 505-5 [052] einer "Unvereinbarkeit" von Fahrzeugprofil, einschließlich Fracht, sofern vorhanden, und dem Infrastrukturprofil, unter Berücksichtigung des Wertes &xgr;, sofern angemessen und möglich, sollte zur Erzeugung eines Begrenzungslinienprofil-Alarms führen, der auf direktem oder indirektem Weg zum Signalisierungssystem der Bahngesellschaft gesandt werden sollte, um den Zug an der ersten möglichen Position anzuhalten oder ihn in einen sicheren Hafen umzulenken.

Ein Alarm sollte, direkt oder indirekt, zum Signalisierungssystem der Bahngesellschaft gesandt werden (um den Zug an der ersten möglichen Position anzuhalten oder ihn in einen sicheren Hafen umzulenken), auch wenn die Verletzung eines Ladeprofils der folgenden Arten erkannt wurde:

durch die RIV-Vereinbarung [060] definierte Ladeprofile für Frachten, die auf normale flache und offene Waggons geladen sind;

durch die RIV-Vereinbarung [060] und die UIC-Code-Merkblätter für Kombitransporte [054, 055, 056] definierte Ladeprofile;

durch die RIV-Vereinbarung [060] und das UIC-Code-Fachblatt 502 [075] für den Transport von Sonderfrachten (spezielle Lieferungen) unter Verwendung von kodierten Profilen definierte Ladeprofile.

Solche erkannten Verletzungen von Ladeprofilen werden in der Tat wahrscheinlich mit der Präsenz einer verschobenen Last oder ein unsachgemäß aufgeladenen Fracht assoziiert. Natürlich kann die Erkennung eines speziellen Ladeprofils durch die kodierte Markierung auf einem Fahrzeug oder seiner Fracht in Verbindung damit, dass keine Verletzung der Fracht erkannt wird, vom System dazu genutzt werden, einen möglichen Alarm oder einen Warnhinweis bezüglich der Verletzung von Ladeprofilen, wie sie durch die RIV-Vereinbarung [060] für Lasten auf einem normalen und flachen Waggon definiert sind, zu unterdrücken. Auf diese Weise verhindert das System die Erzeugung einer Anzahl falscher Alarme und Warnhinweise für spezielle Lieferungen.

Im Allgemeinen kann man zwei oder mehrere Toleranzgrenzen für den Vergleich von 3DD-Daten mit den Profilen definieren und einen Warnhinweis (plus Daten & Information) senden, anstatt einen Alarm auszulösen, wenn strengerere Toleranzwerte einer Verletzung entsprechen (während die lockereren Werte dies tun). Ein Gleichgewicht zwischen Empfindlichkeit und der Rate falscher Alarme kann auf diese Weise erreicht werden, damit die Gefahrenreduzierungsstufe bewahrt wird, die mit der Verwendung des Systems assoziiert ist, ohne jedoch den Bahnverkehr zu kompromittieren.

In allen Fällen einer Profilverletzung (maximal zulässige Profile, Ladeprofile und Konstruktionsprofile) ist es möglich und empfehlenswert, einen Warnhinweis an ein Kontrollzentrum zu senden, zusammen mit Daten und Informationen, die es einem Ferntechniker und/oder einer Softwareanwendung möglich machen, den Fall zu beurteilen, und außerdem die entsprechenden Maßnahmen zu ergreifen (z.B. einen Alarm an ein Signalisierungs- und Sicherheitssystem senden, eine Nachricht an den betreffenden Zugführer/die Crew senden, oder einen vom System erzeugten Alarm, der bereits zum Signalisierungs- und Sicherheitssystem gesandt wurde, zu unterdrücken). Es kann auch sein, dass die Erzeugung eines Alarms und/oder von Warnhinweisen durch das System unterdrückt wird, wenn das System von einem Bahnsystem die Information erhalten hat, dass eine bestimmte abnormale Situation im Zusammenhang mit dem Begrenzungslinienprofil bekannt ist (d.h. das entsprechende Fahrzeug wird absichtlich über sein Standard-Begrenzungslinienprofil hinaus beladen). Wenn ein Informationsdatensatz vom System für den betreffenden Zug empfangen wurde, einschließlich des Bahnwegs entlang einer Reihe von Streckenabschnitten mit bestimmten Infrastrukturprofilen und/oder einer verringerten Geschwindigkeitsplanung, ist zu empfehlen, dass das System diese Informationen berücksichtigt, damit die Erkennungsfunktionen im Zusammenhang mit Gefahren des Begrenzungslinienprofils richtig ausgeführt werden. Es kann auch sein, dass das System dem Informationssystem der Bahngesellschaft einen Datensatz zum Begrenzungslinienprofil für alle die Fahrzeuge sendet, für die eine Verletzung ihres Lastbegrenzungslinienprofils oder eine Verletzung eines bestimmten maximalen Begrenzungslinienprofils erkannt wurde (z.B. die, die dem Standard-Bezugsbegrenzungslinienprofil vom Merkblatt UIC505-1 entspricht), und dass das Informationssystem der Bahngesellschaft diese Datensätze verwendet, um sofort oder später eine Kompatibilitätsprüfung durchzuführen, je nach dem tatsächlichen Fahrweg des Zuges. In diesem Fall kann der Datensatz Profildaten für das Fahrzeug und seine Last enthalten, oder er kann aus einem Kompatibilitätskennzeichen für eine Reihe von Infrastrukturprofilen, die dem System bekannt sind, bestehen, wenn möglich in Form einer Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Eine Reihe von spezifischen Diagnostikmethoden kann ebenfalls implementiert werden, um die Verletzungen von RIV oder bestimmten Ladevorschriften zu erkennen, die nicht unbedingt als im Bezug zum Begrenzungslinienprofil stehend klassifiziert werden können. Ein Beispiel einer solchen Verletzung ist ein ungenügender Längsabstand zwischen zwei Lasten auf zwei unterschiedlichen nebeneinander liegenden Schienenfahrzeugen, wobei die erste Last über das Fahrzeug, auf der sie geladen ist, bis auf das zweite Fahrzeug hinüber ragt, d.h. mit Bezug auf die Ladevorschrift 4.3, Teil 4, Volumen I, Anhang II der RIV-Vereinbarung [060]. Solche Methoden hätten mit der in diesem Textabschnitt erläuterten Diagnostik für Begrenzungslinienprofile gemeinsam, dass sie anhand von Informationen bezüglich des Schienenfahrzeugmodells und der Anwendung von &OHgr; oder &OHgr;–1-Gliedern einen Bezug zu einer Messung eines Punktes, eines Nullpunkts und einer Richtung des Fahrzeugs herstellen.

Verschiedene Arten und Modelle von Schienenfahrzeugen weisen eine unterschiedlich große Wahrscheinlichkeit von Gefahren von Begrenzungslinienprofilen auf, d.h. im Zusammenhang mit der Möglichkeit von nicht korrektem Laden oder einer Lastverschiebung, und es empfiehlt sich daher, die stärker gefährdeten Fahrzeuge vor den weniger gefährdeten zu analysieren, um die durchschnittliche Zeit für die Anzeige von wichtigen Gefahren des Begrenzungslinienprofils zu reduzieren.

Auch wenn das System die Diagnostikfunktionen für die Begrenzungslinienprofile auf jedes beliebige Schienenfahrzeug anwenden kann, kann entschieden werden, bestimmte ganze Gruppen identifizierter Schienenfahrzeuge, vor allem Passagierwagen, nicht zu prüfen. Es wird jedoch empfohlen, eine grundsätzliche Kompatibilitätskontrolle des Begrenzungslinienprofils für alle Fahrzeuge durchzuführen, und dabei zu prüfen, ob ihr Modell für den Einsatz auf einer Linie, die durch das entsprechende Begrenzungslinienprofil gekennzeichnet ist, zugelassen ist. Die Basiskontrolle kann vor allem dann sinnvoll sein, wenn die Fahrzeugdatenbank noch nicht komplettiert wurde und wenn die vollen Datensätze der Fahrzeuge, bei denen die Gefahr einer Gefahr des Begrenzungslinienprofils größer ist, geliefert und/oder mit einer höheren Priorität kodiert werden.

5.10 Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil für die unteren Teile eines identifizierten Fahrzeugs

Die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil für die unteren Teile eines identifizierten Fahrzeugs wird hier nachfolgend behandelt, getrennt von der vorherigen Erörterung über den Wagenkasten, in Übereinstimmung mit der Trennung der Erörterung für die niedrigen und hohen Teile von Fahrzeugen gemäß den Merkblättern UIC 505. Außerdem ist diese getrennte Erörterung der Profildiagnostik der unteren Fahrzeugteile gerechtfertigt wegen der unterschiedlichen Gefahr und der unterschiedlichen Auswirkungen in Bezug auf die Messinstrumente, in am SMI installiert werden müssen.

Auch wenn die 3DD-Messinstrumente für die unteren Fahrzeugteile unter Berücksichtigung der gleichen Prinzipien wie die der 3DD-Messungen für die oberen Teile gewählt und installiert werden können, stellen sich für die unteren Teile einige zusätzliche Schwierigkeiten. Solche Instrumente sollen nämlich nahe oder unter der Rollfläche installiert werden, und ihre frontale Optik oder die Fenster müssen horizontal oder in größerem Neigungswinkel ausgerichtet sein, was zu den bekannten Problemen im Zusammenhang mit Verschmutzung, projizierten Kieselsteinchen, Wettereinflüssen bei starken Luftturbulenzen, Fett usw. führt. Zusätzlich dazu, sollten die 3DD-Messinstrumente mit den Schienenvibrationen kompatibel sein, oder mit einer geeigneten Entkopplung installiert werden, und sie könnten spezielle Wartungseingriffe oder eine erneute Installation bei Streckenwartungsarbeiten benötigen. Der Anmelder hält diese Schwierigkeiten jedoch nicht für ein Problem, das innovative Lösungen erfordert, da sogar bei der schlimmstmöglichen Positionierung die Fachleute dieser Technik andere alternative technische Lösungen anwenden können, die bisher für die "hot box detectors" angewandt wurden (z.B. Öffnen der Schutzdeckel bei den Messungen, Gehäuse in Hohlschwellen, Klemmemsysteme für das Anbringen an den Schienen, Vibrationsdämpfung für empfindliche Komponenten, usw.). Diese möglichen Schwierigkeiten bei der Entwicklung, Installation und dem Betrieb können jedoch zu der Entscheidung beitragen, das System ohne die Messinstrumente zu implementieren, die für die Erkennung der Gefahren des Begrenzungslinienprofils von unteren Fahrzeugteilen benötigt werden.

Falls die vom System implementierten Funktionen die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von unteren Fahrzeugteilen einschließt, dann sind die Berechnungsmethoden hierfür grundsätzlich gleich wie die, die oben für die oberen Fahrzeugteile beschrieben wurden. Die Erkennung von gefährlichen Abweichungen vom Begrenzungslinienprofil von unteren Fahrzeugteilen würde zusätzlich die Aspekte vom Merkblatt UIC 505 mit berücksichtigen, die sich auf die Zulässigkeit von Fahrzeugen auf Ablaufbergen an Freifallhöfen bezieht.

5.11 Thermale Diagnose für Achslager, Räder und Bremsen

Der folgende Text behandelt die Funktionen, gemäß Box 239 von , zur Erkennung einer Reihe von abnormalen Bedingungen und Defekten von Achslagern, Rädern und Bremsen, die auf der passiven Infrarotfühlung für die Fahrzeuge beruhen, deren Modell positiv identifiziert wurde.

5.11.1 Sensoren für die thermale Diagnose für Achslager, Räder und Bremsen

In Übereinstimmung mit der Datenverarbeitungsmethode, die unten angesprochen wird, sowie mit den möglichen Änderungen von Einzelheiten entspricht mehr als ein Typ von Infrarot-Fühlgeräten oder mehr als eine Kombination von Geräten den Mindestanforderungen an die Raumabdeckung, an das sofortige Sichtfeld für einen Einzelpixel oder einen Sensor, an die Genauigkeit und an die Messrate. Folglich werden unten einige alternative Optionen der Apparate oder Apparatgruppen erläutert (hier genannt "BWBTIS" für Bearings, Wheels and Brakes Thermal Infrared Sensors"), die in das System integriert werden können, um Messungen durchzuführen, dank derer die Systemsoftware eine Reihe von abnormalen Bedingungen und Defekten von Achslagern, Rädern und Bremsen erkennen kann. Der Anmelder betont, dass diese Übersicht bewusst kurz ist, da viele dieser Fragen das Thema einer Reihe von früheren Patentdokumenten darstellen, vor allem im Rahmen der IPC-B61K9/06, so wie die Patentdokumente [005, 008, 016, 018, 019, 026] und einige der darin zitierten Patentdokumente. Eine erste Gruppe von BWBTIS verwendet einen einzelnen Infrarotdetektor oder wenige Detekoren mit geeigneter optischer, elektronischer und mechanischer Ausrüstung, dank derer sie nahe an Schienen oder direkt auf den Schienen oder in Hohlschwellen montiert werden können. Die Verwendung verschiedener Arten von Sensorelementen wurde erörtert, einschließlich vor allem von Heißleiter-Bolometern, LiTaO3 pyroelektrischen Sensoren, PbS und PbSe-photoresistiven Detektoren, HgCdTe (MCT) und InSb-Photonendetektoren. Es wurden verschiedene technische Lösungen in diesen Geräten implementiert, um die Temperaturveränderungen zu kompensieren, die Messung der Wärmestrahlung neu zu kalibrieren und um in einigen Fällen ein Signal zu liefern, das sich auf den Unterschied zwischen der Temperatur des beobachteten Zielobjekts und der Umgebungstemperatur bezieht. Viele der im Handel erhältlichen Geräte dieser Gruppe sind mit automatischen Schutzdeckeln für die Optik ausgerüstet, um diese beim Still-Stehen zu schützen, sowie mit Heizvorrichtungen gegen Schnee und Eis. Ein bedeutender Teil der Elektronik dieser Systeme und der Erfindungen in diesem speziellen Feld hängen mit der Analog- und/oder Digitalverarbeitung der Signale von Infrarotdetekoren zusammen, da diese die Empfindlichkeit erhöht und die Rate falscher Alarme senkt. Das System hängt jedoch überwiegend von solch untergeordneter Elektronik oder von Datenverarbeitungsmethoden ab. Die Elektronik zur Signalverarbeitung solcher Produkte wird im Allgemeinen mit den Sensoren montiert, oder auch in separaten Einheiten für die Signalbewertung- und Verarbeitung (in diesem Fall wird das Sensorgerät allgemein „HDB Scanner" genannt, während die Einheit für die Signalbewertung- und Verarbeitung oft „Detektor" genannt wird). Einige der kommerziellen Geräte dieser Gruppe können mit dem System auf verschiedene Weisen verbunden werden, eventuell mit einigen Änderungen, wobei die einzige fundamentale Anforderung an sie ist, dass sie die Signale der Wärmedetektoren mit ausreichender Auflösung, Messrate und akkurater Zeitvorgabe so abrufen, dass die Systemsoftware jede Messung mit einer Zeit assoziieren kann, die genau auf die Zeiten bezogen werden kann, zu denen von den anderen Sensoren und Instrumenten, die am SMI installiert sind, Messungen durchgeführt wurden. Andere Signale von diesen Geräten, z.B. zur Eichung und Diagnostik, können vom System übernommen werden, sofern dies nützlich und angemessen ist. Die Kontrolle der BWBTIS-Geräte dieser Gruppe, einschließlich zum Beispiel das Öffnen und Schließen der Schutzdeckel, die Temperaturkontrolle und die Eichluken, kann teils auf die Systemsoftware über eine geeignete Hardware-Schnittstelle übertragen werden, oder sie wird nur von der Elektronik der Geräte ausgeführt. Die Wahl des Ausmaßes der möglichen Änderungen an diesen Geräten, um sie in das System zu integrieren, hängen im Allgemeinen von wirtschaftlichen Erwägungen ab, die die Entwicklung, Industrialisierung, Produktion und Wartung berücksichtigen. Ein Beispiel eines kommerziellen BWBTIS dieser Gruppe ist die Abtasteinheit des "Sentry System" von Southern Technologies Corporation [962], die zum Zielen auf Achskästen oder Räder verwendet wird, je nach Installationsmittel. General Electric Transportation Systems [963] bietet eine Reihe von BWBTIS-Geräten dieses ersten Typs an, die in das System integriert werden können, einschließlich des "ACS" ("Advanced Concept Scanner"), des "VLS" ("Vertical Look Scanner), des "HWD" ("Hot Wheel Detector") und des "FUS" ("High End Hot Box Detection").

Eine zweite Gruppe von BWBTIS-Geräten, die für die Integration in das System geeignet sind, besteht aus einem oder wenigen schnellen Infrarotsensoren, d.h. Photondetektoren, mit einem Spiegelabtastsystem, dass den Sensorstrahl in eine Ebene, oder nahe an eine Ebene, leitet, die orthogonal zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs liegt. Geräte diese Typs ("VAE-HOA/FOA 400") sind von VAE Eisenbahnsysteme [964] in wenigen verschiedenen Versionen erhältlich, und sie bieten auch unterschiedliche Montagemöglichkeiten. Je nach Montage des Scanners, überwachen dieses Abtastdetektoren die Achslager von beiden Räderseiten, die Achse selbst, die Räder und die Bremsscheiben, sofern vorhanden.

Eine dritte Gruppe von BWBTIS entspricht den linearen Infrarot-Bilderzeugungsgeräten, die auf linearen Anordnungen von Infrarotsensoren basieren. Diese Bilderzeugungsgeräte gehören zu der Gruppe von Bilderzeugungsgeräten für „staring arrays" (eine Benennung, die in entsprechenden Veröffentlichungen weit verbreitet ist), im Gegensatz zu den schnellen Abtastgeräten zur Photonenerkennung. Diese Geräte, die mit einer vertikalen oder fast vertikalen Sichtebene montiert werden, produzieren eine Reihe von linearen Bildern, mit dem Vorteil einer stärker kontinuierlichen oder fast-kontinuierlichen Raumabdeckung gegenüber den Geräten der ersten Gruppe, und von relativ kleinen Sensorpunkten auf den vermessenen Zielen, die jedem Pixel der Anordnung entsprechen. und zeigen zwei idealisierte Ansichten eines linearen Infrarotsensors nahe an einer Schiene 655 oder 658 für das Durchführen von Messungen von Wärmeemissionen an verschiedenen Radteilen, Lagern und Bremsen, die zu einer Achse 645 oder 633 gehören. Die Sichtebene des linearen Infarotbilderzeugungsgeräts 650 oder 638 ist vertikal, oder fast vertikal, auch wenn sie geneigt werden kann, falls dies günstiger ist. Das Bilderzeugungsgerät hat ein Sichtfeld das dem Winkel 647 zwischen den Sichtrichtungen 660 und 648 entspricht, in Übereinstimmung mit den beiden extremen verwendeten Pixelwerten der linearen Sensoranordnung. Die zentrale Sichtrichtung 652 teilt den Winkel 647 in zwei gleich große Teile und definiert einen relativen Anstiegswinkel 651 gegenüber der Rollflächenebene 649. Die Beobachtung solcher Elemente wie Bremsscheiben erfordert einen ausreichend schrägen Winkel 635 zwischen der Sichtebene und dem normalen 636 zur Schienenachse. Der optische Messstrahl 637 fällt mit dem Strahl 646 zusammen, während die Linien 639, 640 und 641 Sichtebenen oder Strahlen zu verschiedenen Zeitpunkten im Zeitverlauf darstellen, für die die Längsposition der Achse dem Messstrahl 637 entspricht. Eine Messung wie die durch den Strahl 646 oder 637 entspricht einem Winkel 653, je nach entsprechendem Pixelwert und nach Positionierung des Bilderzeugungsgeräts, und einem Zeitwert. Solch ein Winkel könnte natürlich auch für eine andere Sichtrichtung gemessen werden, so wie zum Beispiel vom Mittelstrahl 652. Die Möglichkeit, Messungen von verschiedenen Elementen auszuführen, hängt eindeutig von der Position des Bilderzeugungsgeräts, seinem Sichtwinkel 647, der Anstiegs- und Neigungswinkel 651 und 635 sowie von der möglichen Neigung der Sichtebene in Bezug auf die Rollfläche ab. Im Allgemeinen sind mindestens zwei Bilderzeugungsgeräte für die Beobachtung beider Räder einer Achse und aller Bremsscheiben erforderlich. Die Positionierung auf jeder Schienenseite von zwei Bilderzeugungsgeräten mit entgegen gesetzten Winkeln 635 könnte einige Vorteile hinsichtlich der Erkennbarkeit der Ziele sowie der Temperaturunterschiede zwischen der vorderen und hinteren Seite solcher Elemente wie den Lagern bieten, ist jedoch keine allgemeine Anforderung. Der Längszwischenraum 642 zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen für den gleichen Pixelwert für die lineare Anordnung der Infrarotsensoren zur Ansicht von nebeneinander liegenden Strahlen oder Ebenen 640 und 641 ist natürlich ein bedeutender Wert, besonders im Zusammenhang mit der Erkennung einer Überhitzung von relativ kleinen Elementen wie den Lagern 630 und 654. Je nach dem besonderen Typ der linearen Infrarotbilderzeugungsgeräte, führen die Pixel der linearen Anordnung ihrer Messungen synchron oder nacheinander aus. Man kann also die Pixel auch anstatt entlang einer geraden Linie in zwei oder mehreren parallelen Linien anordnen und in diesem Fall werden sie mit unterschiedlichen Schrägwinkeln assoziiert, die bei der Datenübernahme und der Verarbeitungshardware- und/oder Software zu berücksichtigen sind.

Sehr wenige Optionen sind in der Praxis für die Wahl der linearen Anordnung von Infrarotsensoren verfügbar, da eine relativ schnelle Reaktionszeit aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist und auch weil die Verwendung von kostspieligen Sensoren und/oder Niedrig-Temperatur-Kühlsystemen zwei wichtige negative Elemente bei der Systemimplementierung sind. In der Tat, während die Zahl der für diese Anwendung erforderlichen Pixel zum Erreichen der gewünschten Raumauflösung vom Sichtabstand und dem Optikfeld der Sicht abhängt, ist die Längsauflösung (d.h. in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs) durch die Reaktionszeit der Sensoren der Anordnung begrenzt. Ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 120 km/h verschiebt sich in der Längsrichtung (Abstand 642 von ) um etwa 33 mm pro Millisekunde (oder 22 mm pro Millisekunde bei 80 mh) und es ist somit klar, dass die geeigneten Sensoren eine Reaktionszeit haben sollten, die mindestens im Bereich von 10–3 s liegt, um unscharfe Bilder in der Bewegungsrichtung zu vermeiden und einen angemessenen Längsmessungszwischenraum zuzulassen, wie oben erwähnt wurde. Die geforderte kurze Reaktionszeit schließt die beliebtesten und leicht erhältlichen Typen von ungekühlten „staring arrays" als Wahl aus, nämlich die Heißleiter-Bolometermatrizen, deren Reaktionszeit [068] viel zu lang ist. Wie von Yaktine et al. [026] erläutert wurde, gibt es zwei Typen von schnellen Infrarotanordnungen, die für diese Anwendung besonders attraktiv sind, und zwar die "mikrothermopilen" Anordnungen und die Photo-Leitungssensor-Anordnungen, vor allem die für PbSe, da die geringere Wellenlängenempfindlichkeit von PbS-Sensoren (etwa 1 bis 3 &mgr;m gegenüber etwa 2 bis 5 &mgr;m für PbSe, bei einer Abhängigkeit von der Sensortemperatur) sie weniger geeignet für den betreffenden Temperaturbereich des Ziels sein lässt.

Honeywell Inc. (Plymouth, MN, USA) [069] hat eine Technologie für die Herstellung von mikrothermopilen Anordnungen, oder "thermoelektrischen Anordnungen", entwickelt, und zwar eine monolithische Struktur aus Silicon mit nitriergehärteten Silicon-Brücken, die die heißen thermoelektrischen Anschlüsse über den Mikro-Vertiefungen in der Silicon-Unterschicht [068] stützen, wobei die entsprechenden kalten Anschlüsse nahe am Rand der Mikro-Vertiefungen liegen. Eine "geschwindigkeitsoptimierte" 96 Pixel-Anordnung dieses Typs mit 150 mal 150 &mgr;m Sensoren wurde von ISI (Plymouth, MN, USA) [068] verwendet, um das Modell "IR 1000", einen Hochgeschwindigkeitsstrahlungsmesser für die Bilderzeugung zu entwickeln. Das "Modell IR 1000" Pixel wurde konzipiert [068] für eine thermale Reaktionszeit von 7.5 10–4 s, so dass eine Hochgeschwindigkeitsoperation durch das Abtasten der Signale für 8 10–4 s, und einer Anordnungsabtastrate von 103 s–1 erreicht wird. Der Spektralbereich des Sensors (8–12 &mgr;m) eignet sich besonders für das Durchführen von thermographischen Messungen bei relativ niedrigen Temperaturen der Umgebung und für eine Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber reflektierter und diffuser Sonnenstrahlung. NEID (Noise Equivalent Temperature Difference) bei einer f/0.8 Germanium-Linse beträgt etwa 0.7 K bei Raumtemperaturzielen und der Messungsbereich reicht von etwa 30 bis über 400 Grad Celsius mit einer kurzfristigen Genauigkeit von etwa ± 4 Grad Celsius oder 2%. Die zwei Hauptvorteile dieser Art von Instrument in dieser Anwendung sind die Operationen bei Raumtemperatur ohne jede Art von Kühlgerät für die Sensoranordnung sowie eine dauerhaft gute Stabilität. Die Tatsache, dass kein Unterbrecher erforderlich ist, reduziert die Kosten und den Wartungsaufwand. Außerdem ermöglicht das Fehlen eines Unterbrechers die Implementierung eines internen oder externen Abtastauslösers. Eine exzellente Beschreibung der Eigenschaften dieses Gerätes und seiner Verwendung zur Übernahme von thermalen Abbildungen von Rädern von Schienenfahrzeugen und Achskästen kann in einem Patentdokument [026] von Yaktine et al. von SAIC (Science Applications International Corporation, San Diego, CA, USA) gefunden werden.

Photokonduktive PbSe lineare Matrizen bieten für diese Anwendung eine ausreichende Infrarot-Reaktionsfähigkeit bei den thermoelektrischen Kühlungstemperaturen im 2–5 &mgr;m-Wellenlängenband mit einer Bandbreite, die weit über 104s–1 liegt. Einige verschiedene Hersteller liefern fertig verpackte PbSe-Matrizen, mit oder ohne Multiplexvorrichtungen und Verstärkern, die integriert werden können, um ein lineares Infratobilderzeugungsgerät zu liefern. Ein Beispiel eines solchen Produkts ist die Serie M-2105 von Northrop Grumman Electro-Optics Systems aus Tempe, AZ, USA, einschließlich einer Matrize mit 128 Elementen in Linie mit 91 mal 102 &mgr;m Pixeln und einer bi-linearen Matrize mit 256 Elementen mit zeitlich gestaffelten 38 mal 56 &mgr;m Pixeln. Auch wenn photokonduktive Detektoren im DC- oder AC-Modus ausgelesen werden können, mit oder ohne Schnellvergleich zum Bezugsziel, erfordert doch die sehr starke Abhängigkeit des Pixelwiderstands von der Pixeltemperatur für mengenmäßige Messungsanwendungen die Verwendung von Unterbrechern, die in der Regel die Abtastrate der Anordnung auf etwa 2 103 s–1 beschränken, was jedoch mit der vorliegenden Anwendung kompatibel ist. NETD-Werte unter 1 K können für angestrebte Temperaturen von mehr als wenigen Zehntelgrad Celsius bei Verwendung von f/1.0 – oder besseren – Siliconlinsen erreicht werden. Die Kontrolle und/oder das Messen der Temperatur des Unterbrechers und anderer Teile des Bilderzeugungsgeräts, die die Messung beeinflussen, ermöglicht es, eine angemessene Genauigkeit im Zeitverlauf für diese Anwendung zu erreichen. Diese Sensoranordnungen bieten daher eine Alternative zu den oben erörterten thermoelektrischen Anordnungen und bieten die wichtigen Vorteile einer hohen Pixelzahl und einer schnellen Reaktionszeit, doch auch den erheblichen Nachteil, dass sie in der Praxis einen Unterbrecher und einen thermoelektischen Kühler benötigen. Andere Arten von linearen Infrarotsensormatrizen sind jedoch für diese Anwendung nicht auszuschließen, so wie zum Beispiel die MCT-Matrizen, die in dem Design verwendet werden, das im Patentdokument [019] beschrieben ist, oder auch die wenigen LiTaO3-Matrizen, die im Patentdokument [018] beschrieben sind.

Man kann auch thermale FPA (Focal Plane Arrays) Bilderzeugungsgeräte einsetzen, wie zum Beispiel in einigen früheren Patentdokumenten [003, 004] erläutert wurde, und sie bilden eine vierte BWBTIS-Gruppe. Die in dieser Anwendung erforderliche Bildverarbeitungsgeschwindigkeit zur Vermeidung von unscharfen Bildern in der Längsrichtung schränkt jedoch die Wahl von im Handel erhältlichen thermalen FPA-Bilderzeugungsgeräten auf eine Untergruppe von Produkten ein, die zwar einige Vorteile bieten, z.B. in Bezug auf NEID, doch in der Regel teurer als die oben besprochenen schnellen linearen Bilderzeugungsgeräte sind. Außerdem würde man die FPA-Bilderzeugungsgeräte in dieser Anwendung bei einer Rahmenrate, die im geeigneten Fall nicht über etwa 102 s–1 liegt, einsetzen, da höhere Raten zu einen weiteren Anstieg der Kosten führen würden, und da die meisten ihrer Pixeldaten unnötig wären. Wenn man also davon ausgeht, dass ein Fahrzeug sich um etwa 330 mm in 10–2 s bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h verschiebt, so ergibt dies einen bedeutenden Unterschied im Sichtwinkel für individuelle Ziele, mit möglichen negativen Auswirkungen auf die Leistung und die Datenverarbeitungskomplexität. Einige FPA Bilderzeugungsgeräte sind erhältlich, die ein schnelles Auslesen einer Pixeluntergruppe ("windowing") ermöglichen, doch ihr Vorteil gegenüber billigeren und einfacheren linearen Bilderzeugungsgeräten ist zumindest fraglich in dieser Anwendung. Ein weiterer Vorteil von linearen Bilderzeugungsgeräten gegenüber FPA-Infrarotbilderzeugungsgeräten ist der einfachere Schutz vor Wettereinflüssen, Schmutz, Staub, projizierten Kieselsteinchen usw. Der Anmelder ist daher allgemein nicht für die Verwendung von FPA thermographischen Bilderzeugungsgeräten in dieser Anwendung.

Der Anmelder erklärt deutlich, dass verschiedene Kombinationen von passiven Infrarotfühlungsgeräten aus derselben BWBTIS-Gruppe oder aus verschiedenen Gruppen für die Systemimplementierung berücksichtigt werden können. Aus den unten erläuterten Gründen sollten die BWBTIS-Messinstrumente so nah wie möglich an mindestens einem Radsensor, und vorzugsweise an einem Paar von Radsensoren installiert werden, die mit einem engen Längsabstand voneinander an den Schienen montiert sind, oder an mehr als einem solcher Paare. Außerdem, sofern ein oder mehrere schnelle Präzisionsabstandsmessgeräte gemäß der Beschreibung von

installiert werden, sollten auch sie in der Längsrichtung so nah wie möglich bei den BWBTIS-Messinstrumenten montiert werden, und zwar aus den im nächsten Textabschnitt erläuterten Gründen.

5.11.2 Datenverarbeitung für die thermale Diagnose von Achslager, Rädern und Bremsen

Alle Messungen, die von einem beliebigen BWBTIS durchgeführt werden, bestehen aus einem Skalarwert, der ungefähr der Temperatur der Oberfläche des beobachteten Elements entspricht (oder in diese konvertiert werden kann), und zwar mit einer Temperaturgenauigkeit, die von der Instrumenteneichung, der dauerhaften Messungsstabilität und der Messungsstabilität im Verhältnis zur Umgebungstemperatur und zur Wärmestrahlung, der Präsenz von Störungen und von Infratoemissionseigenschaften (z.B. Emissivität gegenüber Wellenlänge und Temperatur) des entsprechenden Oberflächenpunktes abhängt. Außerdem wird, wenn ein Messstrahl, der durch ein Sensorelement und durch die Optik definiert wird, nicht auf eine homogene Fläche trifft, sondern z.B. auf zwei unterschiedliche Oberflächen (dies zum Beispiel im Falle von Messungen an einem Flächenrand), oder wenn die Oberfläche ein Temperaturgefälle aufweist, der offensichtlich gemessene Temperaturwert ein Zwischenwert der entsprechenden Maximal- und Minimalwerte sein, wobei die höheren Temperaturen in der Regel mehr wiegen, da keine Linearität der Abhängigkeit von abgestrahlter Energie von der Temperatur besteht. Jede Messung wird mit einer Zeit assoziiert, mit einem Richtungsvektor und mit einer Position, von der aus der Messstrahl auf das Ziel gerichtet wird. Die Zeit wird entweder die System-Zeit oder eine Zeit sein, die präzise auf sie abgestimmt ist. Die Richtung und der Nullpunkt des Messstrahls werden bei der Eichung definiert, und möglichst durch die Koordinatenumwandlungen im Koordinatensystem CGB, wie oben definiert, oder in anderen Koordinatensystemen, die auf dem Boden basieren, wie oben im Zusammenhang mit anderen Arten von Systemmessungen erörtert wurde. Ein BWBTIS-Messinstrument zeichnet sich aus durch die Divergenz des Messstrahls oder durch Strahlen, die nicht-rund sein und in der Praxis durch einen elliptischen Querschnitt gegenüber dem Messabstand definiert werden können. Außerdem ist der Zeitabstand, für den das Messinstrument ein Sensorsignal integriert, eine wichtige Information, die in den entsprechenden Datenverabeitungsmethoden verwendet wird. Wie nachfolgend beschrieben, verwendet das System Messungen von Wärmeemissionen für die Diagnose von abnormalen und/oder gefährlichen Bedingungen von Lagern, Rädern und Bremsen, basierend auf der Information aus der Fahrzeugdatenbank bezüglich des entsprechenden identifizierten Fahrzeugmodells und auf den genauen Informationen zur Position der Radsätze im Raum als eine Funktion der Zeit. Aus dem Text unten wird klar, dass die Genauigkeit bei der Assoziierung eines Messungspunktes auf einer Elementoberfläche von der Genauigkeit abhängt, mit der die Richtung und der Nullpunkt des Strahls bekannt sind, sowie von der Zeitgenauigkeit und der Genauigkeit bei der Zuordnung einer Position im Zeitverlauf zum betrachteten Element.

Ein erster Schritt der Diagnostik-Prozedur für Elemente, die an den Achsen montiert sind, besteht darin, die zeitabhängige Koordinatenumwandlungsfunktion &Ggr;WS zu definieren, die bei der Assoziierung von BWBTIS-Messungen mit solchen Elementen verwendet wird, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Umwandlungsfunktion &OHgr; eines Fahrzeugkastens. und zeigen zwei Ansichten einer Achse 683 oder 696 über den Schienen 671 und 672 oder 691 und 693, ähnlich wie und . Die gleichen auf dem Boden basierenden Koordinatensysteme CGB können, ähnlich wie in oder in , mit dem Achsennullpunkt bei 682 oder 697 verwendet werden. Die Achse XGB oder 681, die in , nach oben zeigt, ist unsichtbar und läuft in über das Blatt hinaus. Die Achse ZGB oder 687, die in. entlang den Schienen zeigt, ist unsichtbar und läuft in über das Blatt hinaus. Die Achse YGB oder 677 oder 684 ist sichtbar und liegt in der Blattebene sowohl in als auch in . Ein neues Koordinatensystem CWS wird hier eingeführt, um die Positionen der achsbezogenen Elemente zu definieren. Die Position 679 oder 685 des Nullpunkts von CWS in und in liegt im Idealfall auf der vertikalen Achse des entsprechenden Drehgestellkastens auf einer Höhe, die sich auf die entsprechende Achse beziehen kann (eine mögliche alternative Position wird unten vorgeschlagen). Die XWS-Achse 678 (nicht sichtbar in ) liegt orthogonal zur Achse der Achsen und der Schienen. XWS wird im Allgemeinen nicht genau parallel zu XGB liegen, da möglicherweise eine exakte Orthogonalität zwischen XGB und der Rollfläche besteht, oder wegen des kleinen Rollwinkels, der von der kegelförmigen Form der Radreifen (nicht sichtbar in und ) und von der Seitenverschiebung der Radgruppe herrührt. Die YWS-Achse 675 oder 688 liegt fast parallel zur Rollfläche (wegen der besagten Wirkung der kegelförmigen Form der Radreifen) und liegt im Allgemeinen nicht eng parallel zu YGB wegen des variablen Yaw des Drehgestells oder der Schlingerbewegung &PSgr;. Die ZWS-Achse 680 oder 689 liegt praktisch parallel zu einer Linie, die durch die Mitte der beiden äußeren Achsen eines Drehgestells läuft und ist im Allgemeinen nicht eng parallel zu ZGB wegen des variablen Yaw des Drehgestells oder der Schlingerbewegung &PSgr;.

In Übereinstimmung mit den weiter unten beschriebenen Methoden für die Diagnostik-Prozedur für auf den Achsen montierte Komponenten, fordert der Anmelder keine strenge Genauigkeit der Koordinatenumwandlung durch die &Ggr;WS. Einige Optionen für den Erhalt von &Ggr;WS werden jedoch unten definiert und sie wirken sich zusammen mit der Unsicherheit gewisser Messungen auf diese Genauigkeit aus. Es wird jedoch aus dem unten stehenden Text klar, dass eine genauere Umwandlung von &Ggr;WS den Unsicherheitsspielraum in der Anwendung der Diagnostik-Kriterien verringert, und dass eine solche Verringerung der Unsicherheit bei der Raumauflösung und bei einer kurzen Reaktionszeit der BWBTIS-Instrumente deutlicher ist.

Bei Verwendung der RPY (Roll-Pitch-Yaw) Umwandlungskonvention, kann die Funktion &Ggr;WS in der Matrize durch die folgende Formel ausgedrückt werden

einer kombinierten Rotations-Übertragungsumwandlung in homogene Koordinaten durch die Umwandlungsmatrize [&Ggr;WS(t)] = [&Ggr;WSRZ][&Ggr;WSRX(t)][&Ggr;WSLD(t)](131) in der die Zeitabhängigkeit praktisch auf die Übertragung und Yaw-Rotation beschränkt werden kann, und der Rollwechsel vernachlässigt wird, der beim Ändern der lateralen Position der Radgruppe im kurzen Zeitintervall stattfindet, in der die Funktion &Ggr;WS auf eine bestimmte Radgruppe angewandt wird. Der Anmelder stellt klar, dass die Roll-Abhängigkeit von der Zeit jedoch bei offensichtlichen Änderungen der mathematischen Formeln und der unten beschriebenen Methode ggf. mit berücksichtig werden muss. Der Wert der Winkeldrehung des Zwischenraums wurde hier weggelassen, da er in diesem Fall praktisch vernachlässigt werden kann.

Somit sieht die Transformationsmatrix für die Übertragung der zwei relevanten Rotationen wie folgt aus

wobei XWS(t), YWS(t) und ZWS(t) die Übertragungskomponenten von CWS gegenüber CGB, sind, &THgr; der Rollwinkel und &PSgr;(t) der zeitabhängige Yaw-Winkel.

Die umgekehrte Umwandlung von Vektoren aus dem auf den Radsätzen basierenden Koordinatensystem CWS in das auf dem Boden basierende Koordinatensystem CGB kann mithilfe folgender Formel durchgeführt werden VGB = &Ggr;–1WS(t)VWS,(135) in der &Ggr; –1WS die Umkehrung der Funktion &Ggr;WS ausdrückt, für die die entsprechende Matrize für homogene Koordinaten wie folgt definiert ist [&Ggr;–1WS(t)] = [&Ggr;–1WSLD(t)][&Ggr;–1WSRX(t)][&Ggr;–1WSRZ](136)

Die Definition von &Ggr;WS erfordert somit das Zuordnen eines Wertes zum Parameter &THgr; und die Definition der zeitabhängigen Funktionen XWS(t), YWS(t), ZWS(t) und &PSgr;(t). Die relativ kleinen Ausmaße der Achse zusammen mit den auf der Achse montierten Komponenten und der kurze Längsabstand zwischen ihnen und den Sensoren, deren Messungen für die Berechnung der zeitabhängigen Komponenten von &Ggr;WS verwendet werden, ermöglicht es, sehr einfach Expressionen von XWS(t), YWS(t), ZWS(t) und &PSgr;(t) für den kurzen Zeitabstand zu verwenden, der der Anwendung der Funktion von &Ggr;WS für eine bestimmte Radgruppe entspricht. Vor allem könnte die lineare Abhängigkeit ausreichen, um XWS(t) auszudrücken, während eine Parabelexpression der Expression von YWS(t), ZWS(t) und &PSgr;(t) genügen würde. Die unten stehende Erörterung zur Berechnung der Funktion &Ggr;WS zeigt jedoch, dass die Qualität und die Menge der Messungen, die zur Definition von XWS(t), YWS(t), ZWS(t) und &PSgr;(t) verwendet werden können, derart sein müssen, dass einige oder alle dieser zeitabhängigen Mengen als konstant oder linear ausgedrückt betracht werden können.

Eine alternative besondere Position des Nullpunkts der Achsen CWS ist die Achsmitte, d.h. der Achsensymmetriepunkt der Achse, die im gleichen Abstand von den Radflanschen liegt. Man sollte jedoch, unabhängig von der Wahl der Position des Nullpunkts der Achsen CWS, die Achse als ein rundes symmetrisches Element betrachten, mit der Ausnahme des Lagers, das in der Regel nicht symmetrisch ist und nicht rotiert. Folglich kann die Rotation der Achse und der an ihr befestigten Komponenten allgemein vernachlässigt werden, mit einigen möglichen Ausnahmen im Zusammenhang mit, zum Beispiel, dem Radkörper von gewellten Rädern oder mit Schlitzen und Löchern in einigen sichtbaren Komponenten der Bremsscheiben. Anders ausgedrückt, ist das CWS-Koordinatensystem integral mit der Achse einer Achse und den achsbezogenen Komponenten, so wie die Lagerschale, die nicht über die Schienen rollen. Angesichts dieser Erwägungen wurde der Zwischenraumwert in der obigen Expression 131 vernachlässigt.

Die Berechnung der Parameter, die die entsprechenden Winkelrotationen und die lineare Verschiebung der Komponenten von &Ggr;WS definieren, kann mit Hilfe der Minimierung der Menge &dgr;2 erfolgen, die durch folgende Chi-Quadrat-Formel ausgedrückt werden kann

in der die U-Werte &dgr;u und ihre entsprechenden Unsicherheiten &sgr;u den übereinstimmenden Positionen der Radsatzelemente im Zeitverlauf bei einer oder mehreren Messungen entsprechen.

Wenn man davon ausgeht, dass die Radsensoren präzise genug sind, dann können die Zeiten tj',k, die sich auf das Passieren der Mitte eines individuellen Rads j' am individuellen Sensor k' beziehen, direkt für die Bestimmung der Komponenten &PSgr; und YWS von &Ggr;WS durch die folgende Expression nützlich sein &dgr;u' = zWS(j', tj',k') – zWS(k', tj',k')(138) in der zWS(j', tj',k') die z-Koordinate der entsprechenden Radmitte im Koordinatensystem CWS ist und zWS (k', tj',k') die z-Koordinate der entsprechenden Radmitte im Koordinatensystem CWS.

Die beiden Glieder &dgr;u

in der die Integrationsgrenzen in Bezug auf ein Messintervall für den Radsatz unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit gesetzt sind, können verwendet werden, um die erste und zweite Ableitung im Zeitverlauf in Übereinstimmung mit der LDF-Funktion zur Definition von Z(t) zu bestimmen, und somit können andere Werte wie 138 zur Definition des Offset verwendet werden. Diese Bedingungen können natürlich auch anders definiert oder geschrieben und, je nach den Interpolierungsexpressionen für ZWS(t) und für Z(t), in geschlossene Formelgleichungen gesetzt werden. In der Tat besteht im Allgemeinen ein Offset zwischen der LDF oder Z(t) für ein Fahrzeug und ZWS(t), doch dieses Offset ist in den Expressionen 139 und 140 irrelevant, wo die erste und zweite Ableitung von Z(t) und ZWS(t) im Zeitverlauf verwendet werden.

Wenn ein oder mehrere Laser-Abstandsmesser ähnlich wie in

installiert werden, können ihre Daten nützlich bei der Bestimmung von &Ggr;WS sein. Vor allem die Verwendung der oben bei Element F1 (bei der Berechnung von &OHgr;) erörterten Methode mit einem oder mehreren schnellen und präzisen Laser-Abstandsmessern ist bei der Bestimmung von YWS(t) sehr wirkungsvoll und trägt zur Definition von &PSgr;(t) bei, abhängig vom Nullpunkt, der für CWS gewählt wird. Die gleichen Daten wären auch nützlich bei der Definition von ZWS(t) und &PSgr;(t) durch die Erkennung der vorderen und hinteren Radränder. Die entsprechenden Expressionen und Berechnungsalgorithmen für die Werte &dgr;u können einfach definiert werden, indem man die oben gegebenen Beispiele für die Definitionen der Alternaiven des Glieds &zgr;r berücksichtigt.

XWS(t) kann durch die Messung des Raddurchmessers definiert werden (siehe Erörterung von

oben), wobei man die tatsächliche Position der Schienenköpfe berücksichtigen muss, wie weiter unten im Rahmen der Erörterung der Systemeichung erläutert wird. Falls darüber hinaus einzelne lineare VIS- oder NIR-Bilderzeugungsgeräte (oder Faare von linearen Bilderzeugungsgeräten mit den Sichtebenen, die vorzugsweise in fast der gleichen vertikalen Ebene liegen) an einer niedrigen Höhe installiert werden, so dass qualitative hochwertige Abbildungen (oder qualitative hochwertige stereoskopische Abbildungen) der Räder, und vor allem ihrer unteren Bereiche, erzeugt werden, dann können außerdem die runden Elemente, die dem Flanschrand oder den runden Kanten an der Außenseite des Rads entsprechen, erkannt und im Raum-Zeitverhältnis lokalisiert werden. Die Lokalisierung der runden Elemente kann besonders zuverlässig sein, weil es die Informationen aus der Fahrzeugdatenbank über das (nicht abgenutzte) Rad zusammen mit der Zeitvorgabe der Radsensoren ermöglichen, den zulässigen Bereich von Position, Orientierung und Krümmung stark einzuschränken. Die relevante Berechnungsprozedur kann darin bestehen, dass man in einem ersten Schritt eine Serie von Pixeln auswählt, die mit den zulässigen Bögen in einer Abbildung übereinstimmen, und in einem zweiten Schritt, in dem man die korrekte Übereinstimmung den tatsächlichen runden Radelementen sucht. Die entsprechenden Expressionen für &dgr;u würde die Übereinstimmung zwischen Kreisen mit festem oder variablem Durchmesser (je nach Abnutzung) und den Abbildungsvektoren für die gewählten Pixel an den entsprechenden Abbildungszeiten suchen. Solch eine Bearbeitungsmethode der linearen Abbildungen ermöglicht die Definition von XWS(t) YWS(t), ZWS(t), &THgr;, &PSgr;(t) und des Rollradius mit einer sehr großen Genauigkeit.

Man kann die Lagerschale auch durch Mustererkennung und Positionsübereinstimmung erkennen, indem man die Abbildung der Lagerschale und ihre Position in Bezug auf die Achsmitte aus der Fahrzeugdatenbank abruft. In diesem Fall sollten die entsprechenden Abbildungen für die Positionsübereinstimmung jedoch mit einer sehr ähnlichen Abbildungsgeometrie durch die gleichen oder durch gleichwertige lineare Bilderzeugungsgeräte ermittelt werden. Solch ein Bedarf für eine große Ähnlichkeit der Sichtgeometrie kann jedoch verringert werden, wenn die Softwarekomponente für die Mustererkennung relativ hochentwickelte oder individualisierte Algorithmen verwendet.

Die Werte von &sgr;u für die Expression 138 oder für den Wert &dgr;u bezogen auf einen schnellen Laser-Abstandsmesser oder auf die oben beschriebene auf Abbildungen basierende Methode würde prinzipiell als eine Funktion der Genauigkeit der Sensormessungen beschrieben werden, während für die Expressionen von &dgr;u wie 139 und 140 eine empirische Wahl vorzuziehen wäre.

Im Allgemeinen wird die Berechnung von &Ggr;WS durch eine iterative Prozedur für die Suche mit Multiparametern des Mindestwertes der Expression 137 durchgeführt. Im Falle der oben beschriebenen Methode mit linearen Bilderzeugungsgeräten sollten die ersten Konvergenziterationen nur die einfachsten und stärksten Glieder von &dgr;u berücksichtigen, so wie 138, 139 und 140. Ein zweiter Schritt in der Diagnostikprozedur für an Achsen montierte Elemente betrifft die Bestimmung der repräsentativen Temperaturwerte der entsprechenden Elemente oder von Teilen dieser. Dies wird erreicht, indem man die BWBTIS-Messungen mit den achsbezogenen Elementen assoziiert, wobei man deren Oberflächenposition im Koordinatensystem CWS aus der Fahrzeugdatenbank kennt, und indem man die &Ggr;WS-Koordinatenumwandlung auf die entsprechenden Messvektoren anwendet. Die tatsächliche Methode muss auch die Sichtbarkeit der Elemente, die Unsicherheit der Vektorübereinstimmung sowie die finiten Ausmaße der Messstrahlen berücksichtigen.

Die achsbezogenen Elemente können in der Fahrzeugdatenbank als ein Satz von kleinen polygonalen flachen Flächen (typischerweise Dreiecke oder Vierecke wie für die "3D-Mosaike") oder eine Kombination von polygonalen Flächen, Sätze von runden Flächen, Kegelfrustumflächen, kreisförmige Flächen usw. beschrieben sind. Jedes dieser Flächenelemente ist mit einem mechanischen Element und mit einem Satz von Parametern assoziiert, die von der Geometrie abhängen und seine Form, Größe, Position und Orientierung im CWS-Koordinatensystem definieren. Im Allgemeinen empfiehlt es sich, die gesamte "sichtbare Fläche" auf einer montierten Achse mit ihren Komponenten in ein Verhältnis zu diesen Flächenelementen zu setzen. Angesichts der Tatsache, dass die gleichen Achsen und Radsätze oder sogar die gleichen kompletten Drehgestelle auf verschiedenen Schienenfahrzeugmodellen montiert sind, kann es von Nutzen sein, ihre Oberflächenbeschreibung einmal zu speichern und auf diese in der Fahrzeugdatenbank zu verweisen, wobei man die Position ihrer CWS-Koordinatensysteme im CVB-Koordinatensystem eines Fahrzeugmodells angibt. Im Allgemeinen hängt der Detailgrad, der in dieser Kodierung von achsbezogenen Flächen angewandt werden sollten, davon ab, wie kritisch bestimmte geometrische Details in Bezug auf die entsprechende Leistung und die Rate falscher Alarme der Diagnostikmethode- oder methoden sind.

Die spezifischen Parameter (d.h. für die entsprechende betrachtete Achse), die in der auf der Prozedur für BWBTIS-Messungen basierenden Diagnostik-Prozedur verwendet werden sollen, unterscheiden sich im Allgemeinen je nach Typ der BWBTIS-Ausrüstung, die im System eingesetzt wird, und hängen von der tatsächlichen Verarbeitungsmethode ab. Auf jeden Fall sind sie in der Fahrzeugdatenbank in Assoziierung mit einem Achsentyp oder einem Drehgestelltyp oder einem bestimmten Fahrzeugmodell gespeichert, je nach Design der Softwareimplementierung und der Unabhängigkeit solcher achsbezogenen Diagnostikparameter von dem tatsächlichen Drehgestell- oder Fahrzeugmodell.

Der Begriff "HTDS" für "Homogeneous Thermal Diagnostics Surface" wird hier verwendet, um eine Fläche zu definieren, die man für die Diagnostikzwecke als thermal gesehen homogen betrachten kann. Einige Beispiele für HTDS sind eine vertikale Fläche einer Lagerschale, der parallel zur Richtung der Zugbewegung liegt, ein niedriger Teil einer runden Fläche einer Lagerschale, ein äußerer Teil einer Bremsscheibenfläche und eine freie runde Fläche einer Achse. Ein weiteres besonders Beispiel einer HTDS ist der untere Teil einer flachen Außenfläche eines Radreifens, der wegen eines bremsblockierten Rads eine bedeutend höhere Temperatur als die Außenfläche des Radreifens insgesamt aufweisen kann. Eine HTDS kann in der Fahrzeugdatenbank durch ein oder mehrere geometrische Flächenelemente kodiert werden. Eine praktische Art und Weise eine HTDS zu kodieren, ist, diese mit einem Untersatz von geometrischen Flächenelementen, die oben bei der Kodierung von achsbezogenen Flächen erwähnt wurden, zu assoziieren. So kann die gesamte erkennbare Fläche eins bestimmten achsbezogenen Elements aus einer Reihe von kodierten Flächenelementen zusammen gesetzt werden, wobei nur eine oder wenige dieser bestimmte HTDS für Diagnostikzwecke darstellen. Ein bestimmtes geometrisches Flächenelement kann mehr als einer HTDS entsprechen, so wie im Fall von verschiedenen Teilen oder der Gesamtaußenfläche einer Radreifenebene.

Eine erste Methode, hier als "TAM1" für "Temperature Assignment Method 1" bezeichnet, für die Zuordnung einer repräsentativen Temperatur zu HTDS gilt für den Fall, in dem eine oder mehrere BWBTIS-Messungen sicher auf eine HTDS bezogen werden können. Für solche TAM1-Messungen sollte das Lesen durch die Instrumente praktisch nicht von der Temperatur irgendeiner anderen in der Nähe liegenden oder an die HTDS angrenzenden Fläche im Feld des entsprechenden BWBTIS beeindruckt werden (ohne die Variation der tatsächlichen Temperatur von HTDS wegen eines Wärmeaustauschs mit anderen Flächen zu berücksichtigen). In der Praxis müssen die Unsicherheit bezüglich der Position von HTDS gegenüber dem Messstrahlvektor und der Messstrahlenspuren auf der HTDS zusammen derart sein, dass BWBTIS nur Teile der HTDS sieht, d.h. keine bedeutenden Teile irgendwelcher anderer Flächen. ist eine konzeptuelle Illustration der Bedingungen, bei denen die TAM1 angewandt werden kann. Das Dreieck 700 ist Beispiel für eine HTDS, während die beiden Flächen 701 und 702 jeweils hinter und vor der Fläche 700 liegen. Die Querschnitte des Messstrahls von 703 bis 708 beziehen sich idealerweise auf einen einzelnen passiven Infrarotsensor und die gesamte Abbildung von ist als eine Sicht aus einem unendlichen Abstand entlang der optischen Achse des Messstrahls definiert. Der Messstrahlpunkt 703 ist deutlich größer als die anderen aufgrund der Divergenz des Messstrahls. Die größeren Ellipsen wie 709 und 710 geben den Bereich an, auf den die entsprechenden Messpunkte bezogen werden könnten, wenn man die Punktpositionsunsicherheit auf der beobachteten Fläche berücksichtigt. Im Allgemeinen ist die "geometrische Übereinstimmungsunsicherheit" je nach Richtung unterschiedlich, abhängig von der Genauigkeit der Messungen und der &Ggr;WS-Transformation. Die beiden Achsen der Messpunktellipsen und der größeren Ellipsen, die aus der Positionsunsicherheit resultieren, stimmen in der Regel nicht überein und in der Zeichnung sind sie rein zufällig. Im Beispiel von , entsprechen nur die Messpunkte 705 und 706 streng den Eignungsanforderungen für die Anwendung der TAM1 auf die 700. Die den HTDS durch die TAM1 zugeordnete Temperatur ist nur der Durchschnitt einer einzelnen relevanten Temperaturlesung.

Offensichtlich wird die Anwendbarkeit von TAM1 durch eine genauere &Ggr;WS-Umwandlung, genauere HTDS-Definitionen, größere HTDS-Dimensionen, Messsichtwinkel, die gegenüber der beobachteten Fläche eher normal sind, höhere Datenübernahmeraten, höhere Sensor-Bandbreite, schmalere Messstrahlen, niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit, engere Winkelabstände zwischen den Strahlen zweier nebeneinander liegender Pixel (sofern anwendbar) und eine schnellere mechanische Abtastrate begünstigt.

stellt den gleichen Fall wie dar, doch mit einer sehr viel größeren Unsicherheit der Messungspositionierung entlang der Reihe von Messpunkten 723 bis 728. In diesem Fall sind die Hüllen wie 729 und 730 für das Zuordnen einer Messung zu einem Flächenelement relativ breit, so dass kein Messpunkt sicher als rein repräsentativ für HTDS 720 betrachtet werden kann, da sie sich teilweise mit den anderen Flächen 721 und 722 überschneiden könnten. Daher ist TAM1 nicht auf den Fall von anwendbar. Ein besonderes Merkmal der Messpunkte und ihrer jeweiligen Positionsunsicherheiten in ist, dass mindestens zwei der Messpunkte komplett von der HTDS 720 abgedeckt werden müssen. Wenn diese spezielle Situation zutrifft, kann eine zweite Methode, hier "TAM2" genannt, angewandt werden, um eine repräsentative Temperatur für eine HTDS zu bestimmen. TAM2 beruht auf der Tatsache, dass der maximale Unterschied zwischen den Temperaturlesungen dieser Punkte, die komplett von der HDTS 720 abgedeckt werden, durch den NEID (Noise Equivalent Temperature Difference) des Messinstruments sowie durch die weiteren Beiträge zur Messstreuung, die auf der größten erwarteten Variabilität über der HDS von de Flächentemperatur und der Flächenemissivität beruhen, geschätzt werden können. Solche eine Streuung insgesamt kann alternativ auch von der statistischen Verarbeitung der tatsächlichen Messungen herrühren. TAM2 kann auf zufrieden stellende Weise angewandt werden, wenn die Temperaturlesungen für die als "aneinander liegend gesehenen" Flächen wie 721 und 722 sich genug von denen der entsprechenden HTDS unterscheiden. In der Tat kann, fails diese Bedingungen zutreffen, eine Suche auf Grundlage einer Reihe von Messungen innerhalb der o.g. maximalen Streuung und "umgeben" von statistisch unterschiedlichen Werten durchgeführt werden. Die repräsentative Temperatur für die entsprechenden HTDS gemäß TAM2 ist somit als der Durchschnitt der Messungen definiert, die innerhalb der geltenden Abweichung der Eignung gefunden werden. ist ein anderes Beispiel einer möglichen Messsituation, in der die Breite der betrachteten Teils einer HTDS vergleichbar mit oder kleiner als die Breite des Messpunktes ist. Die Fläche HTDS 741 ist eine HTDS, die zwischen zwei anderen Flächenelementen 740 und 742 liegt. Die 14 Messpunkte so wie 743 liegen zentriert über der Linie 744 und überschneiden sich großteils mit wenigen anderen Punkten, die nahe bei ihnen liegen. In dieser Zeichnung sind nicht die Bereiche angegeben, die einer Positionsunsicherheit entsprechen. In diesem speziellen Konzeptbeispiel ist die Musterrate so, dass die Messpunkte weitgehend übereinander liegen. Ein Beispiel einer praktischen Situation, die diesem Fall ähnelt, ist die Beobachtung eines Teils einer Bremsscheibe, wie in und , durch einen Sensor, der außerhalb des Raums zwischen den Schienen positioniert ist und in der der Effekt der Divergenz des Messstrahl dazu führt, dass die Punkte im Abstand der HTDS vom Sensor übereinander fallen. Die bezieht sich auf die Temperaturmessungen gemäß . Die Achse 745 steht für die tatsächliche oder gemessene Temperatur, während die Achse 746 einer linearen Raumkoordinate über der Linie 744 entsprechen kann. Die tatsächliche Temperaturkurve 747 geht davon aus, dass jede der drei Flächen 740, 741 und 742 eine homogene Temperatur hat. Jeder der Messbalken wie 749, 752, 750, 751 und 748 entspricht dem Lesen einer der Messpunkte aus . Die vertikale Länge der Messbalken entspricht dem NEID des Temperaturmessgeräts, und der klar erkennbare Offset der ersten und letzten Messungen der Serie, so wie 748 und 749, gegenüber der Kurve 747 kommt von einem Temperaturmessfehler im Zusammenhang mit den verschiedenen Emissivitätswerten. Ein drittes Modell, hier "TAM3" genannt, kann in bestimmten Fällen wie dem in angewandt werden, um eine repräsentative Temperatur einer HTDS zuzuordnen, basierend auf der Berechnung einer Näherungskurve so wie 749 in . Diese Art von Problem der Kurvennäherung ist aus anderen Anwendungsbereichen bekannt und wird in vielen Veröffentlichungen wie Artikeln oder Buch im Bereich der Experimentalphysik erörtert. Die tatsächliche Form der Kurve hängt vom Strahlenprofil ab, und nähert sich einer abgeflachten eckigen Spitze, wenn die Punktgröße im Verhältnis zur Weite von HTDS kleiner wird. Eine genaue Definition der Funktion der &Ggr;WS-Umwandlung zusammen mit einer genauen Kodierung der HTDS macht TAM3 besonders sicher. Außerdem, wenn das Messstrahlprofil gegenüber dem Abstand auch genau bekannt ist, kann der Kurvennäherungsprozess eine ungefähre Schätzung der HTDS-Temperatur ergeben, selbst wenn das Verhältnis zwischen HTDS-Breite und Punktbreite kleiner als im Fall von ist, und, dementsprechend ein größerer Unterschied zwischen dem maximal gemessenen Wert, so wie 750, und der tatsächlichen HTDS-Temperatur besteht. Wenn die Punktepositionen mit einer großen Unsicherheit bekannt sind (z.B. entlang von 744 m im Fall von ), dann kann die Methode TAM3 angewandt werden, die der Näherungsfunktion die nötige räumliche Offset-Flexibilität lässt, vorausgesetzt, dass bekannt ist, dass die Flächen um die Spitze herum eine deutlich andere Temperatur haben. Die Homogenität der Temperatur der Umgebungsfläche ist ein weiterer Faktor, dank dessen TAM3 in dieser letzten speziellen Situation mit Erfolg angewandt werden kann. TAM1, TAM2 und TAM3 sind oben mit Bezug auf die , , und für eine Serie von Messpunkten erläutert, die entlang einer Reihe angeordnet sind, doch sie sollten generell auf Messsätze anwendbar betrachtet werden, deren Strahlen in zwei Winkeln oder in Versetzungsgrößen zerstreut werden, je nach Typ des Messinstruments und je nach bei der Aufzeichnung der geometrischen Daten verwendeten Projizierung. Eine vierte besondere Methode, hier "TAM4" genannt, kann in bestimmten Fällen angewandt werden, um eine repräsentative Temperatur einer oder mehrere HTDS für einen Datensatz zuzuordnen, der einige wenige Flächenelemente umfasst. Ein Fall, in dem diese Methode besonders empfehlenswert ist, ist bei einer Lagerschale zusammen mit dem entsprechenden festen Radkörper, und der Messung der Temperaturen von der Schienenseite aus durch ein Gerät der zweiten oder dritten Gruppe der oben erwähnten BWBTIS. In diesem Fall könnten vier HDTS für einen repräsentativen Teil der Lagerschalenfläche, für zwei Teile des Körpers auf der vorderen und hinteren Seite der Schienenseite und für einen Teil des Körpers knapp unter dem Lager definiert werden. Eine Temperaturfunktion von drei Raumgrößen im Koordinatenraum CWS kann über der entsprechenden Fläche (Lagerschale und Radkörper) definiert werden, mit einer ausreichen großen Flexibilität zur Beschreibung der "Übergangsbereiche zwischen den verschiedenen HTDS, doch mit einer ausreichenden Starrheit, um eine zuverlässige Konvergenz eines Algorithmus zu erlauben, damit dieser mit den BWBTIS-Daten durch begrenzte Anpassungen übereinstimmt. Ein wichtiger Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit, eine gute Leistung bei einer relativ geringen Genauigkeit &Ggr;WS-Funktion zu erzielen, d.h. mit Bezug auf die XWS-Komponente. Das Prinzip dieser Methode kann auch auf die BWBTIS-Datenserien in einer Reihe angewandt werden, so wie die, die durch den ersten Typ von den oben erwähnten BWBTIS erzeugt werden.

Alle vier hier erläuterten Zuordnungsmethoden erfordern, dass Serien von BWBTIS-Daten aufgezeichnet werden, wobei die &Ggr;WS-Umwandlung über Flächenelemente in der Fahrzeugdatenbank definiert wird. Wie bei den Methoden, die für die Erkennung von Fehlern des Begrenzungslinienprofils oben erörtert wurden, können die Berechnungen für die Übereinstimmung von Messstrahlen und Flächenelementen in den Koodinatenräumen CWS oder CGB erfolgen, wobei man die &Ggr;WS-Umwandlung über die Messstrahlendaten oder die umgekehrte Umwandlung der Flächenelementpositionen und Orientierungen in die auf dem Boden basierenden Koordinaten verwendet. Die Unsicherheiten der relativen Positionen und/oder Orientierungen des Messstrahls und der Flächenelemente können mit Hilfe von Standardmethoden geschätzt werden, je nach den Daten, die zur Definition der &Ggr;WS-Parameter verwendet wurden, und je nach ihrer Genauigkeit und je nach den Verarbeitungsmethoden, die bei der Definition der &Ggr;WS-Parameter angewandt wurden. Verschiedene in der Berechnung wirksame Algorithmen können zur Definition der Überschneidungsbereiche von Messstrahl und einem oder mehreren Flächenelementen verwendet werden, einschließlich einiger derer, die in Veröffentlichungen über die Visualisierung von dreidimensionalen Vektorzeichnungen oder optischer Strahlenverfolgung beschrieben sind. Die Konvertierung aller geometrischen Messstrahldaten aus dem CWS- in das CGB-Koordinatensystem oder andersherum ist unnötig und würde eine Verschwendung von Berechnungsmitteln bedeuten. Es wird daher empfohlen, die Koordinatenumwandlung nur auf die Daten der Messungen anzuwenden, die Kandidat für eine mögliche Übereinstimmung mit den entsprechenden Flächenelementen sind. Die Funktion &Ggr;WS kann auch hierfür verwendet werden, wenn man Zeitintervalle, und falls anwendbar, Pixel oder Abtastwinkelbereiche definiert, und dabei einen Unsicherheitsspielraum berücksichtigt (einige begrenzende Flächen, die achsbezogene Komponenten einschließen, sowie die BWBTIS-Daten sind für die Durchführung der Berechnung geeignet). Mehrere Algorithmus-Lösungen können von Technikern implementiert werden, um die Berechnungsbelastung im Zusammenhang mit der Verarbeitung der BWBTIS-Daten zu verringern. So können zum Beispiel mehrere BWBTIS-Daten für eine bestimmte HTDS aufgezeichnet werden, und einige Unterserien können zugeordnet werden, ohne dass man die Strahlenüberschneidungen mit der HTDS berechnet, wenn sie geometrisch sicher zwischen zwei oder mehreren Messungen liegen, die der HTDS zugeordnet wurden. Eine fünfte besondere Methode, hier "TAM5" genannt, zur Zuordnung einer repräsentativen Temperatur zu einer oder mehreren HTDS für einen mono- oder bi-dimensionalen Datensatz, wenn die möglichen Variationen hinsichtlich der betreffenden Flächenelemente relativ gering sind (z.B. wenn ein Element nicht versteckt ist oder wegen einer Änderung des Drehgestell-Yaw oder aufgrund verschieden starker Radabnutzungen nicht in bedeutendem Maße kleiner wird). TAM5 basiert auf der Verarbeitung einer "Pseudo-Abbildung" von an einer Achse montierten Komponenten, d.h. eine mono- oder bidimensionale Matrize von Temperaturmessungen, die durch zwei Raumvariablen gekennzeichnet ist, z.B. den Sichtzwischenraumwinkel für die Pixel einer Infratosensormatrize und der Längsverschiebung. Die Koordinaten der Komponenten der Pseudo-Abbildungsmatrize sind leicht verschoben oder deformiert, damit die Übereinstimmung, die auf der Temperatur bestimmter Bereiche von einer oder mehrerer HTDS beruht, maximiert wird. Ein genauer Wert &Ggr;WS ist wahrscheinlich im Fall von TAM5 nicht nötig. Diese Methode kann als eine Form von Musterübereinstimmung gesehen werden, die ein Muster mit einer gewissen Flexibilität verwendet und einige Deformierungen des Datensatzes, der mit einem festen Muster übereinstimmen soll, zulässt. TAM5 unterscheidet sich von den o.g. Methoden TAM1 und TAM4, da die dreidimensionalen Koordinaten nicht ausdrücklich verwendet werden, doch auch diese Methode verwendet spezifische Informationen aus der Fahrzeugdatenbank. Andere Methoden zur Temperaturzuordnung können von in den entsprechenden Techniken erfahrenen Ingenieuren definiert werden, die dazu geometrische Berechnungen und Signalverarbeitungsmethoden mit dem Ziel anwenden, die Genauigkeit der Temperaturschätzung in Bezug auf die HTDS-Elemente, die in der Fahrzeugdatenbank definiert sind, zu maximieren.

Die für die Verarbeitung der achsbezogenen passiven Infrarotsensordaten zu verwendenden Methoden sind in der Fahrzeugdatenbank zusammen mit allen nötigen Parametern und Informationen zu deren Anwendung angegeben.

Der Anmelder erklärt, dass im Falle der Integrierung eines kommerziellen BWBTIS-Gerätes oder einer modifizierten Version eines solchen im System, und falls solch ein Gerät eine zufriedenstellende Schätzung der Temperatur von HTDS (absolut oder in Bezug auf die Umgebung) erzeugt, der durch solch ein Instrument ermittelte Wert im nächsten Schritt der Prozedur für die thermale Diagnostik von achsbezogenen Elementen verwendet werden kann. Diese letzte Bemerkung ist auch gültig im Fall, dass eine solche Integration in der Verwendung eines "Scanners" besteht und darin, dass die entsprechende Datenverarbeitungssoftware auf einer separaten Hardware läuft, die Teil der Berechnungssoftware des Systems sein kann. In diesen Fällen ist das System in jedem Fall von Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, auch wenn nicht ausdrücklich die &Ggr;WS-Umwandlung angewandt wird. Die spezifischen Informationen aus der Fahrzeugdatenbank ermöglichen in der Tat das Erreichen eines besseren Gleichgewichts zwischen der Erkennungsrate von Defekten und der Rate falscher Alarme.

Ein dritter weiter unten erörterter Schritt in der thermalen Diagnostikprozedur für achsbezogene Elemente bezieht sich auf die Erkennung von gefährlichen Bedingungen, die auf einer oder mehreren BWBTIS-Messungen und anderen anwendbaren Informationen und Daten beruhen.

Die Bedingung, die für das Auslösen eines Alarms oder das Senden eines Warnhinweises in Bezug auf die gemessene Temperatur eines bestimmten Elements erfüllt sein muss, kann in generischer Form wie folgt geschrieben werden &Pgr;(THTDS, &mgr;1, &mgr;2, ..., &mgr;N) – &Xgr;(&ngr;1, &ngr;2, ..., &ngr;M) – &ggr; ≥ 0(141) in der THTDS die repräsentative Temperatur ist, die von den BWBTIS-Messungen einer HTDS für ein bestimmtes mechanisches Element zugeordnet wird, &Pgr; die Funktion von THTDS und von N Variablen und/oder Parametern &mgr;n, und &Xgr; die Funktion von M Variablen und/oder Parametern &ngr;m, wobei N und M gleich oder größer als Null sind. Die Menge &ggr; ist ein optionales Glied für den "Einstellwert für Alarmstufe". Der Anmelder stellt klar, dass die Bedingung 141 in anderen Formeln ausgedrückt werden kann, und dass die obige Formel gewählt wurde, um die unten folgende Erörterung bezüglich von Datenverarbeitungsmethoden zur Gefahrenerkennung zu stützen. Insbesondere könnten alle Abhängigkeiten von Variablen und/oder Parametern &mgr;n und &ngr;m und dem Wert &ggr; in einer einzigen Funktion H zusammengefasst werden, indem man 141 neu als folgende Bedingung formuliert THTDS ≥ H(&mgr;1, &mgr;2, ..., &mgr;N; &ngr;1, &ngr;2, ..., &ngr;M; &ggr;)(142)

Die einfachste degenerierte Form von 141 entspricht &Pgr; als einer Multiplizierung von THTDS um 1 und &Xgr; als einem konstanten Wert (was gleichbedeutend mit dem Prüfen ist, ob THTDS gleich oder größer als ein bestimmter Alarm-Schwellenwert für die Temperatur ist). Solch eine degenerierte Form gilt jedoch als schlecht anwendbar im hier diskutierten Problem der Gefahrenerkennung und einige wichtige Abhängigkeiten sind unten für die Funktionen &Pgr; und &Xgr; angegeben, die dazu dienen die Gefahrenerkennungsempfindlichkeit zu fördern und dabei die Rate falscher Alarme relativ niedrig zu halten.

Die Funktion &Pgr; kann eine oder mehrere Abhängigkeiten verkörpern, um den Wert von THTDS in einen genaueren Wert zu verwandeln, wobei ein oder mehrere Aspekte, die beim Prozess oder bei den Prozessen (von Hardware und Software) für die Ermittlung von THTDS aus den grundsätzlichen Messungen der elektrischen BWBTIS-Signale berücksichtigt wurden.

Sofern keine duale Wellenlängen-(Verhältnis) oder Multi-Wellenlängen-Thermometrie verwendet wird (beim Einsatz von speziellen BWBTIS-Instrumenten), bezieht sich ein wichtiges Beispiel einer Korrektur der Funktion &Pgr; auf die HTDS Emissivität. Die Korrektur der Emissivität erfordert die Definition einer Funktion, die von der spektralen Empfindlichkeit des tatsächlichen Messinstruments und der Beschaffenheit der beobachteten Fläche abhängt. Die Korrekturfunktion ist in der Regel nicht linear. In unserem Fall kann die HTDS-Emissivität sich für die verschiedenen Elemente sehr unterscheiden (von hoch-emissiven rostigen Elementen zu niedrig-emissiven glänzenden Flächen von verchromten oder polierten Metallen und Legierungen) und kann vom Alter und der Geschichte des beobachteten Elements abhängen (Oxidation, Abblättern der Farbe, Verschmutzung usw.). Es empfiehlt sich, die Korrektur hinsichtlich der Emissivität so durchzuführen, dass man die spezifischen Funktionsparameter in der Fahrzeugdatenbank speichert und dort abruft (z.B. unter Verwendung einer polynominalen Formel), und zwar für eine spezielle HTDS. Solch eine spezielle Definition der Korrektur kann auf diejenigen Elemente beschränkt werden, für die die Korrektur wichtiger ist. Die tatsächlichen Korrekturparameter können auf der Grundlage spezifischer Statistiken bestimmt werden, oder indem man einen Satz von "Referenz-Korrekturen" definiert, die für Elementklassen gelten sollen (z.B. Aluminium-Legierungen, rostfreier Stahl, lackierter Stahl, von dem die Farbe abblättern und der rosten kann, usw.). Die Fahrzeugdatenbank ist die Informationsquelle, dank derer man entscheidet, welche Korrekturklasse für die relevante HTDS eines bestimmten Elements anzuwenden ist. Standard-Abweichungen können ebenfalls für die Korrekturparameter der Emissivität von spezifischen Elementen oder Elementklassen (oder für die korrigierte Temperatur) definiert werden, die, sofern angemessen, in der &Pgr;-Funktion berücksichtigt werden. Ein zweites Beispiel einer Korrektur der &Pgr;-Funktion ist die Kompensierung der Umgebungstemperaturstrahlung bei einer HTDS mit einer niedrigen Emissivität (und somit hohen Reflektivität) und einer relative hohen Umgebungstemperatur (die Korrektur kann entweder basieren auf den Messungen der Umgebungstemperatur oder auf den Lesungen bestimmter BWBTIS, wenn diese die Wärmestrahlung im Hintergrund messen).

Ein drittes Beispiel ist die Kompensierung der Wirkung der Umgebungstemperatur auf das Lesen des BWBTIS-Instruments, wenn die Kompensierung der Temperaturänderung von Teilen des BWBTIS-Instruments ungenügend ist. Diese Korrektur kann durch Messungen erfolgen, die durch Temperatursensoren ausgeführt werden, die innerhalb des entsprechenden Instruments installiert sind, und/oder durch die Messung der Umgebungstemperatur durch externe Eichmittel (bei einer festen und kontrollierten Temperatur und Position).

Ein viertes Beispiel ist die Kompensierung der Messversetzung durch Verwendung von externen Eichmitteln (bei einer festen und kontrollierten Temperatur und Position).

Die Funktion &Xgr; kann als ein spezifischer Schwellenwert der Defekterkennung betrachtet werden, mit dem der Wert &Pgr; verglichen wird, möglichst innerhalb eines durch &ggr; ausgedrückten Toleranzbereichs.

Fachleuten dieser Technik ist es gut bekannt, dass für die mechanischen Elemente, die hier am meisten interessieren, z.B. Achslager, unter bestimmen operativen Bedingungen (z.B. das Beladen eines Waggons) und unter Beachtung einer bestimmen Operationsgeschichte (d.h. das Fahren in den letzten 10 oder mehr Minuten bei einer bestimmten Geschwindigkeit) die Variation des Temperaturschwellenwerts für ein bestimmtes Versagen oder eine beginnende Versagensbedingung dramatisch reduziert wird, wenn die Umgebungstemperatur als die thermoetrische Null betrachtet wird. Anders ausgedrückt, die zu hohe Temperatur einer Lagerschale in Bezug auf die Umgebungstemperatur, verursacht durch (normale oder gefährliche) Reibung, hängt wenig von der Umgebungstemperatur selbst ab. Der physikalische Hauptgrund ist, dass der dominante Wärmeabführmechanismus (Konvektion) fast linear von dem Temperaturunterschied zwischen dem erhitzten Teil und der Umgebungsluft abhängt. Zusätzlich dazu, hängt die Variation der Wärmeerzeugung durch Reibung nicht stark von der Temperatur ab. So kann eine einfache Definition der Funktion &Xgr; die Summe der Umgebungstemperatur bis zu einem bestimmen Schwellenwert sein, der aus der Fahrzeugdatenbank abgerufen werden kann. Wenn dem System die Radsatzlast bekannt ist, kann ein zusätzliches Glied, nämlich die Funktion der Fahrzeuglast, der oben definierten Funktion &Xgr; hinzugefügt werden. Solch ein Wert kann insbesondere, doch nicht ausschließlich, proportional zur Fahrzeuglast durch einen multiplikativen Koeffizienten sein, und proportional zu einer bzw. eine Funktion selbst der Lagerschalentemperatur in Bezug auf die Umgebungstemperatur sein, wobei die entsprechenden Funktionsparameter in der Fahrzeugdatenbank gespeichert sind.

Ein weiteres Glied könnte definiert werden, wenn das System (aus dem Zug oder aus dem Informationstechnologiesystem der Bahngesellschaft) die Informationen zur kurz zurückliegenden Fahrtgeschichte abrufen könnte (zurückgelegte Strecke und Geschwindigkeitsprofil).

Ein besonderes Glied könnte in die Funktion &Xgr; eingefügt werden, um die zusätzliche Erhitzung der HTDS bei einer Lagerschale zu berücksichtigen, wenn das entsprechende Rad nach einem Bremsvorgang sehr heiß ist. Dieses Glied würde von der tatsächlichen Bauweise der Achseinheit abhängen und könnte daher spezifisch ein und in der Fahrzeugdatenbank gespeichert werden.

Fachleuten ist außerdem bekannt, dass eine wirksame Art und Weise zur Definierung der Temperatur-Schwellenwerte für Alarme für achsbezogene Komponenten [011] die Berechnung dieser als der Durchschnitt der Temperaturen anderer identischer Elemente auf dem gleichen Fahrzeug oder auch im gesamten Zug ist, plus eine zulässige Abweichung, die als multiple oder Standardabweichung dieser Temperaturen definiert werden kann. Der Grund hierfür ist, dass all diese identischen Elemente die gleiche Geschichte hinsichtlich der zurückgelegten Strecke, der Geschwindigkeit im Zeitverlauf, der Umgebungstemperatur und (für Bremsen und Räder) der Bremsaktivität aufweisen. Wenn die Elemente auf der Fahrzeugseite offen liegen (z.B. im Falle einer Lagerschale), kann die Mittelwertbildung noch sinnvoller sein, wenn man sie auf beide Seiten des Zugs anwendet, so dass auch die Bedingungen wie Sonnenstrahlung und Wind berücksichtigt werden. Die Temperatur von Elementen, die eine bestimmte Temperatur im Bezug auf die Umgebung überschreitet, oder die eine multiple oder Standardabweichung von der Durchschnittstemperatur im Vergleich zu anderen identischen Elementen überschreitet, muss von der Mittelwertbildung ausgeschlossen werden. Die Identifizierung der Fahrzeuge in der Methode ermöglicht es, diese Mittelwertbildung auf wirksamere Weise als der bisherige Stand der Technik einzusetzen, da das System die identischen Elemente für die Mittelwertberechnung sicher auswählen kann. Außerdem kann das System die Kriterien für das Auslösen von Alarmen durch die Verwendung von spezifischen Parametern verfeinern, die auf einen bestimmen Typ einer montierten Achse anzuwenden sind und die das System aus der Fahrzeugdatenbank abruft.

Somit kann bei Angabe von THTDS,m als dem Temperaturwert THTDS für ein Mitglied m einer Gruppe identischer Elemente, folgende Expression

in der Systemsoftware als statistische Alarmbedingung beim Überhitzen von Lagern, Bremsen und Rädern verwendet weren. Der Koeffizient K' in 143 kann aus der Fahrzeugdatenbank abgerufen werden (sofern er speziell bewertet wurde) oder er kann für Komponentenklassen definiert werden. Das Ausschließen von "abnormalen Elementen" aus den N Gliedern der Summierungen 143 kann durch einen anderen alternativen Algorithmus erfolgen, d.h. indem man die Mitglieder der Elementgruppen mit den höchsten Temperaturwerten THTDS ausschließt, bis die Bedingung 143 nicht für alle verbleibenden Elemente N gilt.

Im Allgemeinen können andere und weiter entwickeltere statistische Tests als Ersatz für die einfache statistische Vorgehensweise, die auf Variationen beruht, verwendet werden. Außerdem können verschiedene statistische Test für das gleiche spezielle Element verwendet werden, je nach Anzahl der Muster, die in der Analyse verwendet werden.

Im besonderen Fall von Achslagern, kann die Bedingung 143 einige Faktoren berücksichtigen (z.B. Waggonlast auf der Achse und Raderhitzung), die die Temperatur der einzelenen Elemente oder Untergruppen von Elementen beeinflussen, indem THTDS,j, THTDS,k und THTDS,i durch T *B,h ersetzt werden, so wie in der folgenden Expression definiert ist T*B,h = TB,h – K''Mh(TB,h – Tamb) – K'''(TW,h – TB,h)K''''(144) in der TB,h dem Wert THTDS,h für das Lager h entspricht, TW,h dem Wert THTDS,h für den mit dem Lager h assoziierten Radkörper, Tamb der Wert der Umgebungstemperatur ist, Mh die Gesamtlast oder die Nettolast auf der Achse oder dem Rad assoziiert mit dem Lager h ist, während K'', K''' und K'''' konstante Parameter sind (vorzugsweise spezifisch und aus der Fahrzeugdatenbank abgerufen).

Der Anmelder betont, dass die Expression 144 nur ein besonderer Fall einer allgemeinen mathematischen Expression ist T*B,h = T*B,h(TB,h, Mh, TW,h, Tamb, &agr;1, &agr;2, ..., &agr;K)(145) in der ein Satz von K Parametern &agr;n spezifisch für eine bestimmte montierte Achse oder ein bestimmtes Drehgestellmodell oder ein bestimmtes Fahrzeugmodell oder Klassen dieser ist.

Einige Typen von BWBTIS können auch Messungen der Achstemperaturen liefern, und diese gemessenen Werte können Objekt eines speziellen Alarmkriteriums sein oder in den Expressionen für Alarmbedingungen für Lager und Bremsen eingesetzt werden.

Das Glied &ggr; in den obigen Expressionen kann vernachlässigt werden oder es kann zur Feinabstimmung der Alarmbedingung verwendet werden. Diese Rolle von &ggr; kann jedoch durch das Feineinstellen eines anderen, nicht notwendigerweise additiven, Parameters innerhalb der hier besprochenen Alarmbedingungen oder auch in anderen Bedingungen, die für den gleichen Zweck definiert werden können, ersetzt werden.

Im Allgemeinen kann mehr als ein Kriterium zur Gefahrenerkennung für einen bestimmten Typ von achsbezogenen Elementen verwendet werden, und die Fahrzeugdatenbank kann angeben, welche Kriterien für ein bestimmtes Fahrzeug oder Drehgestelltyp oder montierten Achstyp benutzt werden können, zusammen mit den Parametern für die Alarmexpressionen oder die Angabe der geeigneten Klasse von Achsen, für die diese Parameter definiert wurden.

Im Falle eines kompletten kommerziellen Hochleistungsgeräts zur Durchführung der Erkennung von achsbezogenen thermalen Defekten, kann das System der Verarbeitungseinheit dieses Geräts einen Satz von fahrzeugspezifischen Informationen liefern, die nützlich sein können, um seine eigenen Diagnostikkriterien auf speziellere und wirksamere Weise anzuwenden. Solch ein Verfahren wäre eine besondere Form der Implementierung des oben Gesagten.

Der Wert der Umgebungstemperatur, der in den Berechnungen für die Diagnose der o.g. achsbezogenen Gefahren verwendet werden soll, kann durch verschiedene Standardmittel erreicht werden, und insbesondere durch eine angemessene Temperaturprobe oder auch eine lokale meteorologische Station, deren andere Daten für andere Zwecke nützlich sein können.

In der Vergangenheit hat man sich viel mit dem Problem beschäftigt, wie man Muffenlager von Kugellagern unterscheiden kann, um unterschiedliche Alarmkriterien anzuwenden, bzw. Alarmkriterien zu definieren, die für beide Gerättypen anwendbar sein würden. In diesem Zusammenhang stellt der Anmelder klar, dass ein solcher Aspekt in diesem Text vor allem deshalb nicht im Detail besprochen wird, weil Muffenlager praktisch nicht mehr verwendet werden (so sind sie z.B. in Europa im Rahmen der RIV-Vereinbarung in Fahrzeugen nicht mehr zugelassen). Das Verfahren und das System würden jedoch die Frage der beiden Lagertypen auf brillante Weise lösen, da die Identifizierung von Fahrzeugmodellen die mögliche Verfügbarkeit jeglicher nützlicher Informationen für sie impliziert, einschließlich Angaben zum Lagertyp (und sogar zum Modell, zur Geometrie, zur Position usw.), wie oben erläutert wurde.

5.12 Diagnose von Überhitzung und Feuer in Kästen von identifizierten Fahrzeugen

Der folgende Text behandelt die Diagnostik-Funktionen, die im System implementiert werden können, um eine Überhitzung oder ein Feuer an Bord von identifizierten Fahrzeugen zu erkennen, und zwar auf Basis der passiven thermalen Infrarotmessungen, der Berechnung der Fahrzeugposition im Zeitverlauf und von spezifischen Informationen, die in der Fahrzeugdatenbank gespeichert werden können.

5.12.1 Sensoren für die Diagnose von Überhitzung und Feuer von Kästen von identifizierten Fahrzeugen

Zur Erkennung einer Überhitzung und eines Feuers an Bord von identifizierten Fahrzeugen erfordert das Verfahren eine Reihe von angemessenen Messungen der thermalen Infrarotstrahlung, die vom Wagenkasten oder seiner Last abgegeben wird, um diese wie folgt zu verarbeiten. Die Anforderungen für diese Messungen sind sehr ähnlich denen, die oben bei der thermalen Diagnostik von achsbezogenen Komponenten erläutert wurden, auch wenn im Falle von Fahrzeugkästen und Lasten die Anforderungen hinsichtlich der Raumauflösung (bezogen auf die Positionen nebeneinander liegender Messpunkte auf den beobachteten Flächen), der thermometrischen Auflösung und Genauigkeit, der Messbandbreite und der Musterrate weniger bindend sein können. Auch in diesem Fall gibt der Anmelder keine strengen Vorgaben für die entsprechenden passiven Infrarotsensoren, doch es wird aus der Erklärung der Datenverarbeitungsmethode weiter unten klar, auf welche Weise die Eigenschaften und die Installationsparameter solcher Sensoren die Systemleistung bei der Erkennung von Überhitzung und Feuer an Bord von identifizierten Fahrzeugen beeinflussen.

und zeigen eine mögliche Positionierung eines linearen passiven Infrarotbilderzeugungsgerätes 760 oder 768, der seine Messungen für eine Fahrzeugseite und den nach oben zeigenden Teil der Fläche durchführt. ist eine etwas andere Ansicht der Installation von , da die Positionen und die Orientierungen der gezeigten Messinstrumente nicht gleich sind (Winkel 772 ist Null ). In den beiden Abbildungen und ist nur ein Infrarotbilderzeugungsgerät dargestellt, doch natürlich würde ein weiteres entsprechendes Bilderzeugungsgerät symmetrisch auch für die andere Fahrzeugseite installiert. Zusätzlich könnten weitere Bilderzeugungsgeräte an anderen Positionen und mit anderen Orientierungen installiert werden.

Wenn lineare Infrarotbilderzeugungsgeräte verwendet werden, hängt der Zwischenraum 767 zwischen zwei Messpunkten, die den daneben liegenden Pixeln entsprechen (normalerweise von einem der beiden entsprechenden Messstrahlen 763 und 764, offensichtlich vom Abstand zwischen der beobachteten Fläche und dem Bilderzeugungsgerät ab. Wenn zum Beispiel das oben beschriebene thermoelektrische lineare "Model IR 1000" [068] mit einem Sichtfeld (Winkel 765 zwischen den extremen Messstrahlen 761 und 762) von etwa 65 deg verwendet wird, so reicht der ungefähre Längenwert 767 für die mittleren Pixel der Matrize von etwa 13 mm bei 1 m Abstand bis zu etwa 65 mm bei 5 m Abstand. Diese beiden Längenwerte 767 für ein 256 Pixel lineares Bilderzeugungsgerät betragen unter gleichen Bedingungen etwa 5 mm und 25 mm. Dagegen hängt der Längsabstand zwischen zwei nacheinander folgenden Abbildungsstrahlen, so wie der Abstand 775 zwischen den Strahlen 773 und 774, nur von der Abtastrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit ab (zum Beispiel ist der ungefähre Wert 33 mm bei 120 km/h bei einer Abtastrate von 103 s–1). Natürlich definiert der tatsächliche Schrägwinkel zwischen den Messstrahlen und einer beobachteten Fläche die entsprechende Strecke zwischen den Messpunktmitten auf der Fläche. Wie oben für andere Instrumente erläutert wurde, wirkt sich die Verringerung des Winkels 772 von 90 Grad auf den Mindestwert des Winkels 765 aus, damit eine komplette Sicht eines Bereichs der Positionen auf dem Fahrzeug erreicht wird. Die Feldtiefe der Optik spielt natürlich eine Rolle, und die optische Auflösung zweier nebeneinander liegender Pixel sollte für den entsprechenden Abstand geeignet sein, wobei auch der Längsabstand 775 berücksichtigt werden muss.

Passive IR-Scanner, die auf rotierenden Spiegeln basieren (z.B. die veränderte Version der schnellen Scanner [964]) sind eine Alternative zu linearen Bilderzeugungsgeräten, die auf einer starren Matrize beruhen und können für die Systemimplementierung in Betracht gezogen werden. Wie oben für die anderen Instrumente erörtert (z.B. bei den VLDS) wurde, ist die Wahl der Zahl von Einheiten und ihrer Positionen und Orientierungen für die Systemimplementierung Ergebnis des Abwägens der Systemleistung im Verhältnis zu den erwartenden Kosten und Wartungsarbeiten, wobei die Eigenschaften der Instrumente (Auflösung, Abtastrate usw.) und die Installationseinschränkungen (besonders im Fall der Installation von doppelten oder multiplen Schienensträngen) zu berücksichtigen sind. Der Anmelder geht davon aus, dass die Installation von zwei linearen Bilderzeugungsgeräten an einer ähnlichen Position wie in ausreicht, um wertvolle Ergebnisse anhand der Datenverarbeitungsmethode, die unten beschrieben ist, zu erhalten und dass vor allem beide der oben beschriebenen linearen Infrarot-Bilderzeugungsgeräte, die auf einer thermoelektrischen linearen Matrize oder photokonduktiven PbSe-Matrize beruhen, oder schnelle Infrarot-Scanner mit Erfolg eingesetzt werden können, um die thermalen Infrarotmessungen von Fahrzeugkästen und ihrer Last auszuführen. Es ist jedoch möglich, andere Typen von linearen Infrarotbilderzeugungsgeräten, oder FPA-Infrarotbilderzeugungsgeräte oder auch Serien von Instrumenten mit einem oder mehreren thermalen Infrarotsensoren für jede Einheit zu verwenden, vorausgesetzt, dass ihre Messbandbreite, die Messrate, das Sichtfeld und die Auflösung angemessen sind und dass jeder Messung ein genauer Zeitwert zugeordnet werden kann. und zeigen auch das VLDS-Instrument 766 oder 769 sowie eine lineare Kamera (VIS oder NIR oder Farbkamera) 770. Die Installation der drei Sensorgeräte (lineares IR-Bilderzeugungsgerät, VLDS und lineare Kamera) oder von zwei von ihnen (lineares IR-Bilderzeugungsgerät und VLDS oder lineares IR-Bilderzeugungsgerät und lineare Kamera) mit parallelen Sichtebenen und mit Messstrahlen, die auf einer der gleichen Linie parallel zu den Schienen zusammenlaufen, ist besonders empfehlenswert, wie weiter unter erläutert ist, wenn die von ihnen erzeugten Daten Objekt eines gemeinsamen Prozesses sind. In der Tat können bei einer solchen Installationsgeometrie die entsprechenden Daten für diese unterschiedlichen Instrumente leicht aufeinander abgestimmt werden (basierend auf der &OHgr; Koordinatentransformation, oder nur auf LDF, zusammen mit den Eichparametern der Instrumenengeometrie) und bieten den wichtigen Vorteil, dass die relativen Positionen von Körpern im Vor- und Hintergrund des Fahrzeugs von dem gleichen relativen Sichtpunkt aus (zu verschiedenen Zeiten) beobachtet werden.

5.12.2 Datenverarbeitung für die Erkennung von Feuer/Überhitzung auf Kästen identifizierter Fahrzeuge

Die Verarbeitung der Daten der thermalen Strahlungsmessungen für Kästen von identifizierten Fahrzeugen (einschließlich ihrer Last), um eine Überhitzung und eine Feuergefahr zu erkennen, basiert auf den Informationen, die in der Fahrzeugdatenbank enthalten sind, die für das jeweilige Fahrzeugmodell die tatsächlich anzuwendende Diagnostik-Methode definiert und die fahrzeugspezifischen Daten für die Anwendung der Methoden liefert. Solche Methoden werden hier mit "VBTHDM" bezeichnet (für Vehicle Body Thermal Hazards Diagnostic Method). Jede VBTHDM verwendet einen oder mehrere "TEPP" (das hier verwendete Akronym steht für Thermal Emission data Pre-Processing algorithm), die einige numerische Werte liefern, indem sie Daten aus einer bestimmten Untergruppe von Wärmestrahlungsmessungen verarbeiten, die einem "TESD" entsprechen (das Akronym steht hier für "Thermal Emission Spatial Domgin").

Im Allgemeinen wird eine TESD durch eine Fläche im CVB Koordinatensystem definiert und entspricht, mehr oder weniger genau, einer physischen Fläche, die ein fester Teil des Fahrzeugkastens ist, oder einer physischen Fläche eines Elements auf dem Fahrzeug, ohne einer vorgegebenen festen Position, oder einer bestimmten "virtuellen Umhüllung", die für das Fahrzeug definiert ist. Eine TESD1 ist eine geometrische Fläche, die einer physikalischen Fläche entspricht, die als permanentes physisches Element mit einem bestimmten Fahrzeugmodell assoziiert ist. TESD1-Flächen werden in der Fahrzeugdatenbank als Rechtecke oder komplexere Strukturen wie ein Mosaik aus einfachen Polygonen wie Dreiecken, als eine flache Fläche mit einem polygonalen Umriss oder als eine analytische geometrische Fläche wie Teile von Zylindern oder Kegeln definiert. Einige Beispiele für ein Übereinstimmen einer TESD1 mit einem physischen Fahrzeugelement sind eine flache Seitenwand eines geschlossenen Frachtwaggons, eine geschlossene Schiebetür für den gleichen Typ von Waggon, ein Fenster eines Passagierwagens eines Zugs, die flache Oberseite eines geschlossenen Waggons für den Transport von Getreide in Form von Schüttgut, eine zylindrische Fläche des Dachs eines geschlossenen Frachtwaggons oder eine Jalousiewand auf der Seite einer Lokomotive.

Eine TESD2 entspricht einer physischen Fläche, die auf einem bestimmten Fahrzeug durch das System (aufgrund von Messungen) erkannt wurde und die nicht mit einem Element übereinstimmt, das eine permanente Komponente mit einer festen Position im entsprechenden Fahrzeugmodell ist. TESD2-Flächen sind in der Regel als Mosaike oder als eine Serie von dreidimensionalen Umrissen oder Profilen definiert. Einige wichtige Beispiel für TESD2 sind Planenumhüllungen oder Abdeckungen von Lasten auf offenen Waggons, die Oberfläche von schwerem Massengut auf offenen Waggongs, feste Körper, die auf flache Schienenfahrzeuge geladen sind, und Fahrzeuge, die auf flachen Waggons transportiert werden, oder Autos auf Doppeldecker-Waggons. Eine TESD3-Fläche wird verwendet, um eine geometrische Umhüllung zu definieren, die keinem physischen Element entspricht, deren verarbeitete Wärmestrahlungsdaten jedoch nützlich sind. Eine TESD3 wird durch Flächenelemente, so wie TESD1, definiert. Ein bemerkenswertes Beispiel einer TESD3 ist ein Teil eine Ladeprofilumhüllung für einen offenen Waggon. Eine oder mehrere TESD3-Flächen zusammen können ein TESD3-Volumen definieren, das funktionell gleichwertig mit der entsprechenden Gruppe von TESD3-Flächen ist.

Die Wärmestrahlungsmessdaten werden mit einem TESD über die oben definierten &OHgr;-Koordinaten, oder die LDS definiert, die als ein degenerierter und begrenzter Fall der &OHgr;-Funktion gesehen werden kann. Jede Wärmemessung entspricht einem Messstrahl, der (ganz oder teilweise) eine oder mehrere TESD Flächen durchkreuzen kann. Die Berechnung der Schnittstellen erfordert die Anwendung besagter Koordinatenumwandlungsfunktion, der geometrischen und Eichungsparameter des entsprechenden Messinstruments für die Wärmestrahlung sowie der TESD-Daten aus der Fahrzeugdatenbank. Die Unsicherheit bei der Bestimmung solcher Schnittstellen sollte berücksichtigt werden, so wie auch oben für die Verarbeitung der BWBTIS-Daten erläutert wurde.

Ein Messtrahl kann auf eine oder mehrere TESD ausgerichtet werden, je nach seiner ganzen oder teilweisen Schnittstelle mit solchen Flächen und je nach der "Transparenz" der entsprechenden TESD-Flächen. Die "TESD-Trasparenz" kann als eine Zahl zwischen 0 und 1 definiert werden, die den Durchschnittsbruchteil der Infrarotstrahlung ausdrückt, die solch eine Fläche wahrscheinlich passiert. Die entsprechende "Mattigkeit" einer TESD ist das Komplement der Transparenz von der Einheit. Es kann ein minimaler und ein maximaler Transparenzwert für jede TESD bestimmt werden. Die Transparenz kann auch als eine Funktion der Strahlenneigungsrichtung bei der TESD definiert werden. TESD3-Flächen sind völlig transparent, während die TESD1-Flächen grundsätzlich völlig matt sind, es sei denn eine Transparenz wurde spezifiziert (z.B. im Fall einer Lamellenplatte oder eines Metallgitters). Die Transparenz von TESD2-Flächen könnte, falls nötig, durch einen Algorithmus bestimmt werden, der unter Berücksichtigung der Eigenschaften des entsprechenden dreidimensionalen Messsystems und des Wärmemesssystems definiert wird (mit speziellem Bezug auf den Zwischenraum zwischen nebeneinander liegenden Messstrahlen und auf die Schnittstelle der Strahlen, bei beiden Instrumententypen). Für jeden Messtrahl kann ein Satz von "Zuordnungskoeffizienten" (hier auch "BAC", für Beam Assignment Coefficient" genannt) berechnet werden, indem man die Schnittstelle des Strahls mit einer Reihe von TESD-Flächen bestimmt, auf die dieser Strahl ausgehend vom Messinstrument und in Richtung Hintergrund trifft. Ein "Bruchteil der Schnittstelle" (hier auch "BIF", für Beam Intersection Fraction", genannt) kann (mit mehr oder weniger komplexen Algorithmen) definiert werden, um die relative Schnittstelle eines Messstrahls mit einer Fläche zu quantifizieren, wobei der Einheitswert groß ist, wenn die Schnittstelle vollkommen ist, und proportional kleiner, wenn es sich um eine Teilschnittstelle handelt; dabei sollte möglichst das tatsächliche Strahlenprofil berücksichtigt werden (sowie auch die relative Unsicherheit der Strahlenrichtung und seiner Positionierung. Eine "Strahlen-relative Integrität" gleich 1 wird dem Strahl vor jeder TESD-Flächenschnittstelle zugeordnet. Die Schnittstelle mit einer Fläche zieht von der strahlen-bezogenen Integrität einen Bruchteil ab, der dem relativen BIF multipliziert mit der Mattigkeit der Fläche entspricht. Der BAC einer TESD-Fläche wird durch BIF multipliziert mit der strahlenbezogenen Integrität, die die Fläche erreicht, bestimmt. Wenn die Transparenz durch einen Bereich (und nicht durch einen einzelnen Wert) definiert wird, so können unterschiedliche Kriterien zur Zuordnung von einem oder mehreren BAC-Werten angewendet werden. BAC-Werte gelten im Allgemeinen als "fuzzy" Variablen, mit Ausnahme des Einheitswertes, der sehr gewöhnlich ist und einer vollständigen Zuordnung einer TESD-Fläche zu einem Messstrahl entspricht.

Der Anmelder stellt klar, dass dieser Formalismus, der BRC-Werte verwendet, um Übereinstimmungen von Messstrahlen und Flächen zu bestimmen, eine praktische Art und Weise ist, um die Frage der Schnittstelle der Messstrahlen mit TESD zu formalisieren, doch kann er durch andere Formalismen mit einer gleichen, geringeren oder höheren Komplexitätsstufe ersetzt werden. Der Prozess, in dem man einen Messstrahl einer oder mehreren TESD-Flächen zuordnet, kann darauf beschränkt werden, Ganz- oder Teilübereinstimmungen (mit oder ohne die Definition von BRC-Werten) zuzuordnen, oder er kann auch die Berechnung der Koordinaten der Schnittstellenmitte umfassen. Das Schnittstellenprofil an der Fläche und entsprechende Varianz-Werte können ebenfalls berechnet werden, fall sie für einen TEPP erforderlich sind.

Die mit Hilfe der Infrarotmessung von Wärmestrahlen ermittelten Temperaturwerte können direkt bei der TEPP-Berechnung eingesetzt werden, oder sie können, im Fall von TESD1-Flächen, korrigiert werden, so wie es für die THTDS-Messungen von BWBTIS-Instrumenten erörtert wurde, um auch die Emissivität und andere Faktoren zu berücksichtigen (basierend auf der entsprechenden Information, die mit den TESD1-Flächen in der Fahrzeugdatenbank assoziiert ist). TEPP1 ist ein einfacher Weg zur Verarbeitung von Wärmestrahlungsmessungen einer matten TESD1-Fläche und besteht darin, dass man den Durchschnittswert (und möglicherweise die Standard-Abweichung oder andere statistische Momente) für den Messstrahl mit BAC gleich 1 berechnet, d.h. wenn die Strahlen mit keiner anderen nicht-transparenten Fläche zusammenfallen. TEPP1 kann somit ideal für TESD1-Flächen mit einer ausreichenden Größe sein (bezogen auf den Abstand und das Strahlenprofil der Infrarot-Wärmemessungen), für die eine grundsätzliche Temperaturhomogenität erwartet wird. TEPP1 entspricht somit der TAM1-Methode, die oben für die HTDS von achsbezogenen Elementen erläutert wurde.

TEPP2 ist anwendbar für relativ kleine TESD1-Flächen, wenn kein relevanter Messstrahl einen BAC-Wert von 1 hat. Die oben definierten Methoden für TAM2 können in diesem Fall angewandt werden, um einen repräsentativen Temperaturwert zu berechnen, und, wenn möglich, für eine entsprechende Unsicherheitsschätzung.

TEPP3 entspricht einer teilweise transparenten TESD1-Fläche vor einer anderen TESD1-Fläche und ist anwendbar auf Messstrahlen mit BIF gleich 1 für beide solche Flächen. Die statistische Verteilung der gemessenen Temperaturen wird berechnet und der Durchschnitt wird aus zwei Messsätzen ermittelt, die die niedrigsten NL-Werte und die höchsten NH-Werte enthalten. NL und NH werden für entsprechende VBTHDM spezifiziert oder durch einen Algorithmus berechnet, der die gesamte Mustergröße berücksichtigt. TEPP3 ist anwendbar bei "halb-transparenten" Flächen mit Schlitzen oder Löchern und festen Teilen, deren Mindestbreite größer ist als der maximale Messpunktdurchmesser bei der Strahlenmessung auf der Fläche im Vordergrund (daher geht man davon aus, dass einige Strahlen nur eine der beiden TESD1-Flächen ganz oder teilweise schneiden).

TEPP4 ist anwendbar auf den gleichen Fall wie TEPP3, doch basiert er auf der Vorhersage der Durchschnittstemperaturen von Vorder- und Hintergrund, unter der Annahme eines bestimmten Strahlenprofils auf der Vordergrundfläche TESD1 und einer bestimmten Struktur der gleichen Fläche (die typischerweise als ein Paneel mit sich abwechselnden Schlitzen, Streifen oder Löchern beschrieben wird). TEPP4 ist anwendbar bei "halb-transparenten" Flächen mit Schlitzen oder Löchern und festen Teilen, deren Mindestbreite kleiner ist als der maximale elliptische Durchmesser des Strahlenpunkts der Wärmemessung einer Fläche im Vordergrund.

TEPP5 ist anwendbar bei relativ großen TESD1 oder TESD2 matten und ebene Flächen, auf denen eine oder mehrere wärmere Bereiche vorkommen können, während einige andere Bereiche eine homogene niedrigere Temperatur aufweisen. Zylindrische Flächen können in gleichwertige ebene Flächen umgewandelt werden. Die Messpunktmitten werden zuerst in zwei Dimensionen auf einer flachen oder abgeflachten TESD-Fläche aufgezeichnet. So wird eine ziemlich gute Karte oder ein "Pseudo-Bild" wird definiert und kompakte Ansammlungen von wärmeren Punkten und von kühlen Punkten werden identifiziert und durch geeignete Algorithmen bestimmt. Ein möglicher Algorithmus basiert auf der Definition eines Satzes von binären Darstellungsgrenzen (z.B. basierend auf einem globalen Histogramm der Temperaturen) gefolgt durch die Erzeugung von binären Abbildungen, auf die die "Blob Analyse" angewandt wird. Andere alternative Algorithmen können verwendet werden, so wie das Nähern durch "Bi-Gauss"-Funktionen (Temperatur gegenüber den orthogonalen Koordinaten der TESD-Fläche, bei der die Achse der elliptischen Umrisslinien in einem bestimmten Winkel gedreht wird, um angepasst zu werden) nach erfolgter Suche nach lokalen Maximal- und Minimalwerten (um die Koordinaten der bi-Gaussian Funktionsmitten zu definieren) auf einer Karte, die durch eine zweidimensionale Ausgleichung der Wärmedatenkarte erzeugt wurde. TEPP5 erfordert die Definition einiger Parameter, um die Suche nach warmen und kühlen Stellen einzuschränken (z.B. minimale Ansammlungsgröße, maximaler entsprechender Temperaturbereich in absoluten Werten oder gegenüber der Umgebungstemperatur oder dem Bereich der Temperaturwerte usw.). Das Output von TEPP5 besteht in einer Reihe von repräsentativen Temperaturen (maximal und/oder Durchschnitt) der warmen und kühlen Stellen, möglichst zusammen mit ihren Koordinaten, den elliptischen Durchmessern und einer oder mehreren Messungen der statistischen Streuung.

TEPP6 ist gleichzusetzen mit TEPP5, doch beschränkt auf höhere Temperaturbereiche der entsprechenden TESD.

TEPP7 ist gleichzusetzen mit TEPP6, doch ist er anzuwenden auf TESD2-Flächen und die berücksichtigten Temperaturwerte sind diejenigen, die über einem bestimmten Prozentsatz des entsprechenden Histogramms liegen.

TEPP8 ist definiert für die gleiche Datenaufzeichnung wie von TEPP5, doch es wird ein Histogramm der Temperaturwerte nach einer zweidimensionalen Ausgleichung erstellt. Das Histogramm wird vorzugsweise durch die Flächenbereiche normalisiert, die sich auf eine Einzelmessung auf der Basis des durchschnittlichen Abstands zu den angrenzenden Messpunktmitten beziehen.

TEPP9 wird für TESD1 matte Flächen definiert und dient dazu, die Präsenz von wärmeren Temperaturen auf einer oder mehreren Linien auf der Fläche zu erkennen. TEPP9 kann auf verschiedenen Formeln und Berechnungsprozessen beruhen (Berechnung von Co-Varianz, Mustererkennung usw.), und die Linien können in der Fahrzeugdatenbank durch ihre Position bestimmt werden, oder auch nur, indem man ihre Mindestlänge und die relative Orientierung einschränkt. VBTHDM1 ist eine relativ einfache Methode, die auf den durchschnittlichen Temperaturwerten von TEPP1, oder auf den Punkttemperaturen von TEPP2 oder TEPP6 oder TEPP7 oder TEPP9 oder auf den Vorder- und Hintergrundtemperaturen von TEPP3 oder von TEPP4 beruht. Alarme werden ausgelöst, wenn eine hohe Temperatur bei der Verarbeitung des entsprechenden TEPP (bei den gegebenen Einschränkungen und wenn die Verarbeitungsparameter für solch einen TEPP definiert sind) die Umgebungstemperatur um einen gewissen Schwellenwert überschreitet, der für die entsprechenden TESD-Flächen eines Fahrzeugmodells definiert ist. VBTHDM1 hat den Vorteil, dass sie für eine einzelne TESD anwendbar ist, ohne dass dafür eine andere TESD als Referenz verfügbar sein muss. Sie wird allerdings auch dadurch eingeschränkt, dass die Temperaturveränderlichkeit durch Sonneneinstrahlung oder aufgrund von Wärmequellen im Fahrzeug nicht berücksichtigt werden kann, was zu einer geringeren Empfindlichkeit innerhalb der zugelassenen niedrigen Rate falscher Alarme führt.

VBTHDM2 kann auf durchschnittlichen Temperaturwerten von TEPP1, höheren oder niedrigen Temperaturen von TEPP2 oder TEPP5 oder TEPP6 oder TEPP7 oder TEPP9 oder auf den Vorder- und Hintergrundtemperaturen von TEPP3 oder TEPP4 beruhen. Alarme werden ausgelöst, wenn mindestens eine hohe Temperatur aus der Verarbeitung durch den entsprechenden TEPP (mit den gegebenen Einschränkungen und Verarbeitungsparametern, die für solche einen TEPP definiert sind) einen Bezugstemperaturwert, der vom gleichen TEPP oder einem anderen TEPP berechnet wurde, und der auf die gleichen oder andere TESD-Flächen angewandt wird, um einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Man kann die niedrige Bezugstemperatur definieren, indem man den Durchschnitt der Werte von einer oder mehrerer TESD ermittelt, wobei man möglichst die Werte ausschließt, die außerhalb einer bestimmten Varianzmultiplen liegen. VBTHDM2 kann eine Verbesserung der Empfindlichkeit im Vergleich zu VBTHDM1 möglich machen, mit Bezug auf die Wirkung von Sonneneinstrahlung, wenn die Bezugs- und die Alarm-TESD die gleiche Orientierung aufweisen, doch wird solch eine Verbesserung durch die Unterschiede der Wärmeleitung und der Emissivität der entsprechenden Flächen eingeschränkt.

Die anwendbaren Differenzial-Schwellenwerte für VBHTDM1 und VBHTDM2 können spezielle vorgegebene Werte sein, oder sie können durch eine Funktion der Standardabweichung des entsprechenden TEPP und möglicherweise durch eine Funktion der Umgebungstemperatur oder einer niedrigeren Temperatur aus einem TEPP bestimmt werden.

VBTHDM3 basiert auf der Verarbeitung des Histogramms, das aus TEPP8 resultiert. Verschiedenen Alarmkriterien können definiert werden, so wie ein fester oder berechenbarer Schwellenwert für den Unterschied zwischen den Durchschnittstemperaturen bestimmter fester oder berechenbarer Prozentintervalle.

VBTHDM4 basiert auf der statistischen Bedeutung des Unterschieds zwischen höheren Temperaturen, die von einem TEPP stammen (vor allem von TEPP1 oder TEPP2 oder TEPP3 oder TEPP4 oder TEPP5 oder TEPP6 oder TEPP7 oder TEPP9), und dem Durchschnitt der entsprechenden Werte für verschiedene TESD ein- und desselben Fahrzeugs oder eines Satzes von Fahrzeugen des gleichen Ausführungsmodells oder eines Teils einer bestimmten Klasse von Ausführungsmodellen. Die statistische Bedeutung kann anhand eines standardmäßigen statistischen Bedeutungskriteriums definiert werden. Man kann eine ähnliche Bedingung wie die von Expression 143 anwenden. VBTHDM5 basiert auf der Anwendung von Regeln und mathematischen Expressionen, die die Alarmbedingungen auf Grundlage von mehr als einem TEPP-Ergebnis definieren. So wird zum Beispiel einer der beiden Schwellenwerte für ein Paar von niedrigeren und höheren Temperatur-Outputs des gleichen TEPP oder von zwei unterschiedlichen TEPP verwendet, je nach Temperatur-Outputbereich eines TEPP für einen bestimmten TESD.

Die Anwendung eines TEPP auf eine TESD2-Fläche erfordert, dass eine geeignete Prozedur angewandt wird, um die dreidimensionalen Daten, die die Fläche definieren, die normalerweise einer unbekannten Last auf einem offenen Waggon entspricht, zu verarbeiten und dass geeignete geometrische Einschränkungen durch die Parameter der relevanten VBTHDM festgelegt werden, um die TESD2 innerhalb der durch die besagten dreidimensionalen Messungen definierten Gesamtfläche zu bestimmen. TESD3-Flächen können verwendet werden, wenn die am SMI installierten Instrumente für die dreidimensionalen Messungen nicht geeignet sind, um die Fläche einer Last auf einem offenen Waggon zu definieren. In diesem Fall kann man VBTHDM1, VBTHDM2 und VBTHDM5 anwenden, vorausgesetzt, dass die hohen Temperaturwerte unter Berücksichtigung der für eine TESD3 im Vordergrund und eine TESD2- oder TESD3 im Hintergrund gegebenen Einschränkungen gesucht werden müssen. Auf diese Weise beziehen sich die Messungen entweder auf die Last (oder ein Waggonblech) oder auf den Hintergrund, der einer Waggonfläche oder einer Streckenfläche entspricht. Das reine Kriterium eines Vergleichs des absoluten Temperatur-Outputs von einem TEPP (z.B. eine Durchschnittstemperatur von TEPP1 für eine bestimmte TESD) mit einem bestimmten absoluten Temperatur-Schwellenwert könnte die Grundlage für die Definition einer VBTHDM sein, doch der Anmelder hält dieses Kriterium für kaum anwendbar, wenn man sie mit den unten beschriebenen VBTHDM-Alternativen vergleicht. In der Tat würde in den meisten Fällen die Verwendung eines absoluten Temperatur-Schwellenwertes eine niedrige Erkennungsleistung bedeuten, da man so eine zu hohe Rate falscher Alarme vermeiden würde.

Der Anmelder stellt klar, dass die obigen Definitionen alternativer Typen von TESD, TEPP und VBTHDM nicht restriktiv und nicht erschöpfend sind. Andere TESD, TEPP und VBTHDM können (durch Fachleute im angesprochenen Feld) für die Implementierung des Systems definiert werden, sofern sie die genannten geltenden Prinzipien des Verfahrens berücksichtigen.

Nachfolgend werden einige Überlegungen zu der Verwendung bestimmter Kombinationen von VBTHDM, TEPP und TESD für die wichtigsten Typen von Schienenfahrzeugen angestellt, mit dem Ziel, die Anwendung der Erfindung zu veranschaulichen und bestimmte Ratschläge für die Anwendung einiger bestimmter Bereiche des Verfahrens zu unterbreiten.

Feuer, die im Innern von geschlossenen Waggons mit verschiedenartigen Frachten ausbrechen und schließlich eine potentiell sehr gefährliche Stufe erreichen, können sich mit einer sehr variablen Veränderungs- und Lokalisierungsrate der Wärmefreisetzung im Zeitverlauf entwickeln, die abhängt von der Zündquelle, dem Inhalt des Waggons, den Lücken zwischen den geladenen Elementen oder zwischen Gütern und ihren Behältern, dem dreidimensionalen Lademuster und der Reaktion auf Feuer, der Wärmeleitfähigkeit der Waggonwände und der Decke sowie der Belüftung des Laderaums. Es ist vor allem möglich, dass für mehrere 10-Minuten-Intervalle nach der Zündung und für einige Minuten nach dem möglichen Entstehen eines möglichen Überspringens eines Funken ein Feuer nicht den Kollaps oder das Ausbrennen oder eine sehr hohe Temperatur irgendeines großen Teils der Wände und Decke innerhalb des Ladeabteils auslöst. VBTHDM1 kann in diesem Fall mit verschiedenen TEPP für spezifische TESD1-Flächen angewandt werden, so wie bei Lüftungsöffnungen, oder mit TEPP6 für ganze Wände, Paneele und Türen, wobei die größte Einschränkung dadurch gegeben ist, dass man den Alarm-Schwellenwert so festlegt, dass die stärkste mögliche Sonnenerhitzung keinen Alarm auslöst.

VBTHDM2 mit TEPP5 ist eine sehr wirksame Lösung, die eine recht einfache und schnelle Definition der relevanten TESD-Flächen impliziert. Vor allem TEPP9 kann sehr nützlich für Waggons mit Isolations-Wandpaneelen mit Metallrahmen (die eine thermale Brücke zu den Innentemperaturen bilden) sein, die von außen zu sehen sind. Sattelschlepper und Container ähneln in der Regel hinsichtlich ihrer Feuerdynamik und der Eignung für gewisse Erkennungsmethoden geschlossenen Waggons.

Geschlossene Waggons für den Transport von brennbaren Feststoffen in Form von Schüttgut (z.B. Kohle, Holzspäne usw.) entwickeln Flammen mit relativ geringer Wärmefreigabe und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit schwelende Feuer, die sich sehr langsam und über einen langen Zeitraum hinweg entwickeln können. Ein Differenzial-Temperaturkriterium wie das von VBTHDM2 oder statistische Kriterien wie von VBTHDM4 können sich als wirksam erweisen, um einen Temperaturanstieg an den Seitenwänden zu lokalisieren, während VBTHDM1 mit TEPP1 oder TEPP6 für die oberen Flächen oder die Seitenwände angewandt werden kann.

Gekühlte Waggons stellen einen besonderen Fall dar, wegen der Möglichkeit, dass die Kühleinheit die Feuerquelle ist, und weil Wärmeaustauscher normalerweise eine höhere Temperatur haben als "passive Elemente" auf einem Waggon. Daher sollte die Lokalisierung von Wärmeaustauschern in Betracht gezogen werden und einige TESD können definiert werden, um eine spezielle Diagnose von Feuer, das an einer Kompressor-Einheit entsteht, zu formulieren. Einige gekühlte Waggons verwenden Polyurethan als Isolierungsmaterial und sind besonders gefährlich bei einem Feuer in einem Tunnel, da bedeutende Mengen von Blausäure durch die Polimer-Pyrolyse freigesetzt werden können. Die weit verbreitete Präferenz von niedrig-emissiven Außenflächen ermöglicht jedoch die Erhöhung der Empfindlichkeit der Erkennungsmethode.

Auto-Transportwaggons und HGV-Transportwaggons zeichnen sich durch die Variabilität der Last und eine relativ hohe Feuergefahr aus. Eine optimale Empfindlichkeitseinstellung für diese Waggons hängt vom Abstand der SMI-Installation von der am nächsten gelegenen Ladestelle ab, wegen der möglichen Restwärme in Reifen, Motor, Auspuffrohr und Bremsen, wenn das transportierte Fahrzeug gestoppt wurde, kurz bevor es die Systeminstallation passiert.

Feuer auf Passagier-Schienenfahrzeugen werden prinzipiell durch Brandstiftung verursacht und sie können sich zu sehr gefährlichen Situationen entwickeln, je nach Feuerverhalten der Baumaterialien (vor allem der Sitzpolster) und des Gepäcks. Einige der oben für die geschlossenen Waggons gemachten allgemeinen Bemerkungen gelten auch für diese Schienenfahrzeuge, doch mit einigen zusätzlichen Hinweisen. Fensterrahmen verhalten sich in der Regel wie Wärmebrücken und es kann sich anbieten, hier TEPP9 anzuwenden. Vor allem einfache Fensterscheiben heizen sich schneller auf als Seitenwände und können für die Definition von TESD1-Flächen verwendet werden, da ihre geringe Transparenz im Bereich der thermalen Infrarot-Wellenlängen (Emissivität liegt nahe bei 0.8 für die meisten Scheiben und ihre Varianz ist sehr niedrig) das Erkennen von abnormaler Überhitzung zulassen. Die Präsenz von Heizsystemen sollte berücksichtigt werden, indem man bestimmte Teile des Wagenkastens von den definierten TESD-Flächen ausschließt, damit eine höhere Feuer-Erkennungsempfindlichkeit erreicht wird. Die Tatsache, dass bei niedrigen Außentemperaturen die Heizung angestellt ist, schränkt die Empfindlichkeit von VBTHDM1 ein. Der Einsatz einer Klimaanlage kann dazu führen, dass ein bestimmter Teil des Wagenkastens kälter ist, und dies sollte bei der Definition von TESD und TEPP im Hinblick auf die geringere Temperaturreferenz berücksichtigt werden. In Schlafwagen ist die Gefahr von Feuern, die nicht durch Brandstiftung verursacht werden, größer, da eine relativ hohe Dichte von brennbaren Materialien besteht, da sie in Abteile unterteilt sind und weil das Rauchen im Bett zu einem Überspringen von Funken führen kann. Für sie gilt dennoch die gleiche Überlegung hinsichtlich der Erkennungsmethoden wie für normale Passagierwagen.

Lokomotiven stellen einen ganz speziellen Fall dar und zeichnen sich durch eine relativ hohe Feuergefahr aus, die jedoch von ihrem Modell und allgemein von der Art und Erzeugung der Zugkraft abhängt. Diesel-Lokomotiven stellen eine besondere Gefahr in Tunneln dar, und zwar wegen der Kombination von Kraftstoff und Zündgefahr. Die Zündgefahr besteht nicht hauptsächlich im Zusammenhang mit dem Kraftstofftank, sondern mit dem Motorraum, vor allem wegen der Möglichkeit, dass wegen eines Lecks Dieselkraftstoff unter sehr hohem Druck austritt. Diesel-Lokomotiven haben auch eine Anzahl von warmen und heißen Bereichen beim Motor und bei Abgaselementen, und auch wenn die Motoroberfläche einer Diesel-Lokomotive in ein Gehäuse eingeschlossen ist, so ist sie teilweise durch die Lüftungsbleche hindurch erkennbar und kann Ursache eines falschen Alarms sein. Elektro-Lokomotiven haben im Allgemeinen keine Antriebskomponenten, die hohe Temperaturen aufweisen, doch es kann zu durch die Abführung von Wärme, z.B. vom elektrischen Bremssystem, zu hohen Temperaturen auf ihrer Außenfläche kommen (vor allem nach einer langen und abfallenden Schienenstrecke). Aufgrund dieser Besonderheiten sollte die Definition von VBTHTD, TEPP, TESD und der entsprechenden Parameter für jedes Lokomotivenmodell genauen und speziellen Überlegungen zur Technik folgen, und eine Abstimmung des Erkennungsprozesses ist sehr zu empfehlen. Die komplexeren TEPP-Berechnungen und die Verwendung von VBTHDM5 können eventuell erforderlich sein, um sehr hohe Erkennungssensibilität für Feuer und Überhitzung zu erhalten und dabei eine niedrige Rate falscher Alarme einzuhalten.

Alle Arten von Fahrzeugen, die mit den oben beschriebenen Methoden einer Überhitzungs- und Feuerdiagnostik ausgesetzt werden, erfordern die Definition von VBTHTD, TEPP, TESD und der entsprechenden Parameter und dafür ist die am ehesten zu empfehlende Prozedur das Bestimmen einer ersten solchen Definition, die dann ein oder mehrere Male weiter korrigiert wird. Die Verfügbarkeit von thermalen Karten aus dem System können in dieser ersten Stufe der Definition der Methode für ein bestimmtes Modell sehr wertvoll sein, und es ist nützlich, die Karten für alle falschen oder echten Alarme zu speichern, um den Erfolg des Erkennungsprozesses zu erhöhen. Die Feinabstimmung der Erkennungsmethoden durch die Optimierung der TEPP-Parameter kann am besten durchgeführt werden, indem man eine große Zahl von Messdatensätzen speichert und die Methode Offline überarbeitet, während man die weitere Abstimmung der Parameter wie Differenzial-Schwellenwerte auf angemessene Weise ausführt, wenn man die TEPP-Outputs speichert und analysiert.

Der Anmelder bemerkt außerdem, dass, auch wenn das Thema in diesem Text nicht ausführlich erörtert wird, Fachleute Software-Algorithmen und Anwendungen entwickeln können, dank derer die Feinabstimmung der Methoden "fast automatisch" abläuft.

Falls einige individuelle Fahrzeuge, z.B. ein oder mehrere Lokomotivenelemente innerhalb einer Reihe, einen Alarm auslösen, während andere Fahrzeuge des gleichen Ausführungsmodells dies nicht tun, so kann man die anzuwendende Gefahrenerkennungsmethode ändern und die geänderte Methode anwenden, wenn die Seriennummer dank der unverwechselbaren Fahrzeugmarkierung erkannt wird, die für den Großteil der Fahrzeuge durch den Leseprozess der Markierungscodes in der oben beschriebenen Fahrzeugidentifizierungsprozedur ermittelt wird.

5.13 Begrenzungslinienprofile und thermale Diagnostik-Methoden bei unidentifizierten Fahrzeugen

Die oben beschriebenen Diagnostik-Methoden können eine hohe Leistung oder Empfindlichkeit im Rahmen der geforderten niedrigen Rate falscher Alarme erreichen dank modellspezifischer Informationen und Daten und dank der Genauigkeit bei der Assoziierung von Messungen mit bestimmten bekannten Teilen eines Fahrzeug-Ausführungsmodells. Der unten stehende Text behandelt einige Optionen, die im System in Bezug auf die Diagnostik-Funktionen für kleine Teile von Fahrzeugen implementiert werden können, deren Modell durch die entsprechenden Prozeduren nicht identifiziert wurde. Wenn nicht die Entscheidung getroffen wird, auf die Anwendung bestimmter Diagnostik-Funktionen oder aller Diagnostik-Funktionen bei unidentifizierten Fahrzeugen zu verzichten, so können andere Methoden entwickelt und angewandt werden, auch wenn sie im Vergleich zu den Methoden für die Fahrzeuge, deren Modell identifiziert wurde, weniger wirksam sind.

Die Diagnostik von Begrenzungslinienprofilen vom Kasten unidentifizierter Fahrzeuge kann mithilfe einer geänderten Version der in Abschnitt 5.9 beschriebenen Methoden durchgeführt werden, auf der Grundlage einer Koordinatenumwandlungsfunktion &OHgr;, weniger genau und sicher berechnet, oder durch eine geänderte Version der in Abschnitt 5.8 beschriebenen Methode. Der einfachste Weg zur Berechnung der Parameter einer weniger genauen &OHgr;-Funktion ist die Einschränkung der Längsverschiebung, die durch die LDF-Funktion definiert ist. Die Defintion der anderen (Winkel und Verschiebung) Komponenten kann auf Grundlage der Erkennung eines bestimmten Fahrzeugkastenelements an verschiedenen Zeitpunkten entlang des SMI erfolgen. Die Erkennung des gleichen Profils auf beiden Seiten an bestimmten angemessenen Höhen kann besonders nützlich sein, um die Seitenverschiebung, den Schwerwert den Schwingungswert zu bestimmen. Die Hauptkomponenten von Pufferungen sind ein besonderes Beispiel für ein Element, das für einen solchen Zweck verwendet werden kann. Eine genaue Messung der Seitenverschiebung der Räder an einer Mehrzahl von Längspositionen entlang von SMI kann bei der Berechnung der seitlichen Verschiebung im Zeitverlauf von Drehgestellkästen oder von Mittelpunkten unabhängiger (nicht am Drehgestell montierter) Achsen nützlich sein. Das zulässige Profil vom Fahrzeugkörper (under der Last) für die Verwendung hinsichtlich einer oder mehrerer Gefahrenerkennungsbedingungen, so wie 126, 128, 127 und 129, kann gemäß der Methoden des UIC-505-1 Standards [050] oder ähnlicher Methoden berechnet werden. Der wichtigste Input für eine solche Profilberechnung entspricht den Positionen der Drehgestellkästen oder den Mitten von einzelnen (nicht am Drehgestell montierten) Radsätzen, die aus der LDF- und WSD-Berechnung bekannt sind. Andere Input-Daten, wie der Fahrzeug-Flexibilitätskoeffizient, können vermutet werden, möglichst mit den Werten, die für den schlimmsten Fall angenommen werden.

Die Diagnostik von Begrenzungslinienprofilen der unteren Teile eines Fahrzeugs kann für unidentifizierte Fahrzeuge mit nur wenigen Nachteilen im Vergleich einer Methode durchgeführt werden, die auf der Fahrzeugerkennung beruht, da das Wanken und die Aspekte der nicht-standardmäßigen Last weniger wichtig sind.

Die Diagnostik von Überhitzung, Versagen und beginnendem Versagen in achsbezogenen Komponenten von unidentifizierten Fahrzeugen kann keine Vorteile gegenüber den modell-spezifischen Informationen und Daten bieten.

Man kann jedoch Datenverarbeitungsalgorithmen entwickeln (in großem Maße abhängig von den installierten BWBTIS), die die Diagnosen auf mehr oder weniger hoch entwickelte Weise ausführen. Die &Ggr;WS-Funktion kann mit großer Genauigkeit zumindest für die Längsverschiebung und die Yawkomponenten aus den Radsensordaten bestimmt und dann in der Verarbeitung BWBTIS verwendet werden. Die Zuordnung von BWBTIS zu bestimmten Elementen wie Lagern, Rädern, Bremsscheiben und Achsen kann die Verarbeitung der VIS- oder NIR-Abbildungen nutzen. Messungen von schnellen und präzisen Laser-Abstandsmessern können nützlich sein, um den Radradius zu bestimmen, der für die Definition der Höhe der Lager über der Rollfläche sowie die seitliche Verschiebung der Radsätze definiert werden kann. Die Diagnose von Feuer und Überhitzung, die auf Messungen thermaler Strahlung für die Kästen von unidentifizierten Fahrzeugen beruht, kann die &OHgr;-Funktion nutzen, die, auch wenn sie ausschließlich durch die LDF-Funktion definiert ist, im Allgemeinen für diesen Zweck genügend genau ist, und wenn vor allem wenn keine modellspezifischen Informationen und Daten vorliegen. Methoden wie VBTHDM1 mit TEPP1 oder TEPP5 oder TEPP6 können angewandt werden, auch wenn die Schwellenwerte, die TEPP-Parameter und die TESD-Definition nicht in ein spezifisches Modell übertragen werden können, und daraus eine abnehmende Diagnostik-Empfindlichkeit im Rahmen der geforderten niedrigen Rate falscher Alarme resultiert.

Im Prinzip könnte an diesem Punkt eine nicht gelöste Liste von Fahrzeugmodellkandidaten aus den Anwendung für die Fahrzeugidentifizierung verwendet werden, wenn man die Informationen und Daten für diese Kandidatenmodelle berücksichtigt und diese logisch auswählt oder das durch ihre Verwendung erhaltene Ergebnis logisch mit Hilfe der Diagnostikmethoden filtert, die für identifizierte Fahrzeuge bestimmt wurden.

5.14 Spezifische Funktionen, die den Transport von Gefahrengut betreffen

Einige spezifische Funktionen können in das Verfahren und in das System in Bezug auf den Transport von Gefahrengut integriert werden, speziell im Zusammenhang mit der Erzeugung von einem Informationsdatensatz für jeden Zug und dem Senden dieser Daten and andere (Informations)Systeme oder das Speichern im System und das Abrufen der Daten bei Bedarf.

Einige Gefahrenguter werden oft als Massenware mit der Bahn auf einer Serie von speziellen Tanker-Schienenwagen befördert, die mit bestimmten gefährlichen chemischen Stoffen, brennbaren Flüssigkeiten und komprimierten Gasen kompatibel sind.

Auch der inter-modale Transport ist weit verbreitet mit Tanks auf Transportschlitten auf offenen Schienenwagen, mit Containern und mit Sattelschleppern auf Drehgestellen, auch wenn dabei bestimme besondere Güter ausgeschlossen werden. Gefahrenguter werden auch in ihrer eigenen speziellen Verpackung auf normalen geschlossenen Fracht-Schienenwagen oder durch spezielle Schienenwagen transportiert (zum Beispiel im Fall von radioaktivem Material). In allen Fällen ist es in den meisten Ländern Pflicht, spezielle Standard-Etiketten oder Markierungsschilder oder Plakate auf den Seiten der entsprechenden Waggons anzubringen. Dank einer Reihe von internationalen Vereinbarungen sind diese Markierungen in vielen Ländern gleich und enthalten im Allgemeinen einen oder mehrere gut lesbare Markierungscodes, die den gefährlichen Inhalt und die damit verbundenen Gefahr oder die Gefahren spezifizieren. Den Vereinten Nationen sind bis heute weltweit verschiedene Vereinbarungen zum Transport von Gefahrengut zu verdanken, und die einzelnen gefährlichen Güter sind oft durch ihre "UN-Nummer" gekennzeichnet. Im Fall des Bahntransportes in Europa und in anderen Mitgliedstaaten der "OTIF", regelt die "RID"-Vereinbarung [061] eine Vielzahl detaillierter technischer Fragen.

Die Erkennung von Gefahrengutschildern kann durch das System mit Hilfe von Bildverarbeitungsfunktionen, die für die Abbildungen von Fahrzeugseiten angewandt werden, durchgeführt werden. Insbesondere können für diesen Zweck die oben erläuterten VIS- oder NIR linearen Kameras eingesetzt werden, wenn man die Bilddatenanordnung wie oben erklärt herstellt und möglichst die Informationen aus der Fahrzeugdatenbank verwendet, um den Bereich einzuschränken, in dem die Markierung erkannt werden soll. Farblinienkameras oder FPA-Kameras oder S/W-Kameras mit spektralen Filtern können verwendet werden, um die spezielle orange Farbe, die heute für die meisten der hier angesprochenen Markierungen verwendet wird, zu ihrem Vorteil zu nutzen. Die Suche nach den Gefahrengut-Markierungen kann auf diejenigen identifizierten Schienenfahrzeuge beschränkt werden, die für solche Transporte zulässig sind, und auf alle unidentifizierten Fahrzeuge, damit man eine unnötig große Berechnungslast vermeidet.

Im Fall von Tanker-Bahnwagen sind die speziellen Gefahrengutplakate im Allgemeinen sowohl für gefüllte Tanker als auch für Tanker erforderlich, die für den Transport eines bestimmten Gefahrenguts eingesetzt und nach dem Transport nicht gereinigt wurden. Es ist daher möglich und nützlich, dem entsprechenden Datum die Angabe der tatsächlichen Menge von Gefahrengut im Tanker hinzuzufügen, indem man das Gewicht des leeren Fahrzeugs (aus der Fahrzeugdatenbank abrufbar) vom Bruttogewicht abzieht, das man für das entsprechende Fahrzeug berechnen kann, wenn ein Lademessgerät für die Radsätze installiert und in das System integriert ist.

Auch wenn die Information der Präsenz von Gefahrengut auf einem Zug oft bereits durch verschiedene andere Quellen erhältlich ist, und auch wenn in den nächsten Jahren in zunehmendem Maße in vielen geographischen Gegenden Ortungssysteme implementiert werden, so kann die Implementierung der oben erläuterten Funktionen für den Transport von Gefahrengut nützlich sein, um eine leicht lesbare und automatische Quelle anderer und redundanter Informationen zu erhalten, die speziell im Zusammenhang mit dem Verwalten von Unfällen in Tunneln wertvoll sein können, wie auch in einigen neueren Sicherheitsrichtlinien empfohlen ist (z.B. [063] und [064]).

Die wie oben erzeugten Informationen über mit der Bahn transportiertes Gefahrengut können auch von Bahnverkehr-Kontrollsystemen für eine redundante Kontrolle verwendet werden, falls das Fahren in einen Tunnel eines Frachtzuges, der ein beliebiges oder ein bestimmtes Gefahrengut transportiert, nicht zugelassen wird, wenn sich zur gleichen Zeit in demselben Tunnel auch andere Züge oder Passagierzüge befinden.

5.15 Integration von Messungen von Radsatzlasten und Radfehlererkennung

Der bisherige Stand der Technik kennt verschiedene Lösungen für die Erkennung von Flachstellen von Rädern auf der Grundlage von Messungen mit Hilfe verschiedener Arten von Beschleunigungs-, Kraft oder Deformierungssensoren [032, 036, 039, 040, 041, 067], die an Schienen montiert sind, oder von Ultraschallsensoren [034] oder von multiplen optischen Detektoren [038] oder durch das akustische Fühlen der periodischen Anschläge [035] oder durch elektronische Mittel zum Fühlen des Kontaktverlusts zwischen einem Rad und der Schiene [033, 037]. Einige dieser Lösungen erkennen auch andere Raddefekte, wie zum Beispiel ein "Anschweissen". Einige Systeme wurden zudem entwickelt und in den Handel gebracht, um Räder, Radsätze, Drehgestelle und ganze Bahnwagen zu wiegen, während die Schienenfahrzeuge an einer Messstelle vorbeifahren und einige von ihnen (z.B. [040, 966, 967]) kombinieren die Lastmessungsfunktion mit der Raddefekt-Erkennung. Raddefekt-Detektoren und Lastmessungssysteme werden installiert sowohl für eine Verbesserung der Sicherheit von Zügen als auch zur Verringerung der Wartungskosten für Schienen und Schienenfahrzeuge. Das Erkennen von Flachstellen ermöglicht das Drehen des Radsatzes oder das unverzügliche Auswechseln des Rads, und daraus folgen eine geringere Schienenabnutzung und eine geringere Unfallgefahr, z.B. bei einem Schienenbruch, vor allem bei niedrigen Temperaturen. Die Erkennung einer zu hohen Belastung einer Achse und eines Ungleichgewichts der Last zwischen Rädern in einem Radsatz wurde bereits verwendet, um eine Verschlechterung des Schienenzustands zu verhindern und die Wahrscheinlichkeit von Unfällen zu verringern.

Raddefekt-Detektoren und Lastmessungssysteme können leicht in das System integriert werden, indem man am SMI oder nahe am SMI Sensoren installiert und die entsprechenden Daten von der Datenverarbeitungsausrüstung für die Raddefekt-Diagnose und/oder die Lastmessungen an die Datenverarbeitungsausrüstung des Systems sendet. Die Investition für die Entwicklung einer solchen Integration ist sehr gering und der Datentransfer kann auf viele verschiedene Weisen erfolgen (BUS, LAN, us.), ja nach den Eigenschaften der für die Raddefekt-Diagnose und/oder die Lastmessungen verwendeten Geräte. Man kann die Datenerfassungsausrüstung für die Sensoren, die für die Raddefekt-Erkennung und für die Lastmessungen verwendet werden, auch in die Datenerfassungsausrüstung des Systems integrieren und kann die Datenverarbeitungsanswendung(en) für die Raddefekt-Erkennung und das Wiegen auf einer oder mehreren Datenverarbeitungseinheiten des Systems laufen lassen. Dieser letzte Integrationsplan erfordert eine höhere Entwicklungsinvestition, doch bietet er den Vorteil einer Reduzierung der wiederholt anfallenden Kosten. Im Allgemeinen, kann die Assoziierung des Outputs der Raddefekt-Erkennung und/oder der Radlast-Messungssysteme mit den Radsätzen, die selbständig vom System erkannt werden, auf der Grundlage einer Seriennummer des Radsätze oder durch die vergehende Zeit erfolgen, wenn der mögliche Zeitunterschied zwischen den unterschiedlichen Systemen gering genug ist, oder wenn er mit einer ausreichend großen Genauigkeit bekannt ist.

Einige Vorteile der Integration der Radlastmessungen in das System hängen zusammen mit den Möglichkeiten, solche Messungen kombiniert mit anderen Daten zu verwenden, die das System ermittelt oder berechnet oder aus der Fahrzeugdatenbank abruft, und somit die Systemleistung zu verbessern. Ein erster Vorteil ist die Verwendung der Radlastdaten innerhalb der Fahrzeug-Identifizierungsprozedur, die in Abschnitt 0 beschrieben wurde. Ein zweiter möglicher Vorteil ergibt sich aus der Anwendung der Fahrzeuglast-Informationen in der Datenverabeitungsanwendung, die oben in Abschnitt 0 beschrieben wurde, um Gefahren von Begrenzungslinieniprofilen zu entdecken, und vor allem für die Verwendung der tatsächlichen Last anstelle der maximalen Last in der Berechnung der entsprechenden Werte der Expressionen 126 und 128. Ein dritter möglicher Vorteil ist die Verwendung der Radlastdaten, wie oben in Abschnitt 0 besprochen, zur Verbesserung der Empfindlichkeit bei der Fehlererkennung von Kugellagern bei einer niedrigen Rate falscher Alarme. Weitere Typen von Sicherheitsalarmen können durch das System erzeugt werden, wenn die Radlastmessung integriert wird, indem die Belastung pro Radsatz, die Belastung pro Drehgestell, die Belastung pro Waggon und das Ungleichgewicht der Belastung mit spezifischen Schwellenwerten verglichen werden, die aus der Fahrzeugdatenbank für die Waggons, deren Modell identifiziert wurde, abgerufen werden können.

Man kann bestimmte Daten, die das System sammelt oder berechnet oder aus der Fahrzeugdatenbank abruft (z.B. WSD und Raddurchmesser) auch verwenden, um die Leistung der Softwareanwendung bei der Raddefekt-Erkennung zu verbessern.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Integration der Raddefekt-Erkennung und der Lastmessungen in das System ist eine Gesamtersparnis, da die gleichen Geräte und die Installation für den Datentransfer, die Signalisierung, die Verkabelung, die Stromzufuhr, die Ausrüstungsgehäuse und andere zusätzliche Infrastrukturen verwendet werden.

5.16 Installation der Systemsensoren an einer gekrümmten Bahnstrecke

Fachleuten der entsprechenden Technik ist klar, dass die in diesem Dokument erläuterten Methoden leicht im Einzelnen verändert werden können, um das System an einer im Bereich des SMI gekrümmten Bahnstrecke zu installieren, und dass bezüglich der Wahl und der Positionierung an der Schienenkrümmung und der damit zusammenhängenden Schrägstellung der Schienen keine großen Probleme auftreten.

Was die LDR und die WSD-Berechnung betrifft, so empfiehlt es sich, die Definition der LDF-Funktion (bezogen auf die Radsatzmitten) über einer gekrümmten Achse, die der Schienenmitte zwischen den Schienensträngen folgt, zu definieren. Eine gleichfalls zu empfehlende Wahl ist die, die von den einzelnen Rädern zurückgelegte Strecke, sowie entsprechend die Längskoordinaten der einzelnen Radsensoren auf solch einer zentralen gekrümmten Achse basierend auf den entsprechenden Querabschnitten, die orthogonal zu besagter gekrümmter Achse liegen, zu bestimmen.

Die Einführung der Schienenkrümmung in die oben für die Definition der Funktion &OHgr; erörterte Funktion hat einige geringe praktische Folgen. Insbesondere kann man die gleichen orthogonalen CGB und CVB-Koordinatensysteme wie oben verwenden und kann eine erste Schätzung der Komponenten der &OHgr; formulieren, und besonders die Werte von &psgr;(t), Y(t) und Z(t), wobei man die LDF und die gekrümmte Längsachse, die ihren Bereich bildet, so wie oben empfohlen, berücksichtigt. Die erste Schätzung von &thgr;(t) kann der Schrägstellung der Schienen entsprechen, oder sie kann auch den Durchschnittseffekt der Fahrzeuggeschwindigkeit und möglicherweise den Flexibilitäts-Koeffizienten aus der Fahrzeugdatenbank (für identifizierte Fahrzeuge) berücksichtigen. Ähnliche Überlegungen können auch für die Definition der oben für die achsbezogenen Elemente besprochenen Funktion &Ggr;WS angestellt werden.

Jegliche andere Änderung von Details der individuellen Methoden und der Designmerkmale für das Verfahren und das System im Zusammenhang mit der Systeminstallation, wenn das SMI an einer gekrümmten Schienenstrecke liegt, sollte von erfahrenen Ingenieuren beim Design der Implementation auf der Grundlage der Erklärungen für das Verfahren in diesem Dokument leicht definiert werden können.

5.17 Integration anderer Sensoren oder Sub-Systeme für zusätzliche Sicherheitsfunktionen

Es können weitere Untersysteme, Instrumente und Methoden zu den oben erläuterten hinzugefügt werden, um weitere Diagnostik-Funktionen zu bieten und möglicherweise die verschiedenen Diagnoseelemente zu kombinieren, um eine synergetische Verbesserung bestimmter Methoden zur Erkennung von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen von Fahrzeugen einer passierenden Zugbildung zu erreichen. Einige Diagnostik-Funktionen bezüglich der Stromabnehmer von Elektrolokomotiven können in das System integriert werden, z.B. indem man die Lösung anwendet, die von AEAT in Derby, United Kingdom, für ihr System "PANCHEX®" [968] entwickelt wurde. Zusätzliche Diagnostik-Funktionen für Stromabnehmer können entworfen und durch die Verwendung von VIS oder NIR-Kameras und/oder IR-Matrizen oder Scanner mit geeigneter Auflösung implementiert werden. Die Verwendung der LDF oder der &OHgr; Koordinatenumwandlungsfunktion zusammen mit den Daten und Informationen, die aus der Fahrzeugdatenbank für die entsprechende Lokomotive abgerufen werden können, macht es möglich, eine automatische Inspektion der Stromabnehmergeometrie und möglicherweise der Stromabnehmerabnutzung durchzuführen. Die Schätzung der Stromabnehmertemperaturen (vor allem der Kontakt- und Leitungskomponenten) kann dazu dienen, eine abnormale Erhitzung im Zusammenhang mit Defekten der Elektrokontake zu diagnostizieren. Die Verwendung von Ultraviolett-sensitiven Detektoren oder von Silikon-CCD-Kameras kann auch für die Diagnose einer abnormalen Funkenintensität beim Kontakt mit der Fahrleitung vorgeschlagen werden.

Die Erkennung von Rauch und/oder Gasen und Dämpfen kann man erreichen, indem man auf geeignete Weise Analysegeräte und Detektoren installiert, z.B. so, wie im Patentdokument [004] vorgeschlagen wird. Auf diese Weise können die Informationen über die mögliche Rauchemission von einem oder mehreren Fahrzeugen zur Ergänzung der Feuerdiagnose-Methode, die hier in Abschnitt 0 verwendet werden. Die Erkennung von gefährlichen Gasen und/oder Dämpfen kann hingegen innerhalb der im Abschnitt 0 erörterten Funktionssätze verwendet werden, um das System im Zusammenhang mit der Gefahrenreduzierung beim Bahntransport von bestimmtem Gefahrengut nützlicher zu machen.

Infrarot- und Ultraviolett-Feuerdetektoren können auch in das System integriert werden, um weitere Daten für die Diagnose von Feuer an Bord bestimmter Schienenfahrzeuge zu erhalten. Der Anmelder stellt fest, dass eine solche Integration eine interessante Option darstellt, wenn keine passive Infrarot-Sensormatrize oder kein Scanner am SMI installiert sind, um die oben im Abschnitt 0 erörterten Erkennungsmethoden anzuwenden, während sie zu keiner nennenswerten Leistungsverbesserung führen würde, wenn besagte Methoden dieser Erfindung bereits in der Systemimplementation eingesetzt werden.

Eine weitere spezielle Funktion, die in das System integriert werden kann, ist die Erkennung von radioaktiven Quellen, was besonders für Metallabfall-Frachten auf Waggons, die zu Eisenhüttenwerken gebracht werden [042], sowie für nationale und internationale Sicherheitsaspekte im Zusammenhang mit dem Schmuggel von spaltbarem Material interessant ist.

Im Allgemeinen kann man bei der Integration weiterer Mittel zur Erkennung von fehlerhaften und gefährlichen Bedingungen in passieren Schienenfahrzeugen von den Basiseigenschaften der Methode ausgehen, und vor allem von der Verfügbarkeit von spezifischen Daten der Fahrzeugmodelle und Informationen aus der Fahrzeugdatenbank und aus der Verwendung von VCPO-Funktionen, dank derer ein genaues Abstimmen von auf dem Boden basierenden Instrumenten mit einem oder mehreren Teilen des Fahrzeugs möglich ist. Weitere allgemeine Vorteile einer solchen Integration ergeben sich aus der Möglichkeit, die Integrations- und Kommunkationseigenschaften- und Mittel (Hardware und Software), die unten in Abschnitt 0 erläutert werden, gemeinsam zu nutzen.

5.18 Datenerfassung

Wie bereits an verschiedenen Stellen im Text oben erwähnt wurde, muss die Messdatenerfassung durch das System so durchgeführt werden, dass seine genaue Zeit direkt oder indirekt jeder Messung zugeordnet wird, und dass eine einzelne Zeitskala verwendet wird bzw. dass die Messzeiten, die durch verschiedene Zeitskalen definiert sind, durch eine Übereinstimmung der Zeitskalen in Einklang gebracht werden können. Genauer gesagt, sollte die mit einer Messung assoziierte Zeit (mit der nötigen Genauigkeit) der physischen Wechselwirkung, auf der die Messung beruht (z.B. die Zeit, zu dem ein Laserimpuls von einem LDM abgegeben wird oder die durchschnittliche Expositionszeit einer CCD oder eine thermalen IR-Sensors gegenüber elektromagnetischer Strahlung).

Die tatsächliche Reihe von Messungen, für die die Datenerfassung ausgeführt werden muss, hängt klar von den vielen oben angesprochenen Optionen der Instrumenten- und Sensortypen ab, die in das System integriert werden, sowie auch von ihrer Zahl. Die erforderliche Genauigkeit der Messungszeiten ist auch für unterschiedliche Instrumente variabel, vor allem wegen ihrer Bandbreite und ihrer Output-Eigenschaften, aber es kann allgemein gesagt werden, dass mit Bezug auf die Kanäle höherer Messraten eine typische Zeitgenauigkeit (im Sinne der Unsicherheit bezüglich des Unterschieds zwischen den Zeiten die verschiedenen Messungen zugeordnet werden) im Bereich von 10–5 bis 10–4 s liegt, und dass solche Werte etwa 0.3 und 3 mm an Unsicherheit bezogen auf die Längsposition eines mit einer Geschwindigkeit von 120 km/h fahrenden Fahrzeugs entsprechen.

Die Implementierung des Systems erfolgt sehr wahrscheinlich unter Verwendung der im Handel erhältlichen Instrumente und Komponenten, die kontinuierliche oder getrennte Signale und/oder digitale Outputs erzeugen, und in Übereinstimmung mit den unterschiedlichen Standards oder mit ihren eigenen patentrechtlich geschützten Standards. Im Einzelnen sind einige der zu erfassenden Daten (z.B. die Signale der meisten Radsensoren) als Spannung oder Fluss erhältlich und entsprechen einem analogen Signal oder einem Zwei-Status-Output, ohne dass irgendeine Synchronisierung mit dem Messungserfassungssystem stattfindet. Andere Systeme (z.B. bestimmte CCD-Kameras) erzeugen ein analoges Signal oder einen digitalen Datensatz mit einer Synchronisierung der wahren Messzeit und der entsprechenden Outputzeit, die durch Input- und Outputauslöser oder Uhrsignale implementiert werden. In einigen speziellen Fällen (z.B. im Falle von Radsensoren mit Zwei-Status-Output) erfasst die tatsächliche Messung die Zeit bezogen auf ein Ereignis, auch wenn in der Praxis die Datenerfassungstechnik durch das regelmäßige Lesen und Speichern und/oder Verarbeitung und Speichern des entsprechenden Outputs implementiert wird.

Die Datenerfassungsausrüstung und die entsprechende Software können von einem erfahrenen Designer entwickelt werden, da der Anmelder keine besonderen Schwierigkeit vorhersieht, und weil eine Reihe von Systemen bisher in verschiedenen Gebieten des Ingenieurwesens und der Forschungswissenschaft implementiert wurden, wo strengere Anforderungen an die Messgenauigkeit, die Zeitgenauigkeit, die Zahl der Messkanäle und die Durchsatzmenge der Messdaten gestellt werden. Der Anmelder hat es jedoch vorgezogen, den nachfolgenden Text in diesen Abschnitt aufzunehmen, um zu zeigen, dass mehrere Optionen für die Entwicklung und die Implementierung der Datenerfassung für das System möglich sind, wenn man leicht erhältliche industrielle Komponenten und Systeme verwendet.

Eine sehr attraktive Lösung für die Implementierung der Datenerfassung in das System ist die Verwendung einer "Crate" (Überrahmen) der VME-Familie [971] oder von VME „Crate"-Ansammlungen, dank der Verfügbarkeit einer großen Auswahl Grundplatinen, Isolierungseinsätzen und Platten, von in Echtzeit operierenden Systemen und angemessenen Software-Entwicklungswerkzeugen. VME-Systeme sind auch beinahe eine "natürliche Wahl" für den entsprechenden Industriebereich und sie wären, in dem speziellen Fall, besonders attraktiv wegen der bus-operativen Eigenschaften und der Verfügbarkeit von VME-Bus-Leitungen zum Zweck der Zeitmessungen und der Synchronisierung.

zeigt einige typische Lösungen, die angewandt werden können, um den entsprechenden Anforderungen an die Zeitgenauigkeit gerecht zu werden, wenn die Implementierung der Datenerfassung in das System anhand einer Reihe von unabhängigen Datenerfassungseinheiten erfolgt, die keine Standardlösungen (Hardware und/oder Software) für solche Anforderungen bieten. Im Allgemeinen sind 780, 786, 789 und 799 Datenerfassungseinheiten, die typischerweise mindestens eine CPU-Platte und ein oder mehrere spezialisierte I/O-Kreisläufe oder Platten enthalten. Solche Datenerfassungseinheiten sind an ein Netz angeschlossen (z.B. ein Fast Ethernet LAN), um verschiedene Funktionen zu erfüllen, und vor allem um die erfassten Daten zu übertragen, doch es wird davon ausgegangen, dass in dieser Erörterung ein solches Netz nicht zur Implementierung der genauen Synchronisierung der entsprechenden Uhren der verschiedenen Einheiten verwendet wird. Die 780 funktioniert zumindest als Master-Zeitnahmeeinheit bei der Datenerfassung, doch kann sie ihre eigenen Serien digitaler und analoger Inputs 782 und eine Serie von digitalen und analogen Outputs 783 haben, die direkt mit einem oder mehreren Messinstrumenten und Sensoren verbunden sind. Die Einheit 780 könnte eine VME-Crate mit einer oder mehrere CPU-Platten und einer/m programmierbaren digitalen I/O-Zähler/Uhr/Zeitkarte [971] oder ein industrieller PC sein, der auf einem Intel-Chip [972] mit einer multifunktionellen I/O-Karte basiert, so wie bestimmte I/O-Karten, die von National Instruments Corporation in Austin, Texas, USA [969, 970] hergestellt werden. Die digitalen Outputs, die die Synchronisierungssignale der Verbindungen 787, 793 und 805 steuern, werden durch programmierbare Zählerkreisläufe oder durch andere Kreisläufe erzeugt, die innerhalb der Einheit 780 programmiert werden können. Die Output- und Inputsignale der Einheit 780 haben eine Zeitmessung, die auf einer einzelnen "Master-Uhr" 781 beruht. Die Einheiten 786, 789 und 799 können unterschiedliche industrielle PC sein, wie oben erwähnt, die die nötigen digitalen und/oder analogen I/O-Karten und Datenaustausch-Ports haben (z.B. USB II oder IEEE 1394), so wie es von den entsprechenden periphären Messgeräten erfordert wird.

Die Einheit 786 veranschaulicht die Erfassung eines analogen kontinuierlichen Signals (ohne Synchronisierung des Messsensors) von einem Sensor 784 über ein Signalkabel 785. Man kann eine Datenerfassungskarte innerhalb der Einheit 786 verwenden, so dass die Datenkonversion extern durch ein Signal der Messuhr 788 ausgelöst wird, das durch die Verbindung 786 von der Einheit 780 geliefert wird. Auf diese Weise registriert 786 nicht direkt alle Zeitangaben der Messungen vom Sensor 784, sondern nur die Zeiten der Messungen, die im geeigneten Format innerhalb der Einheit 780 gespeichert werden, die das Messungsauslösesignal 788 erzeugt. Ein Wert für jedes Messdatum wird gespeichert und/oder über die LAN durch die Einheit 786 versandt, und die Assoziierung der Messwerte und der Zeiten findet asynchron statt.

Das Verbindungsschema von Einheit 786 kann auch in dem Fall verwendet werden, in dem das Gerät 784 Ereignissignale durch einen Zwei-Status-Übergang produziert und diese Übergangszeiten gemessen werden müssen (z.B. im Fall von bestimmten Typen von Radsensoren). In diesem Fall kann ein Gegen-Kreislauf einer digitalen I/O-Karte verwendet werden, um die Signalimpulse 788 zu zählen, und er wird ausgelesen, wenn das Signal von Gerät 784 seinen Status ändert.

Die Verbindung der Datenerfassungseinheit 789 veranschaulicht den Fall, in dem das Messinstrument 792 extern ausgelöst wird, so wie im Fall eines Einzel-Strahl-Laser-Abstandsmessers für den Zeitpunkt des Passierens. Messungen werden durch das Signal 794 ausgelöst und die Messung wird durch die Signalverbindung 790 erfasst, wenn ein Datenerfassungsauslösesignal von der Verbindung 791 empfangen wird. Auch in diesem Fall registriert die Datenerfassungseinheit keine Zeitwerte und die Zeiten, die den Messungen entsprechen, können aus der Einheit 780 abgelesen werden.

Die Verbindungen von Einheit 799 veranschaulichen einen weiteren, komplexeren Fall, in dem die Messeinheit 800 (z.B. eine lineare CCD-Kamera) ein Messauslösesignal von der Verbindung 803 akzeptiert und das Signal durch Verbindung 801 mit dem Synchronisierungssignal 802 für die Datenerfassung erzeugt. Die Verbindung 805 kann in diesem Fall als ein externer Auslöser oder als eine Uhr für die Zeitangaben der Auslösesignale an Einheit 800 verwendet werden, und die Verbindung 806 kann als digitales Aktivierungs-/Deaktivierungssignal verwendet werden, um die Messreihen zu starten oder zu stoppen.

Spezielle Lösungen können für besondere Fälle vorgesehen werden. Zum Beispiel kann ein Laser-Abstandsmessscanner von Zoller+Fröhlich [961] ein Messauslösesignal von Einheit 780 akzeptieren und asynchron die Abstandswerte zusammen mit den entsprechenden Rotationsencoder-Daten durch eine schnelle IEEE-1394 Seriendatenverbindung mit einem industriellen PC, der eine solche Art von Daten-Port hat, erzeugen.

Wie oben im Kommentar zu erörtert wurde, wird die Messrate für einen Teil der Sensoren und Instrumente, die Teil des Systems sind, definiert, bevor die Datenerfassung beginnt, und sie hängt von der Geschwindigkeit des ankommenden Zugs ab, vor allem um eine Verschwendung von Daten-Speicherraum und Verarbeitungsmitteln zu vermeiden, wenn die Zuggeschwindigkeit die Nutzung der schnellsten verfügbaren Messraten gar nicht erfordert. Eine Verringerung oder ein Anstieg der Messraten während des Passierens des Zugs des SMI kann implementiert werden, sofern dies für nötig gehalten wird.

Im Allgemeinen ist es den Fachleuten in diesem Bereich klar, dass die Datenerfassung durch eine Vielzahl von Mitteln implementiert werden kann, und dass die obige Erörterung zu nur einen Teil der möglichen angemessenen Lösungen darstellt. Es ist auch klar, auch wenn dies in diesem Text nicht erörtert wird, dass die Signalkonditionierung, die Isolierung, die Erdung usw. den geltenden elektrischen Sicherheitsvorschriften entsprechen und Interferenzen vermieden werden müssen, die von starken elektromagnetischen Feldern verursacht werden können, die in der Umgebung der Bahnstrecke am SMI vorkommen können.

5.19 Eichungen

Ein Hauptaspekt der Eichung für das System betrifft die verwendeten Berechnungen, wie oben erörtert, mit denen man Messungen, die durch an der Strecke installierte Instrument durchgeführt werden, mit Elementen assoziiert, die sich auf den passierenden Fahrzeugen befinden. Bei der Diskussion dieses Themas kann man verschiedene wichtige Aspekte berücksichtigen, so wie die "geometrische Eichung" der Instrumente selbst, die geometrische Eichung im Zusammenhang mit der Installation der Instrumente und die mögliche Verschiebung oder die Änderung der Positionen und Orientierungen der Instrumente bezogen auf den Schienenkopf.

Die geometrische Eichung der Instrumente kann sehr praktisch Offline durchgeführt werden, z.B. in einem Labor, und zwar von den Instrumenten wie Kameras, IR Bilderzeugungsgeräten, IR Scanner oder VLDS, für die jeweils verschiedene Messrichtungen mit verschiedenen Pixeln oder der Position von einem oder mehreren Scanningelementen assoziiert werden (z.B. durch einen Winkelencoder). Diese Art der Eichung kann auf der Grundlage eines (polaren oder kartesischen) mit dem Instrument integralen Koordinatensystems erfolgen, so dass die Installation der Instrumente eine gewöhnliche "Dreh-Übertragung" der gesamten Gruppe der Instrumenten-Messstrahlen definiert. Diese Offline-Eichung ist im Allgemeinen für Instrumente mit einem einzelnen festen Messstrahl nicht nötig. Zusätzlich dazu kann es für alle entsprechenden Instrumente erforderlich oder empfehlenswert sein, Offline Strahlenprofile und die entsprechenden Genauigkeitsparameter zu messen. Die hier oben erwähnten tatsächlichen Offline-Eichprozesse können auch die Einstellung von mechanischen und optischen Komponenten zur Ausrichtung der Optik und zur Optimierung der Messleistung umfassen. Die meisten der entsprechenden Instrumente für das System sind derart, dass die instrumentenspezifische geometrische Eichung einmal ausgeführt wird (z.B. "im Werk" oder in einem Labor, vor der Installation). Ihre Nach-Einstellung kann nach einer gewissen Zeit nach der Installation erforderlich sein (je nach Instrumententyp), z.B. aufgrund von Ausrichtungsänderungen von internen Komponenten des Instruments wegen andauernder Vibration oder wegen eines zufälligen mechanischen Schocks.

Eine zweite Art der Eichung, die alle oben erwähnten optischen (VIS, NIR und IR) Instrumente betrifft, ist mit der Bestimmung der Position der auf dem Instrument basierenden Koordinatensysteme assoziiert, oder direkt mit ihren Messstrahlen, und erfolgt in einem gewöhnlichen statischen Koordinatensystem wie das oben erläuterte CGB. Diese Eichung kann nach der Installation der Instrumente am SMI durchgeführt werden und erfordert im Allgemeinen einige gewöhnliche Zubehörteile wie hyperstatische dreidimensionale Rahmen, die entlang der Schienenstrecke positioniert werden, und diese sollten möglichst auf einem angemessenen Bahnwagen montiert werden. Der besondere und wichtige Fall von elektromagnetischen Radsensoren ist oben erörtert worden und besteht praktisch darin, eine relative Längsposition entlang der Schienen mit der entsprechenden "Reisezeit" der Sensoren zu assoziieren, d.h. über einen Radsatz, dessen Verschiebung im Zeitverlauf präzise gemessen wird.

Ein anderer Aspekt im Zusammenhang mit der Eichung bezieht sich auf die langsame Verschiebung der Position des Schienenkopfes gegenüber den Instrumenten entlang der Strecke, verursacht durch die Schienenkopfabnutzung, durch Schotterdeformierung und durch die Verschiebung der Instrumentenposition in Folge von kleinen Deformierungen und Verschiebungen ihrer tragenden Strukturen, besonders zurückzuführen auf Erdbewegungen und Temperaturveränderungen. Diesem Aspekt kann auf verschiedene Weise Rechnung getragen werden, hauptsächlich abhängig von bestimmten Entscheidungen in den mathematischen Formeln des Koordinatenumwandlungsprozesses, der oben erörtert wurde, und zwar darüber, welche Instrumente installiert werden und für welche Instrumente Datenprozesse im System implementiert werden. Eine wichtige Wahl betrifft die Definition des CGB-Koordinatensystems, das entweder integral mit den Schienen oder integral mit den tragenden Strukturen der Instrumente sein kann. Solche Alternative führt jeweils zu einer anderen mathematischen Formulierung für die Berücksichtigung der besagten Verschiebung. Die Verschiebung von Schienen gegenüber der Gruppe der tragenden Strukturen der Instrumente kann, wenn gewünscht, durch die Ad-hoc-Installation von Sensoren gemessen werden, so wie optische Abstandssensoren, die integral mit den Instrumentenstrukturen des Systems sind, und die Messung bezieht sich auf den Abstand von einem Teil der Schienen oder von einigen mechanischen Elementen, die an der Schiene montiert sind. Eine andere Möglichkeit, die gleichen Ergebnisse mit einer in der Praxis ausreichenden Genauigkeit zu erreichen, ist die Verarbeitung, so wie oben erläutert, der Radabbildungen oder von Messungen, die von mindestens zwei Laser-Abstandsmessern durchgeführt werden, die so positioniert sind, dass sie die untere äußere Fläche der passierenden Räder beobachten. Eine weitere Art zur Überwachung der Positionsverschiebung der Schienen ist die Messung von der VLDS, die, sofern verfügbar, die Ermittlung des genauen Durchschnittswertes für die Zeitabstände ermöglicht, wenn kein Zug im SMI präsent ist. Im Allgemeinen, und angesichts der Tatsache, dass sich diese Frage insgesamt auf die Schienenverschiebung gegenüber den Instrumenten bezieht, unabhängig von der "Erdposition", können verschiedene Lösungen basierend auf den Messungen durch die optischen Instrumente des Systems (VIS und IR) von geometrischen Elementen, die sich im Bereich neben den Schienen befinden oder zu diesem Zweck positioniert werden können (z.B. feste Paneele, die durch die Kameras beobachtet werden).

Die Veränderung der Schienenkopfposition durch Wartungsarbeiten, und vor allem durch das Schienenschleifen und das Feststampfen und die Nivellierung der Schienen ist anders als die Veränderung der Schienenkopfposition, die hier oben angesprochen wurde, da es sich nicht um einen langsame Verschiebung handelt und da sie durch bestimmte und bekannte Wartungseingriffe verursacht wird. Eine Neueinstellung des Systems kann nach solchen speziellen Wartungsarbeiten erforderlich sein, auch weil sie die Neupositionierung der System-Sensoren, die an der Strecke installiert sind, erforderlich machen können (z.B. Radsensoren und Infrarotscanner für achsbezogene Elemente).

Eine flüchtige Veränderung der entsprechenden Position des Schienenkopfes gegenüber den Instrumenten als Folge der Kräfte, die von Fahrzeugrädern ausgeübt werden, ist streng gesehen kein Aspekt im Zusammenhang mit der Eichung, doch ihre Erörterung hat viel mit der obigen Erklärung über langsame Verschiebungen und plötzliche Veränderungen in der Schienenkopfposition gegenüber den Instrumenten gemeinsam. Solche flüchtigen Veränderungen können mit berücksichtigt werden, wenn eine größtmögliche Genauigkeit gewünscht ist (durch einige der oben für die Verschiebung der Schienenkopfposition erwähnten Methoden).

Im Allgemeinen ist es jedoch für Fachleute in diesem Bereich klar, dass die Anwendung der oben beschriebenen genauesten Methoden für die Bestimmung der Funktionen von &OHgr; und &Ggr; sehr gute Leistungen der verschiedenen Erkennungsfunktionen, die oben für die Defekte und die gefährlichen Bedingungen erläutert wurden, ermöglichen, ohne eine bedeutende Auswirkung auf die Veränderungen (Verschiebung, plötzliche Veränderung und flüchtige Veränderung) der Schienenkopfposition zu haben.

Eine Reihe von Prüfungen zur "Integritätsüberwachung" bezogen auf die Verschiebung oder die Veränderung der relativen Position und Orientierung von Instrumenten gegenüber den Schienen sollte regelmäßig durch die Systemsoftware durchgeführt werden, und solche Prüfungen können praktisch in die oben erwähnten Nacheichungsmethoden integriert werden.

Ein weiterer Aspekt der Eichung ist die Zeitnahme. Einige der Datenerfassungsprozesse können in der Tat praktisch konstante und nicht-vernachlässigbare Latenzzeiten oder Verspätungen bei der Erfassung von Messdaten (z.B. bei verspäteten Auslösern oder der Taktlinie) betreffen. Diese Zeitnahmeparameter sollten auf angemessene Weise für die verschiedenen Fälle berücksichtigt werden.

Andere Eichungen beziehen sich auf die Skalarmengen, die direkt durch einige der Systeminstrumente und vor allem durch passive Infrarotsensoren für thermale Emissionsmessungen und durch Laserabstandsmesser durchgeführt werden. Die Eichung von auf thermaler Emission beruhenden Temperaturmessungen wurde weiter oben in diesem Dokument bereits angesprochen und sie sollte mit Hilfe der bekannten Lösungen erfolgen, je nach Instrumententyp und je nach dem, wie weit das Instrument automatische Eichfunktionen erfüllt. Laserabstandsmesser erfordern im Allgemeinen für sehr lange Zeiten keine Neueichung, mit Ausnahme der Messveränderungen aufgrund der Verschiebung der Position oder Orientierung der Instrumente, die oben angesprochen wurden.

Es ist natürlich möglich, dass die Nacheichungen im Zusammenhang mit der Positionsverschiebung der Schienen, der Positions- und Orientierungsverschiebung der Instrumente, der Abstandsmessung, den Radsensoren und den Messungen thermaler Emission durch eine Wartungs-Crew auf der Grundlage eines programmierten oder eines anpassungsfähigen Wartungsplans durchgeführt werden. Der Anmelder betont noch einmal, dass dieses Dokument das Verfahren und das System im Einzelnen beschreibt, und dabei eine Reihe von Optionen bezüglich der Systemhardware und der Software-Methoden lässt. Die obigen Erläuterungen scheinen zu zeigen, dass solche Optionen im Zusammenhang stehen mit der gesamten Frage der Methoden für die "geometrischen Eichungen" und die "geometrischen Nacheichungen", die im Moment der Entwicklung der Systemimplementierung behandelt werden sollte. Die Box 243 in bezieht sich allgemein auf die Konfigurierungs- und Eichungsfunktionen, doch Fachleuten werden erkennen, dass diese Funktionen durch eine Vielzahl unterschiedlicher Software-Module implementiert und ein Teil von ihnen mit anderen Boxen in assoziiert werden können.

5.20 Fahrzeugdatenbank

Der obige Text dieses Dokuments erklärt eindeutig, dass die "Fahrzeugdatenbank" eine fundamentale Komponente des Systems ist, da eine Reihe von kritischen Daten und Informationen zur Implementierung des Verfahrens aus ihr abgerufen werden, im Zusammenhang mit den Fahrzeugausführungsmodellen oder mit den Ausführungsmodellen der Fahrzeugkomponenten (z.B. Achsen und Drehgestelle, die für mehr als ein Fahrzeugmodell gleich sein können). Es ist außerdem oben angegeben, dass die Menge und die Komplexität der Daten und Informationen in solch einer Datenbank (oder Serien von Datenbanken) weitgehend variabel und für unterschiedliche Fahrzeuge und Komponentenmodelle jeweils unterschiedlich sein können, abhängig von den installierten Instrumenten, der verwendeten Verarbeitungsmethode der Datensätze und dem Detailgrad, der in der Anwendung der verschiedenen Funktionen innerhalb des Verfahrens gewünscht ist.

Die Struktur und die Implementierung der Fahrzeugdatenbank sollte bei der Entwicklung der Systemimplementierung von Fachleuten in diesem Bereich definiert werden. Der Anmelder möchte erwähnen, dass eine Objektbezogene Datenbank [070, 071] eine besonders elegante und wirksame Wahl für die Implementierung der Fahrzeugdatenbank sein könnte, aus für Fachleute in diesem Bereich offensichtlichen Gründen.

Auch wenn einige Kopien der Fahrzeugdatenbank auf verschiedenen Servern in einem WAN (Wide Area Network) vorhanden sein können, zieht der Anmelder es vor, eine Kopie innerhalb jeder einzelnen Systeminstallation zu verwenden, um die Verfügbarkeit der Systeminstallationen zu vergrößern und um zu verhindern, dass Netz- und Datenbankzugriff-Infrastrukturen mit garantierten minimalen Leistungen benötigt werden, um eine Verlangsamung einiger kritischer Systemprozesse zu verhindern.

Die Fahrzeugdatenbank sollte von einer oder mehreren Organisationen gemäß einem angemessenen definierten technischen Plan verwaltet werden. Die Kopien der Fahrzeugdatenbank in den Systeminstallationen werden, vorzugsweise durch eine automatisierte Wartungsanwendung, durch eine der unten angegebenen Netzverbindungen aktualisiert.

Die Eingabe und Verwaltung der Daten und Informationen, die in der Fahrzeugdatenbank für die Fahrzeugmodelle gespeichert werden, können durch Software-Anwendungen mit bestimmten Funktionen unterstützt werden, die den Arbeitsaufwand verringert und die Zuverlässigkeit der Verwaltung der Fahrzeugdatenbank verbessert. Eine Hauptlösung, die diese Verwaltung erleichtern kann, ist die Verwendung einer dreidimensionalen CAD (Computer Aided Design)-Anwendung besonders mit Bezug auf die Definition der oben beschriebenen modellspezifischen geometrischen Flächen, z.B. die TESD und HTDS-Elemente. Die CAD-Datendateien für die Fahrzeugmodelle, zusammen mit den Daten und Informationen aus den Messungen und aus der Fahrzeugdatenbank können auch verwendet werden, um nützliche graphische Darstellungen zu erstellen, die den diagnostizierten Defekten und gefährlichen Bedingungen entsprechen. Zum Beispiel ist es möglich, auf dem Computerbildschirm in einem Bahnkontrollzentrum eine dreidimensionale Ansicht eines Fahrzeugs abzubilden, in der den Flächenpixeln Farben entsprechend der Temperatur oder der Position gegenüber der Ladeprofilumhüllung zugeordnet werden.

Auch wenn in der Fahrzeugdatenbank nur Daten und Informationen zum Ausführungsmodell nötig sind, um das System zu implementieren, können auch bestimmte Informationen für individuelle Fahrzeuge in Bezug auf ein Ausführungsmodell in der Datenbank gespeichert werden (z.B. für bestimmte Flotten), die im Zusammenhang mit einigen Prozessen des Verfahrens oder mit Wertzuwachsfunktionen stehen, die auf der Integration des Systems in ein oder mehrere (andere) Systeme basieren können.

5.21 Kommunikation & Integration mit externen Systemen

Lokale Systemkomponenten werden hier als die Systemkomponenten (Hardware und Software) definiert, die am SMI oder nahe am SMI installiert sind und die eine Systeminstallation darstellen. Somit sind die lokalen Systemkomponenten diejenigen, die im gestrichelten Bereich von eingeschlossen sind (plus die Zwischenverbindungen zwischen diesen Komponenten). Fernsystem-Komponenten (Hardware und Software) gehören in der Regel (aber nicht notwendigerweise) zu mehr als einem System und befinden sich in einem variablen und möglichst großen Abstand von der/den einzelnen Systeminstallation(en). Der Begriff "externes System" bezieht sich hier auf die Signalisierungs- und Sicherheitssysteme der Bahn oder auf verschiedene Informationssysteme der Bahngesellschaften, die mit einer oder mehreren Systeminstallationen oder mit Fernsystemkomponenten kommunizieren oder in sie integriert (direkt oder indirekt) werden können. zeigt allgemein die Kommunikation und Integration zwischen Fernsystemkomponenten, lokalen Systemkomponenten und externen Systemen.

Box 815 zeigt einige wichtige lokale Systemkomponenten einer Systeminstallation. Die Boxen 810 bis 813 und Box 821 zeigen eine Reihe von Datenverarbeitungseinheiten, die in einem lokalen Netz verbunden sind, z.B. durch eine schnelles Ethernet oder ein Gigabit Ethernet LAN mit einer oder mehreren Schalt- und Buchseneinheiten 814. Zum Beispiel können 811 und 812 zwei Datenverarbeitungseinheiten sein, die hauptsächlich der Datenerfassung dienen, während 813 eine Datenverarbeitungseinheit sein könnte, die verwendet wird, um einige der oben beschriebenen Softwareapplikationen laufen zu lassen.

Die Gruppierungsbox 834, einschließlich der Fernsystemkomponenten, umfasst einige Datenverarbeitungseinheiten (von 827 to 830) und Netzkomponenten (z.B. einen Fast Ethernet-Schalter 833), die an einem entfernten Ort installiert sind und ein System Remote Management Centre (hier "SRMC") bilden. Eine Hauptfunktion eines SRMC ist die Überwachung einer Reihe von Systeminstallationen, um mögliche Fehler oder Funktionsstörungen zu erkennen und diese durch Fernverwaltungsanwendungen oder durch die Planung eines Eingriffs der Wartungscrew zu beheben. Solch eine Überwachung kann auf einem Hinweisschema "Anfragen vom Zentrum" und/oder dem Versenden von geeigneten Nachrichten von den Systeminstallationen zum SRMC beruhen, wenn etwas Unnormales durch die Diagnostik-Funktionen automatisch erkannt wird, oder auf dem Versenden regelmäßiger Statusanzeigen von den Systeminstallationen an das SRMC, wobei die Verspätung oder das Fehlen solcher Nachrichten von den Systeminstallationen vom SRMC als ein Symptom einer Funktionsstörung interpretiert wird. Eine andere wichtige SRMC-Funktion ist die Aktualisierung der Software und der Datenbank der Dateien mit den Daten der Systeminstallationen. Solche Aktualisierungen sind möglich, wenn man Speichermittel auf die Installation anwendet, doch sollten sie möglichst mit einem der nachstehend angegebenen Kommunikationsmittel durchgeführt werden. Software-Nacheinstellungen und Aktualisierungen können in einem SRMC oder an anderer Stelle durchgeführt werden, ebenso wie die Aktualisierung des Inhalts der Fahrzeugdatenbank, und dann zu einem oder mehreren SRMC für die Verteilung an die Systeminstallationen gesendet werden. Ein Teil der Software-Aktualisierungen wird gemäß von Aktualisierungsplänen implementiert (Einführung neuer Funktionen, Verbesserung der Code-Leistung usw.), während andere Aktualisierungen sich aus der Diagnose von Code "bugs" oder durch erkennbare Funktionsstörungen ergeben können, und sie sollten innerhalb kürzester Zeit ausgeführt werden, möglichst durch das SRMC. Die Kommunikation der Systeminstallationen mit einem SRMC ist auch sehr wichtig im Zusammenhang mit dem Datentransfer von einer Systeminstallation nach einer verfehlten Identifizierung eines Fahrzeugs und dem Erzeugen eines beliebigen Alarms (die verantwortlichen Ingenieure können auf diese Weise direkt die Daten der Systeminstallationen prüfen, um den Ursprung der verfehlten Identifizierungen oder des Alarms zu kontrollieren und, wenn erforderlich, eine oder mehrere Veränderungen in den Systeminstallationen oder dem Inhalt der Fahrzeugdatenbank vorschlagen oder implementieren. Die Datensätze aus einer Systeminstallation an ein SRMC werden auch bezüglich der Offline-Arbeit übermittelt, um den oben in diesem Dokument erläuterten Erkennungsprozess zu verbessern oder genauer abzustimmen. Mehr als ein SRMC könnte für eine Reihe von Systeminstallationen arbeiten, basierend auf verschiedenen Schichten, verschiedenen Zwecken und/oder für Redundanz. Schließlich kann ein SRMC eine oder mehrere Funktionen bezüglich der Kommunikation mit externen Systemen erfüllen, so wie unten erläutert wird.

Im Allgemeinen beobachtet der Anmelder, dass das TCP/IP ("Internet")-Protokoll für die meisten in diesem Abschnitt erläuterten Kommunikationsübertragungen verwendet werden könnte, mit einigen offensichtlichen Ausnahmen wie die Zwei-Status-Signalleitungen zu einem Signalisierungsrelais (siehe unten). Andere Netzprotokolle können ebenfalls in dieser Systemimplementierung verwendet werden, was für Fachleute in diesem Bereich offensichtlich ist.

Das Element 824 repräsentiert das Internet-Netzwerk, das mit den entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen als ein hauptsächliches und praktisches Mittel dazu dienen kann, die Systeminstallation mit einem oder mehreren SRMC zu verbinden. Die Verwendung der Lösung VPN [072, 073] ist ein Beispiel einer solchen Sicherheitseinrichtung. Dementsprechend repräsentiert die Box 819 in einen Hardware-"VPN Kunden" wie eine Cisco System 3002 VPN-Einheit [974], während die Box 832 in einem SRMC einen "VPN Server" anzeigt, d.h. eine Cisco System 3000 VPN-Einheit [973]. Andere Mittel (Firewalls, Überwachungssysteme, Passwort-Verwaltung, persönliche Identifizierungsvorrichtungen für den Operator usw.) sollten natürlich von einem erfahrenen Ingenieur so gewählt werden, dass sie so gut wie möglich zur Systemimplementierung oder den Aktualisierungsaktivitäten passen. Die Boxen 820 und 831 repräsentieren die Einheiten für den Internetzugang, zum Beispiel DLS Modems/Routers. Private Netze, geleaste Leitungen oder virtuelle private Verbindungen, die von Telekommunikationstechnikern hergestellt werden, sind selbstverständlich einige der alternativen Optionen zur Verwendung des Internets. Satellitenverbindungen können eine Option sein, um eine Verbindung zwischen der Systeminstallation und einem SRMC herzustellen, speziell mit Bezug auf die Überwachung der Systeminstallation, wenn das primäre Netzverbindungsmittel nicht verfügbar ist. Als ein Beispiel einer günstigen redundanten auf Satelliten basierenden Verbindung, die als Überwachungs-Backup dient, repräsentiert das Element 818 eine Zugangseinheit wie [976] für das weltweite Satelliten-Nachrichtensystem "ORBCOMM" [975], dargestellt durch Element 825. Diese Lösung bietet eine einfache Schnittstelle mit einem SRMC, dadurch, dass die entsprechenden Nachrichten über das Internet auf der Grundlage des standardmäßigen E-Mail-Protokolls versandt werden.

Einheit 822 steht für ein kabelloses Modem, das in einer Systeminstallation installiert werden könnte, um eine kabellose Backup-Verbindung zusätzlich oder anstelle der auf einem Satelliten basierenden Verbindung liefern könnte. Die Verwendung eins GSM oder GPRS oder UMTS oder eines anderen kabellosen Netzwerks 826 würde natürlich die Kommunikation mit einem entsprechenden ISP implizieren, wenn, wie in dargestellt, der Zugang zu einem SRMC über das Internet erfolgt. Direkte "Dial-up"-Verbindungen können jedoch zwischen 815 und 834 verwendet werden, die auf kabellosen Modems auf beiden Seiten basieren. Die Boxgruppe 842, die die Boxen von 835 bis 841 umfasst, die den Boxen 827 bis 833 entsprechen, können ein anderes SRMC wie 834 anzeigen oder ein externes Informationssystem wie ein Verwaltungssystem von Schienenfahrzeugen oder wartungstechnisches Informationssystem, wie weiter unten am Ende dieses Abschnitts erläutert wird.

Box 845 steht für ein Signalisierungs- und Sicherheitssystem der Bahngesellschaft, an das die Systeminstallation, in Form von Nachrichten oder Signalen, bestimmte Informationen und/oder die Alarme sendet, die aus den Erkennungsfunktionen von Defekten und gefährlichen Bedingungen, die weiter oben besprochen wurden, stammen. Im Beispielt von verwaltet die Datenverarbeitungseinheit 817 die Nachrichten und Signale zwischen 815 und 845. Einheit 817 erstellt die Verbindung (z.B. durch eine standardmäßige Serienverbindung wie RS232) zur Datenverarbeitungseinheit 821 und nicht zu den anderen Datenverarbeitungseinheiten, die vom lokalen Netz verwendet werden, das durch 814 implementiert ist. Diese Lösung erlaubt den Austausch nur von bestimmten Serien von digitalen Nachrichten zwischen den Einheiten 817 und 821, um die Sicherheit der auf der Einheit 817 laufenden Software zu bescheinigen, speziell wenn die Verbindung zwischen 815 und 845 ein digitales Netz ist (z.B. basierend auf TCP/IP in einem ATM-Netz).

Einer der einfachsten Wege für das System, Sicherheitsalarme an die Signalisierungs- und Sicherheitssysteme der Bahngesellschaft zu senden, besteht in der Verwendung von 2-Status-Signalen über ein Relais. Box 853 steht für ein oder mehrere Relais und möglicherweise einige untergeordnete elektronische Kreisläufe, um der entsprechenden Einheit 844 einen Alarm zu signalisieren, die in das Signalisierungs- und Sicherheitssystem der Bahngesellschaft integriert ist. Verschiedene Signalleitungen können verwendet werden, um verschiedene Alarme anzuzeigen, so wie "Feuer an Bord", "Heißläufer", "außerhalb des Begrenzungslinienprofils" usw., auch weil verschiedene Signalisierungen ausgeführt werden können. Die Gefahrenreduzierungsmission des Systems erfordert im Allgemeinen nicht, dass das Protokoll für diese Kommunikation den Sicherheitsintegritätsprinzipien für eine störungssichere Systemverbindung entspricht, und somit können verschiedene Protokolle vorgeschlagen werden, die auf NO- und NC-Relaiskontakten basieren (vorausgesetzt, sie deklassifizieren nicht die SIL-Stufe des Signalisierungssystems).

Zusätzliche Signalleitungen können ebenfalls integriert werden, und einige von ihnen sollten es ermöglichen, Signale von 844 an 853 zu senden, um die Signalisierungsintegritätsprotokolle zu implementieren (z.B. eine Anfrage von 844 an 853 zur Aktivierung eines Bestätigungssignals von 853 an 844, um die Verfügbarkeit der Systeminstallation und des entsprechenden Signalkabels zu prüfen). Die Verwendung dieser Schnittstellen-Technik zwischen 815 und 845 ist für diejenigen Signale geeignet, die mit dem Anhalten eines Zugs oder seiner Umleitung zusammenhängen, wenn gefährliche Defekte oder Bedingungen entdeckt werden. Das Schaffen von Schnittstellen über Relais-Signale ist in jedem Fall die "natürlichste" Methode, eine Schnittstelle zwischen dem System und mehreren "traditionellen" Signalisierungs- und Sicherheitssystemen zu erstellen.

Die Verwendung anderer Kommunikationstechniken zwischen 815 und 845, so wie eine digitale Kommunikationsleitung durch die Einheiten 823 und 843 hindurch, ermöglicht es, zusätzlich zur Implementierung derselben grundsätzlichen Signalisierungsfunktionen, die oben für die Relais-Schnittstelle erwähnt wurden, eine Reihe von komplexeren funktionellen Beziehungen für die Interaktion des Systems mit den Signalisierungs- und Sicherheitssystemen der Bahngesellschaft herzustellen. Ein erstes Beispiel dieser weiteren Funktionen ist der Austausch von Nachrichten, wie oben in Abschnitt 0 bezüglich des Auftretens von Ladeprofilverletzungen oder der Annehmbarkeit des Transits einer breiten Last auf einem Waggon in Abhängigkeit von Geschwindigkeitseinschränkungen, erläutert wurde. Weitere solche Funktionen beziehen sich auf die Übertragung von Daten und Informationen von einer Systeminstallation zu einem Bahn-Kontrollzentrum für die Fälle, in denen das System eine mögliche Gefahr erkannt hat, die durch einen Operator im Kontrollzentrum validiert werden muss (z.B. ein loses Waggonblech oder die Verletzung eines Begrenzungslinienprofils, die eine Folge einer Lastverschiebung sein könnte, doch zu diesem Zeitpunkt noch nicht derart ist, dass die Alarmauslösebedingungen bei der Verletzung eines Begrenzungslinienprofils verletzt würden). Wenn ein Urteil eines Operators nötig ist, kann das System eine Kombination von Daten und Informationen senden, die einige Abbildungen der entsprechenden Fahrzeuge und der entsprechenden Gefahr einschließen können (z.B. erstellt von den linearen VIS-Kameras und/oder linearen IR-Sensoren und/oder VLDM-Instrumenten, die am SMI installiert sind, wie weiter unten erläutert wird).

Fachleuten im Bereich der Eisenbahn-Signalisierung werden wissen, dass die aktuelle zunehmende Verbreitung von GSM-R kombiniert mit ERTMS/ETCS eine weitere Möglichkeit zur Kommunikation und Integration zwischen System und den Signalisierungs- und Sicherheitssystemen der Bahngesellschaft darstellt, speziell für die Kommunikation mit Zugsystemen und für die Integration mit der Signalisierungs- und Sicherheitsinfrastruktur (z.B. speziell im Zusammenhang mit der Geschwindigkeitsplanung des Transports von Waggons mit sehr breiten Frachten). Überlegungen zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit (z.B. [009, 023 und 026]) führen zu der Erkenntnis, dass beim Anhalten einer Zugbildung aufgrund der Erkennung von Defekten oder gefährlichen Bedingungen an einer bemannten Einsatzstelle an der Schienenseite (oder an einer geeigneten Stelle an einer Schienenstrecke, zu der eine Service-Crew geschickt werden könnte) die geeigneten Informationen an der Stelle zur Verfügung stehen sollten, speziell die Angaben zu dem Fahrzeug/den Fahrzeugen, das/die geprüft werden muss/müssen, und gegebenenfalls, zu den/dem Teil/en eines solchen Fahrzeugs/solcher Fahrzeuge (z.B. welches Achslager). Die Gruppenbox 852 entspricht einem Satz von Fernkomponenten, einschließlich von Fernkomponenten des Systems, die im Zusammenhang stehen mit der Verwaltung einer Zugbildung mit Fahrzeugen an einem Bahnhof oder Rangierbahnhof oder an einem geeigneten Schienenabschnitt nach der Erkennung durch das System von Defekten oder gefährlichen Bedingungen auf einem oder mehreren Fahrzeugen der Zugbildung. Die Kommunikation zwischen 815 und 852 kann durch eine Vielzahl alternativer Übertragungstechnologien erfolgen, z.B. durch die Verwendung von spezieller Glasfasern oder einem kupfer-verdrillten Kabelpaar zwischen zwei geeigneten Kommunikationseinheiten 816 und 850 (z.B. zwei Modems/Routers). In der Veranschauungsübersicht in ist ein PC 848 mit einer Systeminstallation 815 über ein lokales Bereichsnetz, z.B. ein Ethernet LAN basieren auf der Ethernet Umschalteinheit 851, verbunden. Zusätzlich dazu, kann ein "Handcomputer" oder ein "tragbarer Computer mit Touchscreen" 846 mit einem angemessenen Kommunikationsgerät 847 ausgestattet werden, um eine kabellose Datenverbindung über 849 zum LAN von Box 852 zu bieten. Ein lokales im Freien liegendes kabelloses Netz könnte, zum Beispiel, ein FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) w-LAN sein, das mit den nötigen Komponenten [977] der Firma Alvarion aus Tel Aviv, Israel, implementiert wird und für das ein Handcomputer mit der entsprechenden PCMCIA-Platte [978] ausgerüstet wird. Der Vorteil dieser besonderen w-LAN-Lösung für diese Anwendung ist die Verbindung des Handgerätes mit einer Datenübertragungsrate von einigen Mbps über eine Distanz von mehreren Hunderten von Meter oder bis zu Kilometern, die eine sehr hohe Datensicherheit und eine bemerkenswerte Immunität gegenüber Störungen bietet. Wenn einen Crew ein Handgerätverwendet, kann sie über dieses Informationen zum Ort des/der erkannten Defekte(s) oder der gefährlichen Bedingung(en) des angehaltenen oder umgeleiteten Zugs erhalten. Über das Handgerät können auch Einsatzanweisungen an die Crew gegeben werden und eine robuste Software-Schnittstelle, ähnlich einer Check-Liste, macht das Eingreifen der Crew leichter und trägt zur entsprechenden Qualitätssicherung bei. Die Einheit 848 kann mit einem Ingenieur besetzt werden, der die Aktivität der Crew verfolgen und mit ihr kommunizieren kann, wobei er, falls gewünscht, auch die verbale Kommunikationsfunktion des oben erwähnten FHSS w-LAN aktivieren kann. Abbildungen vom System können an den Einheiten 846 und 848 betrachtet werden, und, falls gewünscht, kann die Einheit 846 mit einem Handgerät (eingebaut oder an die Kamera angeschlossen) Bilder des Crew-Einsatzes (z.B. bei einer verschobenen Ladung) abrufen und diese an die Einheit 848 senden. Die Kommunikation mit dem Laptop der Service-Crew kann jedoch auf andere Weise erfolgen, zum Beispiel über ein kabelloses Telefonnetz. Fachleuten in diesem Bereich ist klar, dass die Funktionen im Zusammenhang mit dem Crew-Eingriff ergänzt werden können, um auch Kontrollzentren der Bahngesellschaften und andere Bahn-Informationssysteme einzuschließen. Die Implementierung eines solchen Systems für einen Einsatz einer Service-Crew stellt auch ein wirksames und qualitativ hochwertiges Mittel zur Übertragung an SRCM der tatsächlichen Beobachtungen der Crew dar, und diese sind für die Bewertung und Verbesserung der Systemleistung sehr wichtig.

Die Überprüfung eines möglichen Defekts oder einer gefährlichen Bedingung kann jedoch alternativ durch eine Crew durchgeführt werden, die aus Bahnpersonal zusammengesetzt ist, das auf dem betroffenen Zug im Einsatz ist. Um eine solche Crew über die erkannten Defekte und/oder gefährlichen Bedingungen in Kenntnis zu setzen, können die gleichen oben beim Einsatz einer am Boden stationierten Crew erörterten Informationen mit anderen Kommunikationsmitteln an Bord des Zugs übermittelt werden, vor allem über ein GSM-R-Netz oder andere kabellose Kommunikationssysteme. Die Informationen und Daten können an die Zug-Crew in Form von vokalen Nachrichten und/oder digitalen Nachrichten an eine Datenverarbeitungseinheiten mit einem angemessenen Bildschirm übermittelt werden (möglicherweise mit Zeichnungen und/oder Bildern) und/oder in Form eines Faxes gesandt werden. Zusätzlich dazu können entlang der Hauptstrecke oder an einem sicheren Schienenabschnitt, an dem ein Zug angehalten werden würde, "Informationssäulen" positioniert werden, und diese Säulen könnte man mit der entsprechenden Systeminstallation oder mit einem System der Bahngesellschaft verbinden. Wie oben im Text erwähnt, erkennt das System für die meisten der identifizierten Fahrzeuge einen unverwechselbaren Fahrzeugidentifizierungscode zusätzlich zum Fahrzeug-Ausführungsmodell. Die Verwendung der gesamten Identifizierungsinformationen erlaubt es dem System, für die Verwaltungssysteme der Schienenfahrzeugwartung und die Logistik-Systeme wichtige Informationen zu erzeugen. Die Erkennung von abnormalen Bedingungen oder von tolerierbaren Defekten, die ein Anhalten oder Umleiten des Zugs nicht erforderlich machen, kann zum Weitersenden einer Nachricht an ein Informationssystem bezüglich der Wartung führen, in der die Diagnostik-Informationen mit der unverwechselbaren Fahrzeugidentifizierung assoziiert werden, damit diese für verschieden Zweck berücksichtigt werden, so zum Beispiel auch beim Vorziehen des nächsten Wartungseingriffs. Das Untersystem der Einheiten, die in der Box 853 gruppiert sind, kann auch in die Wartungssysteme von Schienenfahrzeugen integriert werden, z.B. um einen Einsatzbereich einer Crew abzuschicken und/oder um einen bestimmten Wartungseingriff für ein Fahrzeug zu planen und/oder um die nötigen Ersatzteile zu besorgen. Die Integration der Systeminstallationen mit den SRCM(s) und den wartungsspezifischen Informationssystemen kann eine Reihe von Wertzuwachsfunktionen umfassen, so wie die automatische Erzeugung großer Datensätze zur Verbesserung der Wartungsplanung, zur Optimierung der auf Bedingungen basierenden Wartung und zur Verbesserung der Leistung der Systemsoftware. Diese Schnittstellen mit logistik-bezogenen Informationssystemen können über einen Datenbank-Server implementiert werden, in dem das Passieren eines bestimmten Fahrzeugs an einer Systeminstallation aufgezeichnet wird. Solch ein Server könnte von verschiedenen logistik-bezogenen Informationssystemen befragt werden, die im Idealfall über einen Internet-Zugang verfügen. Alternativ kann ein SRMC Nachrichten an ein Informationssystem des entsprechenden Flotteneigners senden, die die Position der Installation, den Zeitpunkt des Passierens und die unverwechselbaren Fahrzeugscodes enthalten.

5.22 Software-Implementierung

Wie jedem Fachmann dieser Techniken bekannt ist, erfordert die Implementierung des Verfahrens und des Systems einen beträchtlichen Software-Enwicklungseinsatz, im Vergleich zu anderen wichtigen Entwicklungsbemühungen (Executive-Design und Konstruktion der Infrastrukturelemente, Instrumentengehäuse und ihre Installation, detailliertes Design und Aufstellen der Datenerfassungs-Hardware usw). Der Anmelder hält jedoch die Entwicklung der Systemsoftware nicht für kritisch, da die meisten speziellen kritischen Algorithmen oben in der ausführlichen Beschreibung vorgestellt wurden. Folglich sollte ein geeignetes Team qualifizierter Software-Ingenieure die nötigen Entwicklungen auf der Grundlage dieses Dokuments, von öffentlichen Informationen und des aktuellen Stands der Technik im Bezug auf die Entwicklung von Multi-Prozessor-Hochleistungsdatenverarbeitungsanwendungen ausführen. Den Fachleuten ist dabei klar, dass eine Reihe von Alternativen für die Implementierung der Systemsoftware bestehen, vor allem was die detaillierten Design-Techniken, die Programmiersprache, die Software-Entwicklungskits und die Betriebssysteme betrifft. Die folgende Text in diesem Abschnitt beschränkt sich daher auf wenige Bemerkungen, die für Fachleute wahrscheinlich ganz nicht nötig sind.

Die Entwicklung einer Softwareanwendung in C- oder in C++-Sprache in einer Echtzeit-Softwareumgebung (z.B. RTUnixPro [979]) hält der Anmelder für eine sehr empfehlenswerte Wahl für die Softwaremodule des Systems, so wie die, der Box 218 in entsprechen (vor allem, wenn die entsprechenden Datenerfassungsfunktionen durch ein VME-System implementiert sind) und die, die den Boxen 821 und 817 in entsprechen, wie in Abschnitt 0 über die Schnittstellen zwischen einer Systeminstallation und einer Signalisierungs- und Sicherheitssystem der Bahngesellschaft erläutert wurde.

Die Wahl auf der Grundlage der Angaben in Abschnitt 0 zur Strukturierung von "schwereren" Softwarefunktionen für umfangreiche Kalkulationen als eine Serie von Softwaremodulen, die asynchron bestimmte Aufgaben für ein bestimmtes Fahrzeug einer Zugbildung ausführen, und die als multiple Instanzen auf einer Serie von Berechnungseinheiten eines Netzes oder einer Ansammlung laufen können, ist kompatibel mit einer anderen Software-Designlösung, und vor allem mit der Verwendung der Überwachungsanwendung 231, zu deren Aufgaben die Zuteilung von Berechnungsaufgaben zu einem Satz von Softwaremodulen gehört, die asynchron und parallel laufen. Die Verwendung einer typischen Echtzeit-Softwareumgebung ist im Allgemeinen für solche asynchrone Module nicht nötig, die unter Betriebssystemen laufen können, die sich von dem unterscheiden, das für die Berechnungseinheiten verwendet wird, auf denen zeit-kritische Anwendungen laufen. Im Allgemeinen sind die Kriterien für die Wartungsfreundlichkeit, die Modularität und die Tragbarkeit sehr wichtig für das Design und die Entwicklung der Systemsoftware, so wie für die meisten professionellen Softwaresysteme, die einen weit über einige Jahre hinaus reichenden Lebenszyklus bieten müssen.

5.23 Installation, Unterbringung und Schutz der Installationen

Ein erster wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der Installation von Geräten ist die mechanische Stabilität der installierten Sensoren und Instrumente, besonders der (aktiven und passiven) optischen Elemente, die, wie oben erläutert, an den Schienenseiten positioniert werden. Das System erfordert hier keine besondere Art von Stützstruktur für solche Sensoren und Instrumente (z.B. eine Signalbrücke [002] oder eine bogenförmige Struktur [003] oder die Wände und die Decke eines Tunnels [066]) und daher können die für das Design verantwortlichen Ingenieure die Art der Struktur wählen, die sie für geeignet halten (z.B. eine Gruppe von Gittermasten oder eine Reihe von miteinander verbundenen metallenen Gittermasten entlang der Schienenseite oder Strukturen aus Verbundbeton und Metallträgern), vorausgesetzt, dass sichergestellt ist, dass die Schwingungen und die Positionsverschiebung und die Orientierung der Sensoren und Instrumente innerhalb der für den vorgesehenen Einsatz des Systems vorgegebenen Grenzen liegen. In der Regel ist es nicht schwierig, lineare Schwingverschiebungen optischer Sensoren und Instrumente innerhalb der gewünschten Grenzen (gewöhnlich wenige Millimeter) zu halten, während Winkelschwankungen kritischer sein können. Auf jeden Fall sind die Schwingungsgrenzen durch die erforderliche Genauigkeit einer bestimmten Messung zusammen mit der entsprechenden Messgeometrie vorgegeben. Zum Beispiel würde im Fall eines sehr schnellen Laser-Abstandsmessers, der wie in installiert wird, ein Schwankungsabstand von einer Weite von ± 5 Milliradians (z.B. etwas ± 0.3 Grad) zu einer Schwingung mit einer Weite von etwas ± 20 Millimetern des Messpunkts orthogonal zum Messungsstrahl in einem Abstand von 4 Meter von der Schwingungsachse des Instruments führen.

Das Design von tragenden Strukturen für die Instrumente sollte auch Schräge des Zugs, den Wind und die Wirkung von Temperaturveränderungen auf die Struktur berücksichtigen. Sofern anwendbar, sollten die Deformierungseffekte im Zusammenhang mit dem jahrzeitlich bedingten Auftreten von „Permafrost" (Gefrieren und Tauen) ausgeglichen werden, z.B. indem man ein spezielles verstärktes Betonfundament für die gesamte SMI-Installation vorsieht.

Die Frage der mechanischen Stabilität muss natürlich auch bei der Wahl und der Konzeption der Befestigung der Instrumente an den o.g. tragenden Strukturen und der Bewertung der Strukturen der Instrumente selbst berücksichtigt werden (es kann zum Beispiel tatsächlich sein, dass eine lineare Vibration durch einen passierenden Zug, die durch die tragende Struktur der Instrumente weitergeleitet wird, eine Winkelvibration in der Anordnung der Instrumente und seiner Befestigungskomponenten bewirkt).

Selbstverständlich müssen alle Hardware-Elementen, die am SMI montiert werden, den geltenden Sicherheitsvorschriften entsprechen und so installiert und gewartet werden, dass Unfälle vermieden werden, z.B. durch das Fallen oder Verlagern von physischen Elementen oder durch eine elektrische Fahrleitung der Bahn (einschließlich der Unfälle, die durch die Verlagerung oder das Versagen von Stromleitungen der Bahngesellschaft verursacht werden). Ein zudem zu berücksichtigender Aspekt ist der Schutz der frei liegenden optischen Flächen einiger Instrumente vor Wettereinflüssen (Regentropfen, Nieselregeln, Schneeflocken usw.) und vor Staub, fettigen Spritzern und anderen Partikeln und/oder kleinen Objekten (möglicherweise durch die Zugfederung und/oder durch Wind herbeigetragen), die diese optischen Flächen verändern und das korrekte Funktionieren des Systems beeinträchtigen können. Wie oben in einigen Abschnitten über die Instrumente für die Systemimplementierung erwähnt wurde, sind unterschiedliche Methoden hierfür bekannt und werden auch bereits angewandt (automatisches Schließen eines Schutzdeckels oder einer Klappe, wenn ein Instrument still steht, das Spülen der frei liegenden optischen Flächen mit sauberer Luft, Erwärmen usw.) und die für Systemimplementierung verantwortlichen Ingenieure werden die ihrer Meinung nach geeigneten Kombinationen solcher Methoden wählen, um einen angemessenen Schutz der frei liegenden optischen Flächen der entsprechenden Instrumente des Systems sicherzustellen.

Sonne und/oder andere intensive Lichtquellen und/oder Quellen von Infrarotstrahlung können natürlich ein Problem für die Systemoperationen darstellen, da sie die Messungen oder die Verfügbarkeit von optischen und/oder Infrarotinstrumenten beeinflussen. Es wird jedoch angestrebt, dass das System an jeder beliebigen Stelle entlang der Schienenstrecke installiert werden kann, ohne dabei die Orte auszuschließen, die bestimmte geographische Orientierungen über den Schienen haben oder in denen intensive Lichtquellen oder Quellen von Wärmestrahlung in einem kritischen Abstand von und in kritischer Richtung bezogen auf das SMI liegen. Eine der Techniken, mit denen solche möglichen Probleme durch Sonne und künstliches Licht und/oder Quellen von thermaler Strahlung verhindert werden können, ist die Verwendung von speziellen Aufsätzen. Im Fall von linearen Bilderzeugungsgeräten (VIS, NIR und IR) und von solchen Instrumenten, mit denen eine Winkelabtastung durchgeführt wird (z.B. Scanning-Laserabstandsmesser), ist die Verwendung eines Aufsatzes ähnlich wie 541 und 548 (in und ), zusammen mit einem angemessenen Erhöhungswinkelbereich der Strahlen des optischen Instrumentes (allein oder mit assoziierten Mitteln) eine sehr wirksame Lösung zur Verhinderung sowohl der möglichen Probleme im Zusammenhang mit Sonnenlicht, intensivem Licht und/oder thermaler Strahlung, als auch mit Wettereinflüssen und in der Luft fliegenden Partikeln. Eine weitere Lösung für die möglichen Probleme im Zusammenhang mit Störungen durch Sonnen- und/oder künstliche Lichtstrahlen ist die Installation von Abschirmplatten auf der tragenden Struktur der Instrumente, wobei die Paneele auf der dem entsprechenden optischen Gerät oder Infrarotinstrument entgegen gesetzten Schienenseite montiert werden müssen. Diese Paneele brauchen keine soliden Oberflächen zu haben und es wird die Verwendung von Paneelen mit kleinen Öffnungen empfohlen, um den Winddruck zu verringern, der andernfalls eine kostspielige Verstärkung der tragenden Struktur der Instrumente und Paneele erforderlich machen würde. Diese Paneele können jedoch auf einer oder mehreren Strukturen installiert werden, die nicht die tragenden Strukturen der Instrumente sein müssen. Der bevorzugte Einsatz von linearen Bilderzeugungsgeräten im System hat, zusätzlich zu den oben angesprochenen Vorteilen, auch den Vorteil, dass er die Verwendung von relativ schmalen Abschirmpaneelen ermöglicht, anstatt der breiteren Paneele, die typischerweise für das Abschirmen von zweidimensionalen Bilderzeugungsgeräten nötig sind. Die Installation des Systems in einem Bahntunnel [066] oder unter einer breiten Brücke oder unter einem Ad-hoc-Schutztunnel (um die Systemapparate am SMI zu schützen und möglicherweise einen Teil von ihnen zu tragen) ist natürlich möglich, doch für das System nicht erforderlich. Der Anmelder glaubt vor allem, dass der Bau einer tunnelartigen speziellen Struktur (und möglicherweise einer Stütze für die Instrumente) wahrscheinlich rein wirtschaftlich gesehen ungünstig wäre.

5.24 Beispiele von Systemkonfigurierungen

Einige Beispiele von Systemkonfigurierungen werden in diesem Abschnitt kurz vorgestellt, besonders bezogen auf verschiedene mögliche Kombinationen von Sensoren und Instrumenten, die am SMI installiert werden.

5.24.1 Erstes Beispiel einer Systemkonfigurierung

Dieses erste Beispiel bezieht sich auf eine relativ komplette Konfigurierung, um alle wichtigen Erkennungsfunktionen, die oben im Text erläutert sind, zu stützen und um eine hohe Leistung in Bezug auf die Erkennungsempfindlichkeit aller wichtigen Defekte und/oder gefährlichen Bedingungen bei einer niedrigen Rate falscher Alarme zu erreichen. Der Referenzgeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs (am SMI) beträgt 35 bis 120 km/h für die Anwendung des kompletten Satzes der Erkennungsfunktionen, und erstreckt sich auf einen Bereich von 20 bis 160 km/h für die Fahrzeugidentifizierungsfunktion und die Erkennungsfunktion von Feuer und Erhitzung eines Fahrzeugkastens. Es besteht eine Toleranz von 5% am oberen und unteren Ende dieser Geschwindigkeitsbereiche. Die Erkennung einer heranfahrenden Zugbildung und die Vorhersage der Ankunftszeit am SMI dieser Zugbildung basiert auf zwei Paaren von Radsensoren RDS80001-H [950] von Honeywell, wobei jedes Paar entlang der gleichen Schiene mit einem kurzen Abstand zwischen den zwei Sensoren eines Paars (z.B. 1000 to 3000 mm), und die Paare an zwei Positionen wie 206 und 207 mit Abständen 210 und 212 vom SMI von etwa 170 Metern installiert werden. zeigt eine vereinfachte Ansicht aus der Vogelperspektive von den für diese erste Konfigurierung am SMI installierten Sensoren und Instrumente. Das kleine schwarze Quadrat 884 steht für einen elektromagnetischen Radsensor mit einer hohen Bandbreite, speziell in diesem Beispiel ein variabler Widerstandssensor (VRS) [951] von Invensys Sensors Systems/Electro Corporation zurzeit Teil von Honeywell). Fünf Paare dieser Sensoren sind in diesem Beispiel an den Schienen installiert, um die Zeitdaten des Radtransits zu liefern, mit der die LDF-Funktion mit einer hohen Genauigkeit berechnet wird, und dies auch im Falle von Schienenfahrzeugen mit niedriger Bremsgeschwindigkeit. Der Abstand zwischen den Radsensorpaaren am SMI beträgt zwischen 4 und 5 Meter. Alle VRS und die RDS80001-H-Sensoren werden mit Klammern an den Schienen befestigt, die dem Modell RDS-CL-01 "Underrail Clamp" von Honeywell entsprechen, oder ihm ähneln, was ein Schienenbohren überflüssig und eine Korrektur der Position entlang der Schiene einfach macht. Zwei Serien von linearen Kameras 870 und 876 sind mit einer Geometrie ähnlich wie in den und installiert, in diesem Beispiel sind es Eclipse EC-11-Kameras [956] von DALSA. Die "Periskop"-Konfigurierung mit der 2048 × 96 (TDI) Pixelauflösung und einer 64.1 kHz max. linearen Abtastrate wird für die seitlichen Kameras verwendet, während die Version mit einer max. linearen Abtastrate von 17.4 kHz für die nach unten sehenden Kameras verwendet wird, die in einer Position wie 449 und 450 installiert sind. Der Winkel 464 zwischen der Schienenrichtung und den Sichtebenen 861 und 879 aller Kameras in diesem Beispiel beträgt fast 90 Grad. Die Beleuchtung für diese Kameras wird mit einer angemessenen Geometrie (siehe Abschnitt 0 oben) durch geeignete Leuchtstoffröhren oder eine LED-Anordnung produziert (bevorzugt mit 90% ihrer Leistungs im Wellenlängenintervall zwischen 650 und 850).

Vier VLDS-Instrumente 860, 869, 875 und 881 sind am SMI mit einer Positionierungs- und Orientierungsgeometrie ähnlich wie in den und installiert. Speziell für dieses Beispiel wurden die VLDS aus der Produktlinie Serie "Profiler"/"IVAR" [961] (in Abschnitt 0 oben angesprochen) von der Firma Zoller & Froehlich GmbH gewählt. Eine Version mit einem maximalen eindeutigen Bereich von etwa 25 Metern und einer Messrate von bis zu 625 kHz wird verwendet, mit einem speziellen Gehäuse mit einer Abschirmung und einem Aufsatz ähnlich wie 541 und 548 in den und . Nur ein Bruchteil des 360-Grad kontinuierlichen "vertikalen Abtastbereichs" wird für die Messungen verwendet, und somit ist eine "Fast-Echtzeit-Übermittlung" der Messdaten durch die Schnittstelle IEEE 1394 dieser Instrumente möglich und eine Sättigung des "Pufferspeichers" des Instruments wird bei dieser Messrate verhindert (ohne dass die Instrumente selbst im Nachhinein den Durchschnitt der Messdaten ermitteln).

Vier lineare Infrarot-Bilderzeugungsgeräte 862, 872, 871 und 877 sind am SMI installiert. Diese IR-Bilderzeugungsgeräte entsprechen dem Modell "Model IR 1000" von ISI (Plymouth, MN, USA) [068], das oben im Abschnitt 0 erläutert wurde. Die beiden Einheiten 862 und 872 sind ähnlich wie Einheit 650 in oder 638 of installiert, während die Einheiten 871 und 877 ähnlich wie Einheit 760 in oder 769 in installiert sind.

Zwei schnelle Laser-Abstandsmesser 873 (das kleine kompakte Dreieck symbolisiert beide Instrumente) sind in einer Konfigurierung montiert, die der in den und gezeigten entspricht, und zwar so, dass die beiden unterschiedlichen Radprofile mit ihrem Laser-Abtastweg 358 auf der Radseitenfläche in zwei unterschiedlichen Durchschnittshöhen über der Rollfläche gemessen werden. Instrumente vom Bereich OptocatorTM [952, 954] von LMI Selcom werden verwendet, speziell das Modell OptocatorTM 2008-180/390-B (Teil # 813214), ein Laser-Abstandsmesser mit einem Messbereich von 180 mm, einem Installationsabstand von 390 mm und einer Abtastrate von 62.5 kHz mit einer Bandbreite von kHz.

Die "Schwelle mit Instrument" 867 und die 6 anderen solcher Schwellen in der Gruppe 864 sind mit Sensoren ausgerüstet, die die Radsätze messen und Defekte im Radprofil entdecken (Radverformungen usw.) und dem oben genannten "MULTIRAIL® WheelScan"-System von Schenck [966] entsprechen. Die Position solcher mit Instrumenten ausgerüsteten Schwellen kann entlang des SMI ohne bedeutende Einschränkungen variiert werden (in dieser und in anderen Systemkonfigurierungen), mit Ausnahme der Präsenz von speziellen Schwellen (nicht in diesem Beispiel) wie Hohlschwellen, die für Infrarotsensoren verwendet werden, die Achslager, Räder und Bremskomponenten abtasten.

Alle Instrumente, mit Ausnahme der Sensoren der mit Instrumenten ausgerüsteten Schwellen und der Radsensoren, sind auf geeigneten Stahlmasten mit verstärkten Betonfundamenten montiert (ein Mast für 860, ein Mast für 881, ein Mast für 875, 876 und 877, ein breiterer Mast für 869, 870, 871, 872 und 873 und ein kleiner Mast für 862). Schmale Sonnenabschirmungen, wie oben in Abschnitt 0 erläutert, sind auf separaten einfacheren Masten installiert, sofern dies wegen der geographischen Orientierung der einzelnen optischen Instrumente erforderlich ist. Alle optischen Instrumente verfügen über ein individuelles Gehäuse und eine elektro-mechanische oder pneumatische Klappe zum Schutz der Optik, wenn die Instrumente still stehen.

Die Datenerfassung- und die Datenelektronikeinheiten gemeinsam mit den Energieversorgungs-, Kommunikations- und Netzeinheiten (und möglicherweise mit der Erzeugung von Druckluft und Kontrollkomponten für den Fluss/Druck von pneumatisch gesteuerten Klappen) sind in einem wetterfesten Gehäuse oder einem Schutzdach, etwa 3–4 Meter von den Schienen entfernt und näher an 873 und 872 als an anderen Instrumenten, untergebracht (um insgesamt die Länge der Verbindungen einzuschränken und die maximale Länge der Optocator-Kabel zu verringern).

Ein meteorologischer Sensormast mit Instrumenten zur Messung der Lufttemperatur, der relativen Feuchtigkeit, der Windgeschwindigkeit- und richtung ist auf einem Haus oder einem Schutzdach montiert.

Die folgenden Einheiten sind im Innern (vorzugsweise in Standardkästen für die Montage auf einem 19''-Rahmen) des Hauses oder des Schutzdachs montiert und in einem Gigabit Ethernet-Netz 798 über geeignete Kabel und Schalt-/Nabeneinheiten 814 verbunden:

eine auf VME basierende "Master"-Einheit für die Datenerfassung 780 von Radsensoren, für die Optocator-Instrumente (die die VME-Karte [953] von Selcom verwenden), für die vier Modelle "1000 IR" Infrarot-Bilderzeugungsgeräte für die Instrumente des meteorologischen Masts (über eine Serien-Datenverbindung mit einem Datenllogger für meteorologische Daten;

eine Intel Pentium-Datenerfassungseinheit für jedes VLDS-Instrument;

eine Intel Pentium-Datenerfassungseinheit für jede lineare Eclipse EC-11 Kamera;

eine variable Zahl (je nach maximal erforderlicher Reaktionszeit) von Datenverarbeitungseinheiten, z.B. basierend [972] auf einem Intel Pentium oder einem Power PC-Mikroprozessor, um vor allem die Softwareanwendungen für die Defekterkennung laufen zu lassen;

eine Datenverarbeitungseinheit mit redundanter Massenspeicherung, die mindestens die Fahrzeugdatenbank und die Konfigurierung der Systeminstallation sowie die Eichdatenbänke aufnimmt;

eine Datenverarbeitungseinheit für das "MULTIRAIL® WheelScan"-System von Schenck [966];

eine Intel Pentium-Datenverarbeitungseinheit, dank derer vor allem Kommunikations- und Signalisierungsanwendungen laufen und die mit der Signalisierungseinheit 817 und (als Option) mit einer Backup-Kommunikationsschnittstelle (z.B. eine ORBCOMM [976] 825 oder ein GSM 826 Modem 822) verbunden ist;

ein Router und ein VPN-Hardwareclient als eine einzelne Einheit oder getrennt in zwei Einheiten 819 und 820 für eine sichere Internetverbindung 824 mit einem oder mehreren SRMC;

ein Router/Modem (als Option) für eine Hochgeschwindigkeitsverbindung über ein Drillpaar oder ein Faseroptikkabel mit einer nahen Station oder einer anderen Bahneinrichtung 852;

eine oder mehrere redundante Datenverarbeitungseinheiten.

Die Signalisierungseinheit des Systems 817 ist mit den entsprechenden Signalisierungs- und Kommunikationsschnittstellen 853 und 823 verbunden. Die Datenerfassung (unter Berücksichtigung der erforderlichen Zeitangabengenauigkeit, wie weiter oben im Text erläutert wurde) erfolgt gemäß der Erläuterung in Abschnitt 0. Die Echtzeitberechnung der ungefähren Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis der linearen Eclipse EC-11 Kameras wird auch durch die VME-Datenerfassungseinheit durchgeführt. Die VME-Datenerfassungseinheit 780 verfügt über das RTUnixPro [979] Echtzeit-Unix-Operationssystem, während die andere Datenverarbeitungseinheit eine andere (gewöhnliche) Version des Unix-Operationssystem hat.

5.24.2 Zweites Beispiel einer Systemkonfigurierung

Das zweite Beispiel ähnelt dem ersten, doch gibt es hier nur einen der zwei schnellen OptocatorTM Laser-Abstandsmesser und keine vier lineare Infrarot-Bilderzeugungsgeräte "Modell 1000 IR"; diese werden durch das Abtasten mit IR-Photonensensoren ersetzt. Es werden "VAE-HOA/FO A400"-Scanner verwendet (in einer Hohlschwelle montiert), um Defekte und gefährliche Bedingungen in achsbezogenen Komponenten zu erkennen, während für die Messungen der thermalen Emissionen von Schienenfahrzeugkästen und ihren Lasten ähnliche Instrumente verwendet werden.

5.24.3 Drittes Beispiel einer Systemkonfigurierung

Das dritte Beispiel ist eine Konfigurierung, die geeignet für das Entdecken von Defekten im Begrenzungslinienprofil, von Laufflächendefekten und von gewichtsabhängigen Defekten ist, aber nicht für jede Art von Defekt und/oder gefährliche Bedingung, die anhand der Wärmeabgabe erkannt werden kann. Die Konfigurierung der Sensoren und Instrumente in diesem dritten Beispiel ist ähnlich der des ersten Beispiels, doch ohne die beiden schnellen OptocatorTM Laser-Abstandsmesser und ohne die vier linearen IR-Bilderzeugungsgeräte "Model 1000 IR".

5.24.4 Viertes Beispiel einer Systemkonfigurierung

Das vierte Beispiel ist eine Konfigurierung, die geeignet ist für die Erkennung von Defekten und/oder gefährlichen Bedingungen, die auf dem Messen von Wärmeabgaben beruhen, doch ist sie nicht geeignet für die Erkennung von Defekten im Begrenzungslinienprofils (einschließlich der Verletzung von Profilen), von Laufflächendefekten und von gewichtsabhängigen Defekten. Die Konfigurierung der Sensoren und Instrumente in diesem dritten Beispiel ist ähnlich der des ersten Beispiels, doch ohne die beiden schnellen OptocatorTM Laser-Abstandsmesser und ohne die vier linearen IR-Bilderzeugungsgeräte "Model 1000 IR", die durch einige Laser-Abstandsmesser für den Zeitpunkt des Passierens ersetzt werden.

5.24.5 Fünftes Beispiel einer Systemkonfigurierung

Das fünfte Beispiel ist eine Konfigurierung, die geeignet ist für die Erkennung von Defekten und gefährlichen Bedingungen von achsbezogenen Komponenten, von Laufflächendefekten und von gewichtsabhängigen Defekten, doch nicht geeignet für die Erkennung von Defekten und/oder gefährlichen Bedingungen im Zusammenhang mit dem Wagenkasten (ausgenommen seines Gewichts). Die Konfigurierung der Sensoren und Instrumente in diesem fünften Beispiel ist ähnlich der des ersten Beispiels, doch ohne die vier VLDS-Instrumente und ohne die beiden IR-Bilderzeugungsgeräte für die Wärmeabgaben für den Kasten von Schienenfahrzeugen und für ihre Ladungen. Zusätzlich wird eine geringe Zahl von linearen Kameras verwendet, mit einer geringeren Auflösung (z.B. das Modell Dalsa Piranha 1024 Pixel [955]) und ausgestattet mit einer synchronisierten LED-Impulsmatrizenbeleuchtung.

6. Glossar & Referenzen 6.1 Abkürzungen und Akronyme, die im Text verwendet werden

  • 3DD
    Three-Dimensional Data, d.h. die Koordinaten eines Fahrzeugflächenpunktes in einem auf dem Boden basierenden dreidimensionalen Koordinatensystem und der entsprechenden Zeit, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    BAC
    Beam Assignment Coefficient, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    BID
    Buffers Information Data, Information über die Pufferung eines bestimmten Fahrzeugmodells in der Fahrzeugdatenbank, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    BIF
    Beam Intersection Fraction, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    BPD
    Buffers Profile Data, Datensatz von einem schnellen Laser-Abstandsmesser, der so positioniert ist, dass er von der Schienenseite ein Profil der Fahrzeuge an einer geeigneten Höhe misst, um die Fahrzeugpufferungen zu entdecken, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    BWBTIS
    Bearings, Wheels und Brakes Thermal Infrared Sensors, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    CVM
    Candidate Vehicle Model, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    CVML
    Candidate Vehicle Model List, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    CVMSD
    Candidate Vehicle Model Selection Dataset, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    ERTMS/ETCS
    European Rail Traffic Management System/European Train Control System
    External system
    Ein Begriff, der in diesem Dokument verwendet wird, um ein Signalisierungs- und Sicherheitssystem der Bahngesellschaft oder verschiedene Informationssysteme der Bahngesellschaft oder irgendein anderes System zu bezeichnen, das mit einer oder mehreren Systeminstallation(en) oder mit Komponenten von Fernsystemen kommunizieren kann oder in diese integriert wird, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    F (F1, F2, ..., F12)
    Ein Element eines Wagenkastens, assoziiert mit einer Methode zur Berechnung von einem oder mehreren Gliedern für die Bestimmung der VBPO-Funktion für einen Wagenkasten, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    FHSS
    Frequency Hopping Spread Spectrum, erwähnt im Abschnitt 0 betrifft die kabellose Verbindung von tragbaren Datenverarbeitungseinheiten für Bahn-Service-Crews.
    FLDM
    Fixed LDM, eingeführt in Abschnitt 0 dieses Dokuments.
    GSM-R
    Global System for Mobile Communications – Railways
    HLDS
    High-speed Laser Distance-metering Scanners, gemäß Definition in Abschnitt 0 dieses Dokuments.
    HTDS
    Homogeneous Thermal Diagnostics Surface, eine Fläche, mit der eine repräsentative Temperatur innerhalb der Datenverarbeitung assoziiert wird, die die Erkennung von achsbezogenen Gefahren betrifft, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    IDS
    Identification Data Set, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    IMA
    Imaging of possible Marking Areas, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    IR
    Infrared; eine weit verbreitete Abkürzung in den Bereichen Physik und Ingenieurwesen.
    LDF
    "Longitudinal Displacement Function", die Längsverschiebung eines Fahrzeugs im Zeitverlauf entlang der Schienenstrecke, wie oben in Abschnitt 0 definiert.
    LDM
    Laser Distance Meter, eingeführt in Abschnitt 0 dieses Dokuments.
    Local System Component
    Eine Systemkomponente (Hardware und Software), die am SMI oder nahe am SMI installiert wird und Teil der lokalen Systeminstallation ist, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    MSA
    Marking Searching Area, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    MTF
    Modulation Transfer Function; eine weit verbreitete Abkürzung in der Fachliteratur über das Ingenieurwesen im Zusammenhang mit Bilderzeugungssensoren, Bilderzeugungsoptik, Infrarotbilderzeugung, Bildverarbeitung und Zielerkennung.
    NETD
    Noise Equivalent Temperature Difference, die Messung thermographischer Empfindlichkeit [068]; eine weit verbreitete Abkürzung in der Infrarotthermometrie und der Literatur über Thermographie.
    NIR
    Near Infrared, d.h. elektromagnetisches Strahlungswellenlänge-Interval von der Grenze von aktinischem Rot (etwa 750 nm) bis zu etwa 3000 nm; eine weit verbreitete Abkürzung in den Bereichen Physik und Ingenieurwesen.
    OCR
    Optical Character Recognition; eine weit verbreitete Abkürzung in der Softwaretechnologie.
    OCRO
    OCR Output, in diesem Dokument verwendete Abkürzung, vor allem in den Abschnitten 0 und 0, mit Bezug auf .
    PV
    Previous Vehicle, gemäß Definition in Abschnitt 0 mit Bezug auf .
    Remote System Component
    Eine System-Komponente, bezogen auf eine oder mehrere Systeminstallationen und positioniert an einem variablen und möglichst großen Abstand von der/den einzelnen Systeminstallationen, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    RPY
    Roll, Pitch und Yaw, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    SMI
    "System Measurement Interval", der räumliche Längsabschnitt entlang der Bahnschiene, in dem ein passierendes Schienenfahrzeug vom System gemessen wird, mit Ausnahme der "Zugerkennungsbereiche", wie oben in Abschnitt 0. definiert.
    SRMC
    System Remote Management Centre, gemäß Definition in Abschnitt 0
    TAM (TAM1, ..., TAM5)
    Eine Temperature Assignment Method, gemäß Definition in Abschnitt 0, um eine repräsentative Temperatur einem an der Achse montierten Element zuzuordnen.
    TEPP
    "Thermal Emission data Pre-Processing algorithm", ein Algorithmus (einer Gruppe von Algorithmen) zur Berechnung von einigen numerischen Werten durch die Datenverarbeitung von Daten für eine bestimmte Untergruppe von Messdaten von Wärmeabgaben, die einem TESD entsprechen, gemäß der Definition oben in Abschnitt 0.
    TESD
    "Thermal Emission Spatial Domgin", eine Definition (einer Gruppe von Definitionen), um einen räumlichen Teil eines Wagenkastens zu identifizieren, auf den ein TEPP-Algorithmus für die Messungen von Wärmeabgaben angewendet wird, gemäß Definition oben in Abschnitt 0.
    TESD opacity
    Ein Zahl zwischen 0 und 1, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    TESD transparency
    Eine Zahl zwischen 0 und 1, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    UV
    Unidentified Vehicle, in diesem Dokument verwendet, vor allem in den Abschnitten 0 und 0, mit Bezug auf .
    VBPO
    Vehicle Body Position und Orientation, der besondere Fall einer VCPO-Funktion bezogen auf den Wagenkasten, gemäß Definition in Abschnitt 0.
    VBTHDM
    "Vehicle Body Thermal Hazards Diagnostic Method", eine Methode (einer Gruppe von Methoden), die verwendet wird, um eine Diagnose von gefährlichen Bedingungen in Wagenkästen auf der Grundlage von Messungen thermaler Infrarotstrahlungen zu erstellen, gemäß Definition oben in Abschnitt 0.
    VCPO
    Vehicle Constituent Position und Orientation, verwendet in und in den entsprechenden Kommentaren, um eine Zeitfunktion zu bezeichnen, die die Position und die Orientierung eines „fast-starren" Hauptbestandteils eines Fahrzeugs ausdrückt, und diese Funktion entspricht der Umwandlung von Koordinaten von einem zu einem anderen Koordinatensystem, eines davon integral mit der Infrastruktur und das andere mit dem entsprechenden Fahrzeugbestandteil.
    Vehicles Database
    Eine Datenbank, die innerhalb des Systems dazu dient, Daten und Informationen zu speichern und abzurufen, die mit einem Fahrzeugausführungsmodell oder mit dem Baumodell eines Fahrzeugsbestandteils, wie einer montierten Achse oder einem Drehgestell, assoziiert werden, die zu mehr als einem Fahrzeugmodell gehören können.
    VI
    Vehicle Identification, in diesem Dokument für einen Prozess verwendet, der einem bestimmten Schienenfahrzeug ein bestimmtes Fahrzeugausführungsmodell zuordnet, das in der Fahrzeugdatenbank kodiert ist und, möglicherweise aber nicht notwendigerweise, auch eine unverwechselbaren Code, der dem entsprechenden Element entspricht (z.B. eine Seriennummer oder ein unverwechselbarer Code innerhalb einer Flotte).
    VIS
    Visible; z.B. elektromagnetisches Strahlungsintervall aktinischer Wellenlängen, d.h. von etwa 400 nm bis etwa 750 nm; eine Abkürzung, die in einigen Gebieten des Ingenieurwesens verwendet wird.
    VLDS
    Very-high-speed Laser Distance-metering Scanners, gemäß Definition in Abschnitt 0 dieses Dokuments.
    VPN
    Virtual Private Network [072, 073], in Abschnitt 0 erwähnt.
    WSD
    "Wheelsets Distances", die Längsabstände zwischen Radsätzen, gemäß der Definition oben in Abschnitt 0.
    WSI
    "Wheel Sensors Interval", der räumliche Längsabstand entlang einer Schienenstrecke zwischen zwei äußeren Elementen einer Serie von Radsensoren, die am SMI installiert sind, gemäß Definition oben in Abschnitt 0.
    WTD
    Wheel Transit Time; in diesem Dokument, vor allem im Abschnitt 0 verwendet, um die Daten von Radsensormessungen anzugeben, d.h. die Zeitpunkte, an denen ein bestimmtes Rad oder eine Radsatzmitte von einem Radsensor oder von einem Radsensorpaar erkannt wurde.
    XSMI
    Ein Teil eines SMI, ebenso definiert wie das SMI selbst, doch unter Vernachlässigung der Radsensoren, gemäß Definition oben in Abschnitt 0.

6.2 Als Referenz genannte Patentdokumente

  • 001 – DD 156450
  • 002 – GB 2320971
  • 003 – EP 1052606
  • 004 – EP 1060766
  • 005 – US 2818508
  • 006 – DE 1031338
  • 007 – DE 1082618
  • 008 – US 3095171
  • 009 – US 3226540
  • 010 – US 3253140
  • 011 – US 3646343
  • 012 – US 4820057
  • 013 – EP 0263217
  • 014 – US 4878761
  • 015 – US 5100243
  • 016 – US 5201483
  • 017 – US 5381700
  • 018 – US 5331311
  • 019 – FR 2752806
  • 020 – US 3151827
  • 021 – US 4441196
  • 022 – US 6043774
  • 023 – US 3721820
  • 024 – US 4248396
  • 025 – US 2963575
  • 026 – US 5677533
  • 027 – US 4932784
  • 028 – US 5247338
  • 029 – US 6288777
  • 030 – DE 10150436
  • 031 – EP 1186856
  • 032 – DE 1267700
  • 033 – US 3844513
  • 034 – US 4050292
  • 035 – US 4129276
  • 036 – DE 3309908
  • 037 – WO 8801956
  • 038 – US 5133521
  • 039 – US 6416020
  • 040 – EP 1212228
  • 041 – EP 1207091
  • 042 – US 5705818
  • 043 – US 5636026
  • 044 – US 5181327
  • 045 – DE 19646098
  • 046 – DE 4015086
  • 047 – US 5903355
  • 048 – US 3206596
  • 049 – GB 836721

6.3 Als Referenzen genannte Standards, Normen, Berichte und Papiere

  • 050
    UIC Fiche 505-1, "Matériel de transport ferroviaire – Gabarit de construction de materiel roulant" (Rolling Stock Construction Gauge) und current annexes, 9e édition, Août 2002, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    051
    UIC Fiche 505-4, "Consequences de l'application des gabarits cinematiques defines par les fiches 505 sur l'implantation des obstacles par rapport aux voies et des voies entre elles" und current annexes, 3e édition, 01.01.1977, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    052
    UIC Fiche 505-5, "Conditions de base communes aux fiches n° 505-1 à 505-4 – Commentaires sur l'élaboration et las prescriptions de ces fiches" und current annexes, 2e édition, 01.01.1977, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    053
    UIC Leaflet 506, "Rules governing application of the enlarged GA, GB und GC gauges" und current annexes, 1st edition, 01.01.1987, updated on 01.01.1990, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    054
    UIC Leaflet 596-5, "Transport of road vehicles on Wagons – Technical Organisation – Method 1 – Conveyance of ordinary grab-hundled semi-trailers on special wagons (Standard recess Wagons)" und current annexes, 3rd edition, 01.07.1985, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    055
    UIC Fiche 596-6, "Trafic de véhicules routiers sur Wagons – Organistion technique – Conditions de codification des unites de chargement en transport combine et des lignes de transport combiné" und current annexes, 3e édition, 01.01.1996, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    056
    UIC Leaflet 597, "Piggyback system – Semi-trailers on bogies – Characteristics", 1st edition, 01.01.1991" und current annexes, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    057
    UIC Fiche 438-1, "Marquage numérique unifié du matériel remorqué à voyageurs" und current annexes, 2éme édition, 01.01.1988, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    058
    UIC Fiche 438-2, "Marquage numérique unifié du matériel à marchundises" und current annexes, 6e édition, 01.01.1987, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    059
    UIC Fiche 438-3, "Marquage d'identification du matériel moteur" und current annexes, 1ére édition, last amended on 01.01.1971, updated on 01.06.1984, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    060
    "RIV. Accord sur l'échange et l'utilisation des wagons entre enterprises ferroviaires", last amended on 01.10.2001, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.
    061
    "Regulations concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Rail (RID)", 2003 Edition, Intergovernmental Organisation for International Carriage by Rail (OTIF), Gryphenhübeliweg 30, CH – 3006 Berne, available from TSO Customer Services, PO Box 29, Norwich NR3 1GN, United Kingdom.
    062
    "Inventory of the AGCT und AGC standards und parameters", United Nations Economic Commission for Europe (UNECE), Working Party on Combined Transport, Geneva, Switzerlund, 1997.
    063
    "Report of the ad hoc multidisciplinary group of experts on the safety in tunnels (rail) on its fourth session (26–27 June, 2003) – Annex", Doc. # TRANS/AC.9/8, United Nations, Economic und Social Council, Economic Commission for Europe (UNECE), Inlund Transport Committee, Geneva, Switzerlund, July 30th, 2003.
    064
    "Report of the ad hoc multidisciplinary group of experts on the safety in tunnels (rail) on its first session (27–28 June, 2002) – Addendum 1 – Annex 4 – Report on Safety in Railways Tunnels (as transmitted by the International Union of Railways (UIC))", Doc. # TRANS/AC.9/2/Add.1, United Nations, Economic und Social Council, Economic Commission for Europe (UNECE), Inlund Transport Committee, Geneva, Switzerlund, July 24th, 2002.
    065
    A.Lancia, "Infrared scanning systems for the automatic detection of overheating und incipient fires in trucks approaching major tunnels", International Conference on Tunnel Safety und Ventilation, Graz University of Technology, Austria, 8–10 April 2002 (available as a separate printed article).
    066
    Pigorini B. und Lancia A., "Dispositivi e Sistemi Preventivi per la Riduzione dei Rischi di Incendio nelle Gallerie Stradali e Ferroviarie" (Preventive systems und devices for the reduction of fire-related risks in road und rail tunnels), Acts of the FASTIGI Symposium "Sicurezza delle Gallerie nelle Grundi Infrastrutture ed Interoperabilità Europea", Civitavecchia, Italy, July 3rd, 2003.
    067
    Pieralli A., Bracciali A. und Cascini G., "Detettore di Ruota Piatta e Portale in linea per verifica di sagoma", Acts of the "Convegno SICI", Napoli, 27–28.11.98, pp. 242–248, SICI (Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani), Via Giolitti, 48 – 00185 Roma, Italy, 1998.
    068
    P. W. Kruse und D. D. Skatrud, Editors, "Uncooled Infrared Imaging Arrays und Systems", Semiconductors und Semimetals, Vol. 47, Academic Press, San Diego, USA, 1997.
    069
    R.A. Wood, T.M. Rezachek, P.W. Kruse und R.N. Schmidt, SPIE Proceedings # 2552, SPIE – The International Society for Optical Engineering, 1000 20th St., Bellingham WA 98225-6705 USA, 1995
    070
    David W. Embley, "Object Database Development: Concepts und Principles", Addison-Wesley Pub Co, 1st edition, January 1998.
    071
    François Bancilhon, Claude Delobel, Paris C. Kanellakis (Eds.), "Building an Object-Oriented Database System, The Story of O2", Morgan Kaufmann, 1992
    072
    Dennis Fowler, "Virtual Private Networks: Making the Right Connection", Morgan Kaufmann; 1st edition, June 15, 1999.
    073
    Ruixi Yuan, "Virtual Private Networks: Technologies und Solutions", Addison-Wesley Pub Co., 1st edition, April 20, 2001.
    074
    David A. Marca, Clement L. McGowan, "Sadt: Structured Analysis und Design Techniques", McGraw-Hill Software Engineering Series, McGraw Hill Text, 1988
    075
    UIC Leaflet 502, "Special consignments – Provisions concerning the preparation und conveyance of special consignments", 4th edition of 1.7.74 – Reprint dated 1.1.93 und 4 Amendments, CODE UIC, UIC, Union Internationale des Chemins de fer (International Union of Railways), Paris, France.

6.4 Referenzinformationen über Industrieprodukte

  • 950
    "RDS80001/RDS80002 Series High speed railwheel sensors", Technical bulletin 100453 EN, Issue 1, Honeywell Automation und Control Products, Newhouse Industrial Estate, Motherwell, Lanarkshire, ML1 5SB, Scotlund, United Kingdom, 2003.
    951
    "Introduction to Variable Reluctance Sensors (VRS)", Invensys Sensor Systems/Electro Corporation (currently a Part of Honeywell), 1845, 57th St., Sarasota, FL, USA, 2003.
    952
    "Optocator Laser Sensors. Product Information", LMI Selcom AB, Box 250, SE-433 25 Partille, Sweden, 2003
    953
    "Optocator Interface Module. Product Information", LMI Selcom AB, Box 250, SE-433 25 Partille, Sweden, 2003
    954
    "Laser Sensors for Road", LMI Selcom AB, Box 250, SE-433 25 Partille, Sweden, September 29th, 2003
    955
    "Line Scan Cameras Piranha CL-P1", Product Datasheet, DALSA Corporation, 605 McMurray Road, Waterloo, Ontario, Canada N2V 2E9, 2003
    956
    "Advanced Line Scan Cameras Eclipse EC-11", Product Datasheet, DALSA Corporation, 605 McMurray Road, Waterloo, Ontario, Canada N2V 2E9, 2003
    957
    "Advanced Line Scan Cameras DALSA HS-41", Product Datasheet, DALSA Corporation, 605 McMurray Road, Waterloo, Ontario, Canada N2V 2E9, 2004
    958
    "Specifications of the LD90-3100VHS-FLP", Data sheet, Riegl Laser Measurement Systems GmbH, Riedenburgstraße 48, A-3580 Horn, Austria, September 2001
    959
    "Specifications of the LD90-3100EHS-FLP", Data sheet, Riegl Laser Measurement Systems GmbH, Riedenburgstraße 48, A-3580 Horn, Austria, September 2001
    960
    "Short-Range Airborne Laser Scanner LMS-Q140i-60/80", Data sheet, Riegl Laser Measurement Systems GmbH, Riedenburgstraße 48, A-3580 Horn, Austria, October 2002
    961
    "Technical data PROFILER/ILAR", Technical data sheet, Zoller+Fröhlich GmbH Elektrotechnik, Simoniusstraße, 22, Wangen im Allgäu, Germany, 2000.
    962
    "Sentry System", Hot Box Detector, Product information, Southern Technologies Corporation, 6145 Preservation Drive, Chattanooga, TN 37416, USA, 2003.
    963
    Products information web pages at www.getransportation.com, General Electric Transportation Systems, Erie, PA, USA, December, 2003.
    964
    "Hot Box und Brake Detection System VAE-HOA/FO A400", Product Bulletin, VAE Eisenbahnsysteme GmbH, A-8740 Zeltweg, Alpinestraße 1, Austria, 2003.
    965
    "M-2105 Series PbSe Focal Plane Arrays", Product Leaflet, Northrop Grumman Corporation, Electro-Optical Systems, 1215 S. 52nd Street, Tempe, AZ, USA, 85281, 2003.
    966
    "MULTIRAIL® WheelScan", Product information bulletin BV-D 5004 GB, SCHENCK PROCESS GmbH, Lundwehrstraße, 55, D-64273, Darmstadt, Germany, 2003.
    967
    WheelChexTM, Product information bulletin AEATRD/803(9/00), AEA Technology Rail, P. O. Box 2, rtc Business Park, London Road, Derby DE24 8YB, United Kingdom, 2000.
    968
    PANCHEX®, Product information html file at www.aeat.co.uk, AEA Technology Rail, P. O. Box 2, rtc Business Park, London Road, Derby DE24 8YB, United Kingdom, 2003
    969
    "NI PCI-7041/6040E Real-Time Multifunction Data Acquisition Board", Technical bulletin, National Instruments Corporation, 11500 N Mopac Expwy, Austin, TX 78759-3504, USA, 2003
    970
    "PC-DIO-96", Technical bulletin, National Instruments Corporation, 11500 N Mopac Expwy, Austin, TX 78759-3504, USA, 2003
    971
    "VMEbus products guide", Motorola Computer Group, 2900 S.Diablo Way, Tempe, AZ, 85282, USA, 2003
    972
    "CompactPCI Catalogue", Gespac SA, 18 Chemin des Aulx, 1228 Geneva, Switzerlund, 2003
    973
    "Cisco VPN 3000 Series Concentrator", Data Sheet, Cisco Systems, Inc., 170 West Tasman Drive, San Jose, CA 95134-1706, USA, 2004
    974
    "Cisco VPN 3002 Hardware Client", Data Sheet, Cisco Systems, Inc., 170 West Tasman Drive, San Jose, CA 95134-1706, USA, 2001
    975
    ORBCOMM, 21700 Atlantic Boulevard, Dulles, VA 20166, USA
    976
    "KX-G7100 ORBCOMM subscriber communicator", Product Specification Datasheet, Matsushita Electric Corporation of America, One Panasonic Way, Secaucus, NJ 07094, USA, 2003
    977
    "eMGW Wireless DSL for Data und Telephony Services", Alvarion Ltd., International Corporate Headquarters, 21a HaBarzel Street, P.O. Box 13139, Tel Aviv, 61131, Israel, 2003
    978
    "SA-PCD BreezeNET Pro.11 PCMCIA Cards", Technical Datasheet, Alvarion Ltd., International Corporate Headquarters, 21a HaBarzel Street, P.O. Box 13139, Tel Aviv, 61131, Israel, 2003
    979
    "RTLinuxPRO 2.0", FSMLabs, Inc., 115 D Abeyta Ave, Socorro, NM 87801, USA, 2003

6.5 Zuordnung von Referenznummern nach Bereichen

  • 001–048: Referenznummern von zitierten Patentdokumenten
  • 050–075: Referenznummern der öffentlichen Standards und Papiere
  • 100–145: Referenznummern der mathematischen Formeln
  • 151167: Referenznummern in
  • 201217: Referenznummern in
  • 218228: Referenznummern in
  • 230246: Referenznummern in
  • 250267: Referenznummern in
  • 275301: Referenznummern in
  • 310325: Referenznummern in
  • 345364: Referenznummern in
  • 369399: Referenznummern in
  • 400430: Referenznummern in
  • 440471: Referenznummern in
  • 480505: Referenznummern in
  • 520531: Referenznummern in
  • 540551: Referenznummern in
  • 560585: Referenznummern in
  • 600625: Referenznummern in
  • 630660: Referenznummern in
  • 670697: Referenznummern in
  • 700730: Referenznummern in
  • 740752: Referenznummern in
  • 760777: Referenznummern in
  • 780807: Referenznummern in
  • 810853: Referenznummern in
  • 860885: Referenznummern in
  • 950–978: Referenznummern von Informationsblättern und Bekanntmachungen bezüglich im Handel vertriebener Produkte


Anspruch[de]
Verfahren zur Erkennung und Signalisierung von zumindest einer fehlerhaften und/oder gefährlichen Bedingung für eine Zugbildung (151) von mindestens einem passierenden Schienenfahrzeug (152), wobei die zumindest eine fehlerhafte oder gefährliche Bedingung im Besonderen umfasst: Gefahren des Begrenzungslinienprofils, verschobene Frachten, Überhitzung, Ausfälle und beginnende Ausfälle in den Achslagern, Überhitzung der Räder und Bremsen, Überhitzung von Teilen des Fahrzeugkörpers und Feuer an Bord, wobei jedes passierende Schienenfahrzeug ein entsprechendes Ausführungsmodell einer Vielzahl von vorab festgelegten Ausführungsmodellen ist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Operationen durchführt:

a. Datenübernahme (154) von Sensoren und Instrumenten (153), die entlang und/oder um einen Gleisabschnitt positioniert sind und elektronisches Speichern einer Datenmenge (156), die einer Vielzahl an Messungen in Bezug auf ein passierendes Schienenfahrzeug (155) entspricht, dergestalt, dass ein Zeitwert direkt oder indirekt mit jeder Messung aus der Vielzahl der Messungen verknüpft werden kann, wobei das passierende Schienenfahrzeug auf dem Schienenabschnitt weiterfährt;

b. Bestimmen des Ausführungsmodells (158) des passierenden Schienenfahrzeugs durch die Verarbeitung (157) von mindestens einem Teil der Datenmenge und Dateneigenschaften der Vielzahl der Fahrzeugausführungsmodelle;

c. Abrufen (159) von fahrzeugspezifischen Informationen und Daten (162), die in mindestens einer Datenbank (161) gespeichert sind und mit dem ermittelten Ausführungsmodell verknüpft sind;

d. Verarbeitung (160) von mindestens einem Teil der fahrzeugspezifischen Informationen und Daten zur Berechnung einer Parametermenge (163), die eine oder mehrere mathematische Funktionen als Funktion der Zeit, der Position und der Ausrichtung von mindestens einer Grundkomponente des passierenden Schienenfahrzeugs definieren, um zumindest einen Teil der Datenmenge mit entsprechenden Teilen des passierenden Schienenfahrzeugs oder seiner Fracht zu verknüpfen;

e. Erfassen (164) von zumindest einer fehlerhaften und/oder gefährlichen Bedingung für das passierende Schienenfahrzeug auf der Basis der Datenmenge unter Anwendung mathematischer Funktionen und zumindest einem Teil der fahrzeugspezifischen Informationen und Daten;

f. Erzeugen (166) von Alarmsignalen (167) für ein Schienensignalisierungs- und Sicherheitssystem zur Vermeidung von Unfällen und zur Reduzierung von Verlusten und Kosten, wenn zumindest eine fehlerhafte und/oder gefährliche Bedingung (165) erfasst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b den Schritt enthält, Distanzen zwischen den Radgruppen der Zugbildung zusammen mit Daten und Informationen, die den Fahrzeugausführungsmodellen entsprechen, für die Entscheidung zu verwenden, ob ein oder mehrere Ausführungsmodelle dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen. Verfahren gemäß Anspruch 2, den Schritt der Zusammenstellung einer Liste von Fahrzeugausführungsmodellen umfassend, die dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen können. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b die Anwendung von einem oder mehreren Fahrzeuginformationsalgorithmen einschließlich der optischen Zeichenerkennung von zumindest einem Teil der Symbole umfasst, die innerhalb der Standardmarkierungscodes an den Seiten der Schienenfahrzeuge angebracht sind. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die optische Zeichenerkennung für zumindest eine an der Seite des passierenden Schienenfahrzeugs angebrachte Markierung und eine Markierung durchgeführt wird, die auf der anderen Seite des bestimmten passierenden Schienenfahrzeugs angebracht ist. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b den Schritt enthält, Daten entsprechend dem Gewicht oder der Fracht auf den Schienen von Rädern oder Radgruppen des passierenden Schienenfahrzeugs für die Entscheidung zu verwenden, ob ein oder mehrere Ausführungsmodelle dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b den Schritt enthält, die Durchmesser der Räder und/oder von einem oder mehreren Profilen (362, 363) an den Außenflächen der Räder des passierenden Schienenfahrzeugs für die Entscheidung zu verwenden, ob eines oder mehrere Ausführungsmodelle dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen, wie Profile und Raddurchmesser, die aus der Verarbeitung der Daten resultieren, die in Operation a von elektro-optischen Sensoren und Instrumente übernommen wurden. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b den Schritt enthält, ein oder mehrere Flächenprofile entlang der Länge des Schienenfahrzeugs der Zugbildung für die Entscheidung zu verwenden, ob eines oder mehrere der Ausführungsmodelle dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen, wie Profile, die aus der Verarbeitung von Daten entstehen, die in der Operation a von elektro-optischen Sensoren und Instrumente übernommen wurden. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Flächenprofile durch Messungen bestimmt werden, die mit Laserdistanzmessgeräten ausgeführt werden, die auf einer Höhe und in einer Ausrichtung angebracht sind und so die Profile der Puffer der Schienenfahrzeuge miteinbeziehen. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation b den Schritt umfasst, ein oder mehrere visuelle oder geometrische Eigenschaften eines Fahrzeugausführungsmodells für die Entscheidung zu verwenden, ob eines oder mehrere der Ausführungsmodelle dem passierenden Schienenfahrzeug entsprechen, indem die Daten verarbeitet werden, die in Operation a von elektro-optischen Sensoren und Instrumente übernommen wurden. Verfahren gemäß Anspruch 1, die Berechnung von Distanzen zwischen den Radgruppen und einer mathematischen Funktion umfassend, die die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises im Zeitverlauf durch einen Algorithmus darstellt, der Daten verwendet, die in Operation a für eine Reihe von Radsensoren übernommen wurden. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Berechnungsalgorithmus auf den Daten basiert, die für eine Reihe von Radsensorpaaren übernommen wurden, wobei zwei Sensoren (312, 313) von jedem dieser Paare an einer anderen Schiene montiert und im Wesentlichen entlang der Achse senkrecht zu den Schienen ausgerichtet sind. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Distanzen zwischen den Radgruppen und die mathematische Funktion die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises über die Zeit darstellen und durch die Positionen der Mittelpunkte der Radgruppen im Zeitverlauf definiert sind. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Distanzen zwischen den Radgruppen und die mathematische Funktion, die die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises im Zeitverlauf darstellt, durch die Minimierung einer mathematischen Funktion berechnet werden, deren Ausdruck doppelte Summierungen über eine Anzahl von K Werten einer Längsdistanz von Radsensoren oder Radsensorpaaren entlang der Schiene von einem Ursprung und über eine Anzahl von J Werten der Längsdistanz der Radgruppenmittelpunkte von einem bestimmten Ursprung auf dem passierenden Schienenfahrzeug enthält, wobei jeder der Ausdrücke dieser doppelten Summierungen eine monotone nicht negative Funktion der algebraischen Summe mit den entsprechenden Vorzeichen von zumindest der Längsdistanz eines Radsensor- oder Radsensorpaarwertes ist, einer Längsdistanz eines Radgruppen-Mittelpunktwerts und des Werts, der einem betreffenden Zeitwert der mathematischen Funktion entspricht, die die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises im Zeitverlauf darstellt. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die mathematische Funktion, die die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises im Zeitverlauf darstellt, eine stückweise Funktion ist, mit Kontinuitätsbedingungen der ersten und zweiten Ableitung und im Besonderen einer Spline-Funktion, die aus kubischen Polynomen besteht. Verfahren gemäß den Ansprüchen 14 oder 15, wobei die Minimierung unter den sachgemäßen mathematischen Zwangsbedingungen durchgeführt wird, die für die Maximalwerte der Beschleunigung und/oder Abbremsung des passierenden Schienenfahrzeugs gelten. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Operation b die Erkennung der einzigartigen Identität des passierenden Schienenfahrzeugs umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Bestimmung der einzigartigen Identität eines Fahrzeugs auf der optischen Zeichenerkennung von zumindest einem Teil der Symbole basiert, die innerhalb der Standardmarkierungscodes an den Seiten des Schienenfahrzeugs angebracht sind. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Operation b durchgeführt wird, indem weitere Informationen über das passierende Schienenfahrzeug berücksichtigt werden, wobei die weiteren Informationen durch das Lesen oder Abfragen der Geräte, die an dem passierenden Schienenfahrzeug befestigt sind, oder von einem oder mehreren Schieneninformationssystemen erhalten werden. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Operation d (160) einen Schritt zur Definition der Position und Ausrichtung eines Körpers (250) des passierenden Schienenfahrzeugs im Zeitverlauf mittels einer Koordinatentransformationsfunktion umfasst, wobei die Koordinatentransformationsfunktion auch die Definition in einem ersten Koordinatensystem (257, 260, 255, 258) integral mit dem Fahrzeugkörper eines Vektors/Punkts (263) erlaubt, der in einem zweiten Koordinatensystem (253, 256, 259, 254) integral mit Sensoren und Instrumenten (153) entlang des Wegs definiert ist, wobei die Koordinatentransformationsfunktion eineindeutig verknüpft ist mit einer inversen Koordinatentransformationsfunktion, die die inverse Koordinatentransformation eines Vektors/Punktes ermöglicht. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei für die Berechnung der Koordinatentransformationsfunktion die mathematische Funktion verwendet wird, die die Längsposition des passierenden Schienenfahrzeugs entlang eines Gleises im Zeitverlauf darstellt. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei die Koordinatentransformationsfunktion durch eine Parametermenge (163) definiert ist, die durch die Minimierung einer Funktion erhalten werden (160), deren mathematischer Ausdruck die Summierung einer Reihe von nicht negativen Ausdrücken umfasst, wobei jeder Ausdruck die Übereinstimmung zwischen einen oder mehreren Daten aus der Menge der übernommenen Daten mit einem geometrischen Merkmal des Fahrzeugkörpers (250) ausdrückt, gemäß den relevanten fahrzeugspezifischen Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161). Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei ein nicht-negativer Ausdruck oder mehrere nicht-negative Ausdrücke eine Funktion der Distanz zwischen einem Vektor/Punkt in einem dreidimensionalem Raum sind, wie ein Vektor/Punkt, der aus zumindest einem Messwert der Datenmenge erhalten wurde, und einer Fläche in demselben dreidimensionalen Raum, wobei die Fläche einem physikalischen Merkmal des passierenden Schienenfahrzeugs entspricht, und in der fahrzeugspezifischen Informationen und Daten definiert sind, und solch ein dreidimensionaler Raum entweder integral mit dem Fahrzeugkörper oder den Sensoren und Instrumenten (153) entlang des Weges ist. Verfahren gemäß den Ansprüchen 20, 21, 22 oder 23, wobei die Operation e (164) den Erfassungsschritt von begrenzungslinienbezogenen Gefahren und/oder Gefahren durch verschobene Lasten (237) für das passierende Schienenfahrzeug und seiner Fracht durch den Vergleich der Koordinaten von Vektoren/Punkten (616) umfasst, die aus den durch die Sensoren und Instrumente übernommenen Daten (153, 460 und/oder 497 und/oder 528 und/oder 547) erhalten wurden, mit einer oder mehreren fahrzeugspezifischen Fläche(n) oder Profilgruppe(n) (608612), die in einem Koordinatensystem (604, 605, 606, 607) integral mit dem Fahrzeugkörper (250) definiert sind, wobei die dreidimensionalen Flächen oder Profilgruppen definiert sind entweder durch:

– Informationen und Daten (162) aus der Fahrzeugdatenbank (161), oder

– Berechnung auf Grund der Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank, oder

– Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161) zusammen mit den Daten und Informationen, die denjenigen entsprechen, die aus der Erkennung bestimmter Markierungen auf dem Fahrzeug und/oder auf der Fracht basierend auf den von den Sensoren und Instrumente übernommenen Daten erhalten wurden, und der Vergleich im dreidimensionalem Raum durchgeführt wird, der entweder mit dem Fahrzeugkörper oder mit den Sensoren und Instrumenten entlang des Wegs integral ist, durch Verwendung der Koordinatentransformationsfunktionen oder deren inversen Funktionen.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei ein Alarm (167) automatisch an das Schienensicherheits- und Signalisierungssystem (845) gesendet wird (166), wenn der Vergleich von Anspruch 24 eine Gefahr entdeckt, die mit einem oder mehreren Vektoren/Punkten (616) übereinstimmt, die sich außerhalb der fahrzeugspezifischen dreidimensionalen begrenzenden Flächen oder Profilgruppen (562, 582, 583, 577) befinden, die gemäß den Grundsätzen des UIC-Codes und im Besonderen mit den Merkblättern 505-1, 505-4 und 505-5 definiert sind, die ein Referenzbegrenzungslinienprofil (563) und/oder ein Profil für konkrete Hindernisse (573) eines Gleisabschnitts und ebenso die Messgenauigkeit und Toleranzen berücksichtigen, die von der zuständigen Bahngesellschaft definiert sind. Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei die Informationen über eine geplante Geschwindigkeit für die Zugbildung zur Definition der Vergleichstoleranzen und/oder der Definition von fahrzeugspezifischen dreidimensionalen Flächen oder Profilgruppen verwendeten werden, wobei die Informationen über die geplante Geschwindigkeit aus einem Schieneninformationssystem stammen. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei ein Alarmsignal (167) automatisch an das Schienensicherheits- und Signalisierungssystem (845) gesendet wird (166), wenn der Vergleich von Anspruch 24 eine Gefahr entdeckt, die mit einem oder mehreren Vektoren/Punkten (616) übereinstimmt, die sich außerhalb der fahrzeugspezifischen dreidimensionalen begrenzenden Flächen oder Profilgruppen befinden, die einem Frachtprofil entsprechen, das mit Markierungen auf dem Fahrzeug und/oder der Frachten übereinstimmt, im Besonderen gemäß der relevanten Angaben der UIC-Codes 502, 595-5, 595-6 und 597, die die Genauigkeit der Messungen und Berechungen sowie der Toleranzen berücksichtigen, die von der zuständigen Bahngesellschaft definiert wurden. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die dreidimensionale Flächen oder Profilgruppen mit Frachtprofilen des Fahrzeugs, gemäß bestimmter anwendbarer Regeln und Vorschriften, wie vorzugsweise in der RIV-Vereinbarung definierten Frachtprofilen und entsprechenden Regeln, oder mit einem Ausführungsprofil (585) des Fahrzeugs, übereinstimmen. Verfahren gemäß Anspruch 20, 21, 22 oder 23, wobei die Operation e (164) das Erfassen der Verletzung einer Frachtladeregel enthält, wie vorzugsweise eine in der RIV-Vereinbarung definierte Frachtladeregel, für ein passierendes Schienenfahrzeug und ein oder mehrere benachbarte Fahrzeuge bezüglich der Position einer oder mehrerer Frachten durch die Verarbeitung von Koordinaten der Vektoren/Punkte (616), die aus den durch die Sensoren und Instrumente übernommenen Daten erhalten wurden, und die Koordinatentransformationsfunktionen oder deren inverse Funktionen und fahrzeugspezifische Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank verwenden. Verfahren gemäß Anspruch 24, 28 oder 29, wobei ein Warnsignal oder eine Signalisierung an ein Schienensicherheitssystem ausgegeben wird, zusammen mit Daten und Informationen, mit denen ein Bediener oder eine Software-Anwendung die fragliche oder mögliche Gefahr besser auswerten kann, wenn eine Gefahr oder eine mögliche Gefahr erfasst wird. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Erfassen begrenzungslinienbezogener Gefahren und/oder Gefahren durch verschobene Fracht (237) für ein passierendes Schienenfahrzeug und der Fracht die Schritte umfasst, die Koordinaten von Vektoren/Punkten (616) von mindestens zwei Datenmengen zu vergleichen, die durch Sensoren und Instrumente (153, 460 und/oder 497 und/oder 528 und/oder 547) übernommen wurden, wobei jedes Paar von mindestens zwei Datenmengen, die Gruppen von Positionen entsprechen, die der Länge nach auf dem Fahrzeug mit mindestens einem Meter beabstandet sind und erfordern, dass dieselbe Gefahr konsistent auf der Basis aller von mindestens zwei Datenmengen erfasst wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Operation d (160) einen Definitionsschritt der Position und Ausrichtung einer Achse (683, 696) des passierenden Schienenfahrzeugs und/oder der Mittelachse der Achse und/oder von Komponenten wie Rädern (644, 631), Bremsen (643, 656, 634, 632, 674, 690) und Lager (654, 630), die mit der Achse durch eine achsenbezogene Koordinatentransformationsfunktion verknüpft sind, im Zeitverlauf umfasst, wobei diese achsenbezogene Koordinatentransformationsfunktion, die die Definition in einem Koordinatensystemen (679, 680, 675, 678, 685, 688, 689) integral mit den Komponenten einer solchen Achse (683, 696) eines Vektors/Punkts (670, 692, 637, 639, 640, 641, 646), die in einem Koordinatensystem (682, 681, 677, 697, 687, 684) integral mit den Sensoren und Instrumenten am Weg definiert sind, erlaubt, wobei die achsenbezogene Koordinatentransformationsfunktion eineindeutig mit einer inversen achsenbezogenen Koordinatentransformationsfunktion verknüpft ist, die die inverse Koordinatentransformation eines Vektors/Punkts gestattet. Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei die achsenbezogene Koordinatentransformationsfunktion durch eine Parametermenge definiert ist, die durch die Minimierung einer Funktion erhalten wird, deren mathematischer Ausdruck die Summierung einer Reihe nicht-negativer Ausdrücke umfasst, wobei jeder dieser Ausdrücke die Übereinstimmung zwischen einen oder mehreren Daten der Menge der übernommenen Daten und der Position der entsprechenden achsenbezogenen Komponenten ausdrückt, gemäß den entsprechenden fahrzeugspezifischen Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161). Verfahren gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei die Berechnung der achsenbezogenen Koordinatentransformationsfunktion die mathematische Funktion verwendet, die die Längsposition des entsprechenden passierenden Schienenfahrzeugs entlang des Gleises über die Zeit als eine Anzeige der Längsposition und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der entsprechenden Radgruppenmittelpunkte im Zeitverlauf darstellt. Verfahren gemäß den Ansprüchen 32, 33 oder 34, wobei die Operation e (164) den Erfassungsschritt von fehlerhaften und/oder gefährlichen Bedingungen für (239) die Lager und/oder Bremsen und/oder Räder der betreffenden Achse enthält, durch die Anwendung von Algorithmen zur Verarbeitung eines Teiles der Datenmenge, die durch Sensoren und Instrumente (650, 638) übernommen wurde, die die von den Lagern und/oder Bremsen und/oder Rädern der relevanten Achse ausgestrahlte Infrarotstrahlung abfühlen, wobei diese Algorithmen die achsenbezogene Koordinatentransformationsfunktion und/oder die inverse Funktion davon zusammen mit Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161) verwenden, um die entsprechenden übernommenen Daten mit Elementen der entsprechenden Achse und/oder Lager und/oder Räder und/oder Bremsen zu verknüpfen. Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei Lagerfehler und/oder eine nicht normale Erhitzung der Räder und/oder von Teilen der Bremse erfasst werden, wobei statistische Signifikanzkriterien auf die Daten angewendet werden, die sich auf die Elementtemperaturen von Lager und/oder Rädern und/oder Bremsen beziehen, wobei die Elemente einem Bestand von Bremsen und/oder Rädern und/oder Bremsen entsprechen, die zum passierenden Schienenfahrzeug oder anderen Fahrzeugen in der Zugbildung gehören, die demselben Ausführungsmodell wie das passierende Schienenfahrzeug angehören, und möglicherweise die Anwendung der statistischen Signifikanzkriterien auf eine Teilmenge der Population beschränken, entsprechend den Komponenten, die auf nur einer Seite der Zugbildung angebracht sind. Verfahren gemäß Anspruch 36, wobei die temperaturbezogenen Daten für bestimmte Komponenten von Lager durch einen Algorithmus berechnet werden, der das Gewicht und/oder die Frachtdaten berücksichtigt, die für die entsprechenden Räder oder Radgruppen übernommen wurden, und/oder die Daten berücksichtigt, die für die Temperatur des Gleisnetzes und/oder der Radnabe der relevanten Räder repräsentativ sind. Verfahren gemäß den Ansprüchen 20, 21, 22 oder 23, wobei die Operation e (164) das Erfassen (238) von Feuer an Bord sowie thermisch erfassbare Gefahren für den passierenden Schienenfahrzeugkörper und seiner Fracht durch die Anwendung von Algorithmen zur Verarbeitung eines Teils der Datenmenge umfasst, die von Sensoren und Instrumenten übernommen wurde, und im Besonderen von denjenigen Sensoren und Instrumenten (760, 768), die die Infrarotstrahlung abfühlen, die vom Fahrzeugaufbau und/oder von Innenelementen des Fahrzeugaufbaus und/oder von einer Fracht des passierenden Schienenfahrzeugs ausgestrahlt werden, wobei diese Algorithmen die Koordinatentransformationsfunktionen für Komponenten des Fahrzeugkörpers und/oder deren inverse Funktion zusammen mit Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161) zum Verknüpfen der entsprechenden übernommenen Daten mit Komponenten des Fahrzeugaufbaus und/oder der Innenelemente des Fahrzeugsaufbaus und/oder einer Fracht des passierenden Schienenfahrzeugs verwenden. Verfahren gemäß Anspruch 38, wobei die fahrzeugspezifischen Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161) einen oder mehrere Algorithmen einer Menge von wechselnden Algorithmen zum Erfassen (238) von Feuer an Bord und thermisch erfassbaren Gefahren für den Körper des passierenden Schienenfahrzeugs und dessen Fracht definieren, und ebenso die Parameter für die Anwendung dieser Algorithmen definieren, einschließlich im Besonderen die Parameter, die die Flächenelemente definieren, die mit dem Fahrzeug und seiner Fracht in einem Koordinatensystem definiert sind, das mit dem Fahrzeugkörper integral ist. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zumindest die Operationen a, b, c, d, e und f für alle Fahrzeuge in der Zugbildung (151) durchgeführt werden, außer für diejenigen Fahrzeuge, für die fahrzeugspezifische Informationen und Daten aus der Fahrzeugoperation angeben, bestimmte Operationen oder Teile bestimmter Operationen nicht durchzuführen und/oder für diejenigen Fahrzeuge, für die das entsprechende Ausführungsmodell nicht bestimmt werden kann. Verfahren gemäß Anspruch 40, wobei die Erfassung bestimmter Defekte und gefährlicher Bedingungen für diejenigen Fahrzeuge, für die das entsprechende Ausführungsmodell nicht bestimmt werden kann, durch Verfahren durchgeführt wird, die keine fahrzeugspezifischen Informationen und Daten aus der Fahrzeugdatenbank (161) verwenden. System zur Durchführung des Verfahrens der Erfassung und Signalisierung von mindestens einer fehlerhaften und/oder gefährlichen Bedingung für eine Zugbildung (151, 204) von mindestens einem der Ansprüche 1 bis 41, wobei das System umfasst:

– Sensoren und Instrumente (153, 884, 881, 875, 869, 860, 877, 871, 872, 862, 873, 870, 876, 614, 784, 792, 800), die entlang und/oder um einen Gleisabschnitt (201, 202, 203) zum Generieren von Messdaten (156) positioniert sind, die Elementen der Schienenfahrzeuge (204) entsprechen, die während der Bewegung der Zugbildung in diesem Abschnitt einen räumlichen Bereich (211) durchqueren;

– erste Hardware- (780, 786, 789, 799, 811) und Software-Einrichtung (226, 218, 233, 232) zur Übernahme (154) einer Datenmenge (156) von den Sensoren und Instrumenten und der elektronischen Speicherung, die einer Vielzahl von Messungen bezüglich eines passierenden Schienenfahrzeugs (155) in dergestalt entspricht, dass ein Zeitwert (781) direkt oder indirekt mit jeder Messung aus dieser Pluralität verknüpft werden kann, wobei eine solche Hardware- und Software-Einrichtung geeignet ist, um Daten von weiteren Sensoren, Instrumenten und Systemen zu übernehmen;

– zweite Hardware- (810813, 780, 786, 789, 799) und Software-Einrichtung (234239, 246) zur elektronischen Verarbeitung von Daten (156), die aus den Sensoren und Instrumenten übernommen wurden, und weiteren Daten und Informationen;

– dritte Hardware (821, 817, 823, 853) und Software-Einrichtung zum Anschluss von und denn Generieren von Alarmen für Schienensignalisierungs- und Sicherheitssysteme (845, 843, 844);

– Verbindungs-Hardware (814, 795, 796, 797, 798, 807, 782, 783, 787, 793, 805, 806, 785, 790, 791, 801, 802, 803, 213) und Software-Einrichtung zur Verbindung und der Stromversorgung der Sensoren und Instrumente und der ersten, zweiten und dritten Einrichtung;

– Mittel zur Positionierung und der Abschirmung der Sensoren und Instrumente und der ersten, zweiten und dritten und der Verbindungs-Hardware.
System gemäß Anspruch 42, wobei weitere Sensoren und Instrumente, im Besonderem Radsensoren, die mit der ersten Einrichtung verbunden sind, an einer oder zwei Positionen (206, 207) in einer Entfernung (210, 212) von dem räumlichen Bereich (211) angebracht sind, um die Ankunft der Zugbildung zu erfassen und das System für Operation a vorzubereiten. System gemäß den Ansprüchen 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente ein Paar von Radsensoren (312, 313) umfassen, die installiert sind, um die Durchfahrt beider Räder in einer Radgruppe an einer im Wesentlichen gleichen Längsposition entlang des Gleises zu erfassen. System gemäß den Ansprüchen 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente einen oder mehrere Laser-Distanzmessungssensoren (350, 873) zum Erhalt von Profilen (358, 362, 363) der Räder (345, 346) und/oder von Teilen des unteren Teils eines passierenden Schienenfahrzeugs, im Besonderen der Puffer (295), umfassen. System gemäß den Ansprüchen 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente linear angeordnete Aufnahmeapparate (440 bis 447, 449, 450, 460, 468, 770, 870, 876) umfassen, um Reihen von Aufnahmedaten zu erfassen, die den Flächenelementen eines passierenden Schienenfahrzeugs entsprechen, wobei solche Elemente sich zum Zeitpunkt der Aufnahme näherungsweise in einer Ebene befinden, die im Wesentlichen vertikal ist, wobei entsprechende künstlichen Beleuchtungseinrichtungen (461, 463) bereitgestellt werden. System gemäß den Ansprüchen 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente Laser-Distanzmesseinheiten und im Besonderen Gruppen von festen Laser-Distanzmessgeräten (481 bis 492, 493, 494, 497, 498, 499) und/oder Time-of-Flight-(Zeitpunkt des Passierens) oder Laser-Distanzmessgeräte vom Typ der Triangulationsabtastung (520, 525, 526, 527, 528) und/oder Distanz-Lasermessgeräte mit Schnellabtastung basierend auf der Lasermodulationsphasenerkennung (540, 547, 766, 769, 860, 869, 875, 881) umfassen, um Messserien der dreidimensionalen Position von Flächenelementen eines passierenden Schienenfahrzeugs und dessen Fracht zu erfassen. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente Vorrichtungen zum Abfühlen der Wärmestrahlung umfassen, die von den achsenbezogenen Komponenten ausgestrahlt werden, und im Besonderen von den Lagergehäusen (654, 630), Rädern (644, 631) und Bremsteilen (643, 656, 634, 632), wobei jede dieser Vorrichtungen zum Abfühlen der Wärmestrahlung eine einzelne Infratrotstrahlungs-Erfassungseinrichtung enthält, im Besonderen mit einem optomechanischen Abtastsystem oder Abfühlelementen von Infrarotstrahlung oder einer linearen oder multilinearen Reihe (650, 638, 862, 872) von Abtastelementen der Infrarotstrahlung, wie Reihen aus nicht gekühlten Mikro-Thermopile-Sensoren oder thermoelektrisch gekühlten Blei-Selenid-Photoleitersensoren oder gekühlten Quecksilber- und Kadmium-Tellurid- oder Indiumantimonid-Photonensensoren. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei die Sensoren und Instrumente Vorrichtungen umfassen, um die Wärmestrahlung abzufühlen, die vom Körper eines passierenden Schienenfahrzeugs und/oder der Fracht ausgestrahlt werden, wobei jede dieser Vorrichtungen zum Abfühlen der Wärmestrahlung zumindest eine Photonerfassungseinrichtung zusammen mit einem optomechanischen Abtastsystem umfasst oder eine lineare, multilineare oder zweidimensionale Reihe (650, 638, 862, 872) von Abfühlelementen für Infrarotstrahlung umfasst (871, 877), wie Reihen aus nicht gekühlten Mikro-Thermopile-Sensoren oder thermoelektrisch gekühlten Blei-Selenid-Photoleitersensoren oder gekühlten Quecksilber- und Kadmium-Tellurid- oder Indiumantimonid-Photonensensoren. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei ein System zur Messung (867, 864) des Gewichts oder der Last auf dem Gleis für die Räder oder Radgruppen eines passierenden Schienenfahrzeugs mit der ersten oder zweiten Einrichtung verbunden wird, wobei die Gewicht- oder Frachtmessungen gemäß dem Verfahren von Anspruch 37 verwendet werden und/oder um Alarmsignale oder Warnmeldungen zu generieren, wenn eines oder mehrere dieser Gewichte oder Frachten als gefährlich oder unerwünscht gemäß den fahrzeugspezifischen Informationen aus der Fahrzeugdatenbank (161) und/oder gemäß einem oder mehreren Parametern für den relevanten Gleisabschnitt betrachtet werden kann. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei die Messrate und/oder die Datenerfassungsrate für einen oder mehrere Sensoren und Instrumente festgelegt und/oder geändert wird (780, 218, 232) gemäß der Geschwindigkeit der Zugbildung des Schienenfahrzeugs, wobei eine solche Geschwindigkeit durch Radsensorsignale oder andere geeignete Einrichtungen ausgewertet wird. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei zumindest ein Teil der ersten Einrichtung (780, 786, 789, 799) und der zweiten Einrichtung (810 bis 813, 821) durch die Verbindungseinrichtung (795, 796, 797, 807, 814) in Form eines lokalen (815) Netzwerks (798) verbunden sind. System gemäß Anspruch 42 oder 43, wobei mindestens ein Teil der zweiten Einrichtung (810 bis 813, 821) direkt oder indirekt durch Kabel und/oder Glasfaser und/oder Funkverbindungen und/oder im Besonderen durch das Internet (824) mit entfernten Datenverarbeitungszentren (834) und/oder Schienensicherheits- und Signalisierungsdaten-Verarbeitungsystemen (843) und/oder mit anderen Schienendatenverarbeitungssystemen (852) verbunden ist. System gemäß Anspruch 53 und 46, eine Software-Anwendung umfassend, die aus den Abbildungsdaten die Anschlagszettel für Gefahrenguttransporte und durch optische Zeichenerkennung die entsprechenden Codes erkennt und die Gefahrengutinformationen mit dem entsprechenden Fahrzeug und, sofern anwendbar, mit dem Nettogewicht der Gefahrengüter, die auf dem passierenden Schienenfahrzeug geladen sind, verknüpft, wobei diese Informationen für ein oder mehrere Fahrzeuge in einer Zugbildung eine Menge von Informationen bilden, die an andere Systeme geschickt oder für einen möglichen späteren Zugriff durch andere Systeme gespeichert oder zur Generierung von Alarmen für das Schienensicherheits- und Signalisierungssystem verwendet werden kann, wenn der betreffende Transport der Gefahrengüter nicht eine oder mehrere Beschränkungen für den Verkehr auf dem betreffenden Gleisabschnitt erfüllt. System gemäß Anspruch 53, wobei eine mit einem Funkkommunikationsgerät (847) versehene tragbare Datenverarbeitungseinheit (846) Daten und Informationen aus einer Systeminstallation (815) empfängt, um die Verantwortlichen bei der Ermittlung eines Fahrzeugs zu unterstützen, bei dem diese Systeminstallation eine oder mehrere fehlerhafte und/oder gefährliche Bedingungen erfasst hat sowie bei der Ausführung der betreffenden Aktionen, die durch dieses Personal ausgeführt werden müssen. System gemäß Anspruch 53, wobei ein entferntes Systemverwaltungszentrum oder mehrere entfernte Systemverwaltungszentren (834), die mit einer Systeminstallation (815) verbunden ist, die Software und die Datenmengen einer solchen Systeminstallation unterhalten und/oder das korrekte Funktionieren einer solchen Systeminstallation überwachen, wobei auch Satelliten- (825) und terrestrische (826) Kommunikationssysteme zum Einsatz kommen können. System gemäß Anspruch 42 der 43 und dem Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Informationen über fehlerhafte oder gefährliche Bedingungen, die für ein passierendes Schienenfahrzeug erfasst werden, und im Besonderen für diejenigen Defekte, die nicht einer ernsthaften unmittelbaren Gefahr entsprechen, mit der einzigartigen Identität des passierenden Schienenfahrzeugs verknüpft und direkt oder indirekt (834, 842) den mit der Pflege von Waggon und Lokomotiven bezogenen Informationssystemen (842) zur Verfügung gestellt werden. System gemäß Anspruch 42 oder 43 und dem Verfahren von Anspruch 17, wobei die einzigartige Identität des passierenden Schienenfahrzeugs direkt oder indirekt (834, 842) Informationssystemen (842) der Schienentransportlogistik verfügbar gemacht wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com