用于操作轨道车辆的方法以及轨道车辆与流程

本发明涉及一种用于操作轨道车辆的方法以及相应的轨道车辆。此外，还描述了一种检测轨道车辆进入隧道或离开隧道的方法。

背景技术：

1、当轨道车辆在行驶过程中进入或离开隧道时，这将导致环境参数、例如，空气温度、空气湿度和环境压力的典型快速变化。特别是，例如当轨道车辆运行到隧道内的空气中时，可能会发生压力变化。这些变化的强度取决于轨道车辆的速度。

2、这些变化可能对轨道车辆中的系统功能产生影响。这些变化也可能影响到车辆乘客的乘坐舒适度。例如，当列车进入隧道时，车辆乘客所经历的或甚至听到的压力波可能是令人不快的。

3、此外，这种变化还可能对轨道车辆的受电弓产生影响，特别是对受电弓和架空线之间的接触产生影响。例如，受电弓可能由于压力的变化而失去接触。这反过来又可能导致不希望出现的电弧。

4、为了减少环境参数变化的影响，特别是减少压力变化的影响，众所周知，要将轨道车辆设计为使其具有压力密封性，或使其进入压力密封状态。为此，例如，轨道车辆的空气调节系统可以配备阀门，当压力波冲击轨道车辆时，关闭进气口。

5、从现有技术来看，ep 3 528 009 a1是已知的，它披露了一种用于识别机动车隧道的系统和方法。该文件描述的由车辆中的摄像机组成的检测系统对隧道的检测是已知的。然而，该文件的教导涉及到当车辆已经进入隧道时对隧道的检测。该文件没有披露对隧道外的检测。

6、产生的技术问题是提供一种操作轨道车辆的方法，以及提供一种对轨道车辆的可靠和早期检测，从而使操作安全和/或提高乘坐舒适度成为可能。

技术实现思路

1、该技术问题由具有独立权利要求特征的主题解决的。本发明的其它有利的实施例体现在从属权利要求中。

2、本发明提出的是一种操作轨道车辆的方法。该方法可包括对轨道车辆的隧道入口或隧道出口的检测。

3、所描述的是一种检测轨道车辆的隧道入口或隧道出口的方法。这里，隧道可以指地下结构，其例如使在山、水体或其它交通基础设施等障碍物下通过成为可能。

4、在该方法中，沿行驶方向在轨道车辆之前的空间区域被绘制到至少一个图像中。该图像是由至少一个图像采集装置生成的。图像采集装置可以是轨道车辆的图像采集装置，因此，其例如放置在轨道车辆内或轨道车辆上。

5、图像采集装置可以是相机、特别是ccd或cmos相机。当然，图像采集装置的其它实施例也是可以想象的，这将在下面的示例性实施例中详细讨论。例如，图像采集装置可以是黑白相机、生成深度图像的相机、红外相机、特别是短波红外相机、用于生成二维或三维图像的激光雷达传感器或雷达传感器。

6、在此，图像采集装置放置在轨道车辆内/上，使得检测区域包括沿行驶方向在轨道车辆之前的空间区域。

7、至少一个图像采集装置可以是传感器阵列的一部分，该传感器阵列正好包括一个或多于一个的图像采集装置。如果传感器阵列包括多于一个的图像采集装置，空间区域可以由选定的、但不是所有的图像采集装置来绘制，或由传感器阵列的所有图像采集装置来绘制。那么，在这个过程中，可以生成多个图像。

8、在这里，在本发明的意义上，图像采集装置是指生成周围区域的二维或三维表示的装置或传感器，这种表示是指图像。特别是，关于图像采集装置检测区域内的物体的信息、特别是地形信息或关于这些物体的形状和/或大小的信息可以被编码在由图像采集装置生成的图像中。换句话说，图像采集装置生成图像采集装置检测区域内的物体的图像。

9、图像可以是二维图像。正如下文更详细地讨论的那样，也可以由一个或多个图像采集装置生成三维或四维图像。

10、根据本发明，在轨道车辆进入隧道之前或在轨道车辆离开隧道之前，通过评估至少一个图像来检测隧道入口或隧道出口的存在性。

11、因此，当轨道车辆行驶时，在行驶过程中可以在进入隧道之前生成图像，隧道入口被绘制在图像中。为了检测这种图像中的隧道入口或隧道出口，可以使用本领域技术人员已知的图像处理和评估方法。这些方法可以包括例如分割方法、模式识别方法、过滤方法和其它处理方法，或多个此类方法的组合。例如，可以通过对至少一个图像的评估生成代表隧道入口或隧道出口存在的输出信号。当在至少一个图像中没有检测到隧道入口或出口的存在时，可以不生成输出信号或生成代表其不存在的输出信号。

12、这个输出信号可用于控制(轨道车辆)系统，如下文详细讨论的。

13、这里已经发现，图像数据的评估使得在轨道车辆进入隧道或离开隧道的时间点之前，对隧道入口或隧道出口进行特别可靠和早期的检测成为可能。因此，有利的是，这种可靠的检测成为可能。这种可靠的检测反过来又能得到改进的、特别是能够准备性地控制的轨道车辆系统，从而，轨道车辆的乘坐舒适性和/或运行安全性可以得到改进。

14、在另一个实施例中，除了检测隧道入口或出口的存在性外，还确定轨道车辆与隧道入口或隧道出口之间的当前距离。这个距离也可以通过评估至少一个图像来确定。为此，本领域的技术人员也可以应用适当的图像处理和评估方法。然而，只有在检测到隧道入口或隧道出口的存在时，才能确定距离。因此，例如，当在评估至少一个图像期间或之后生成相关的输出信号时，可以开始距离的确定。在这种情况下，该输出信号可以是确定距离的起始信号。

15、如果没有检测到隧道入口或出口的存在，就不会确定距离，或者不会开始确定。

16、同样可以想象的是，距离的确定是以至少一个图像的评估以外的方式进行的。这可能特别意味着距离的确定是在没有评估图像的情况下进行的。

17、在这种情况下，例如，可以使用这样的确定距离的装置，该装置不评估图像采集装置的用于确定距离的至少一个图像。这种确定距离的装置是本领域技术人员所熟知的，例如，其可以基于超声波或利用其它物理测量原理来确定距离。

18、此外，当距离被确定时，可以生成代表距离值的距离信号。

19、有利的是，可以进一步改善轨道车辆的操作，特别是进一步改善操作的安全性和/或乘坐的舒适性，因为此时可以根据该距离附加地控制轨道车辆的系统的操作。例如，可以检查该距离是否等于预定的距离或在预定的距离区间内。然后，可以执行针对距离的控制或针对距离区间的操作控制。

20、也有可能确定轨道车辆的当前速度，然后根据距离，确定到达隧道入口或出口的时间段，然后根据这段时间附加地控制轨道车辆的系统操作。

21、例如，有可能及时启动适应由于隧道入口或出口而变化的环境参数的控制，特别是在到达隧道入口或出口之前的预定时间间隔内启动，从而可以确保在到达隧道之前及时实施调整的控制。还可以确保适应当前环境参数的控制尽可能长时间地执行。在这种情况下，适应变化的环境参数的控制可能不会在检测到存在后直接启动，而是在取决于到达隧道入口或出口的时间段的时间点再启动。

22、例如，有可能使空气管道的至少一个阀门在进入隧道前尽可能长的时间内保持在打开状态，或在离开隧道前尽可能长的时间内处于关闭状态，该空气管道可以例如是轨道车辆的空气调节系统也可以称为氛围控制系统的一部分，然后在进入或离开前及时改变相关状态，即通过控制阀门关闭或打开空气管道。例如，如果假定到阀门的传输时间为100毫秒，关闭阀门需要3秒，那么控制信号可以在到达隧道入口之前3.1秒生成。如果车辆速度为200公里/小时，相关的控制信号必须在隧道入口之前166.6米处生成。

23、时间间隔的最小时间值和最大时间值可以根据系统和/或这里的应用来选择。

24、在另一个实施例中，距离是通过评估至少一个图像来确定的。这在上面已经解释过了。这样，有利地实现了两个信息、即关于存在性的信息和关于距离的信息可以通过评估至少一个图像来生成，这反过来又使用于执行该方法的装置的成本效益和安装空间的改进成为可能，因为特别是不需要提供用于确定距离的单独装置。

25、在另一个实施例中，多个图像采集装置分别绘制了沿行驶方向在轨道车辆之前的空间区域的图像，在轨道车辆进入隧道之前或在轨道车辆离开隧道之前，通过评估这些图像检测隧道入口或隧道出口的存在性。在这种情况下，轨道车辆可以包括设置在轨道车辆上的多个图像采集装置。这里，多个图像采集装置可以均是传感器阵列的检测装置。这些图像采集装置的检测区域可以在此重叠，重叠区域特别是还包括沿行驶方向在轨道车辆之前的空间区域。

26、多个图像采集装置可以是相同类型的图像采集装置，这意味着这些图像采集装置根据相同的测量原理生成图像。例如，轨道车辆可以包括多个相机、例如cmos或ccd相机。

27、图像采集装置也可以包括多个不同类型的图像采集装置。这可能意味着，两个彼此不同的图像采集装置分别根据不同的物理测量原理生成图像。例如，第一图像采集装置可以是相机，另外的图像采集装置是用于生成二维或三维图像的激光雷达或雷达传感器。

28、有可能每张图像都被单独评估，并且每张图像都要验证隧道入口或出口的存在性。然后，当隧道入口或出口在所有图像中被检测到超过预定的百分比时，就可以检测到它的存在。如果在这一预定百分比的图像中没有检测到隧道入口或出口，则不确定为检测到这种入口或出口的存在。

29、当然，也可以只在由多个图像采集装置生成的所有图像中检测到隧道入口或出口时才检测。否则，就不确定为检测到隧道的入口或出口。

30、这样一来，检测的稳健性得到了提高，方法的可靠性、即检测的可靠性也得到了有利的改善。

31、在另一个实施例中，由图像采集装置生成的图像被融合，通过评估融合后的图像来检测隧道入口或隧道出口的存在性。这里，本领域的技术人员可以应用适当的方法来融合图像。因此，不是所有或多个由各种图像采集装置生成的图像被评估，而是只有一个融合的图像被评估。通过这种方式，可以减少检测隧道入口或出口的计算工作，特别是当融合所需的计算工作比评估多张图像少的时候。同时，检测的可靠性也得到了有利的提高。

32、在另一个的实施例中，图像采集装置中的至少一个图像采集装置是cmos-或ccd-相机，至少一个另外的图像采集装置是能够生成二维或三维图像的激光雷达或雷达传感器。

33、还有可能的是，多个图像采集装置中的两个或两个以上是立体相机系统的图像采集装置。在这种情况下，有可能轨道车辆包括两个或两个以上的图像采集装置，这些图像采集装置中的至少两个或恰好两个是立体相机系统的一部分。

34、在这种情况下，还可能的是，由立体相机系统生成的图像、特别是通过立体相机系统生成的三维图像与来自至少一个另外的图像采集装置的二维图像相融合。因此，这可能意味着，在组合之前，从立体相机系统的图像采集装置的二维图像中生成三维图像，然后与至少一个另外的图像融合。

35、在这种情况下，也有可能对立体相机系统生成的三维图像进行评估，以检测隧道入口或隧道出口的存在性。因此，在这种情况下，以这种方式生成的三维图像可能是指至少一个图像采集装置的图像。

36、利用上述的图像采集装置，可以很好地实现检测隧道入口或隧道出口的装置的简单生产，因为这些图像采集装置通常是现成的，而且部分已经存在于轨道车辆中。

37、在另一个实施例中，隧道入口或隧道出口是通过形状识别的方法或机器学习的方法来检测。这里，相关的方法是本领域技术人员已知的。通过这种方式，有利地实现了可靠的检测，特别是对于各种光线条件下的可靠的检测。一种优选的机器学习方法是使用事先训练好的神经网络来检测一个或多个图像中是否存在隧道入口或隧道出口。

38、根据本发明，提出了一种操作轨道车辆的方法。在此，至少一个图像采集装置绘制了沿行驶方向在轨道车辆之前的空间区域，如果在轨道车辆进入隧道之前或者在轨道车辆离开隧道之前，通过根据本公开中描述的实施例之一中的检测隧道入口或隧道出口的方法检测到隧道入口或隧道出口的存在性，则生成用于至少一个轨道车辆系统的至少一个控制信号。

39、这里，控制信号也可以在入口或出口之前生成。

40、轨道车辆系统特别可以是轨道车辆的驾驶辅助系统，其特别是用于调整动态驾驶性能或参数、例如速度。轨道车辆系统也可以是调整轨道车辆的与驾驶动态无关的特性或参数的系统，例如调整轨道车辆的乘客舱的特性、例如温度或照明状态。这里，轨道车辆系统可以包括设置在轨道车辆内或轨道车辆上的至少一个控制装置。此外，轨道车辆系统还可以包括设置在轨道车辆内或轨道车辆上的至少一个致动器。例如，该致动器可以由控制装置控制。控制信号可以由对至少一个图像进行评估的评估装置生成。此外，该控制信号可以被传送到轨道车辆系统，特别是该轨道车辆系统的控制装置。为此，相关装置可以在数据和/或信号技术方面进行连接，例如通过总线系统连接。

41、可以想象，控制信号除了关于隧道入口或出口存在性的信息外，还包括到隧道入口或隧道出口的距离信息。除了如上所述的存在性之外，距离也可以被确定。也有可能生成针对距离或距离范围的控制信号。

42、通过这种方式，有利地实现了轨道车辆的改进操作，特别是通过及时调整操作以适应由于隧道入口或隧道出口而变化的环境参数。

43、此外，轨道车辆系统是轨道车辆的受电弓控制系统或氛围控制系统。

44、轨道车辆系统也可以是轨道车辆的通风系统。

45、这里，氛围控制系统或通风系统可以包括至少一个空气管道，该空气管道将轨道车辆的内部空间与外部周围区域连接起来，或者是这种连接的一部分。此外，该系统可以包括至少一个阀门和/或至少一个挡板，通过所述阀门和/或挡板，该空气管道可以被转变到打开或关闭状态。一般来说，空气管道的开启状态可以调节。特别是，可以设置为封闭状态，在这个状态下，内部空间不通过空气管道与外部周围区域进行流体连接，或者设置为打开状态，在这个状态下，内部空间通过空气管道与外部周围区域进行流体连接。也可以选择居间状态。轨道车辆、特别是该系统可以包括用于调整的合适调整装置。

46、根据如上所述生成的控制信号，可以例如通过对阀门的相关控制将空气管道的开启状态设置为预定的状态，例如至少一个空气管道可以被转变到打开或关闭的状态。这可能意味着，当开启状态与预定状态不一致时，就会被改变。例如，当检测到隧道入口的存在的时间点后，空气管道的开启状态可以特别是在预定的或与速度相关的时间段之后被调整或设置为隧道入口的特定状态、特别是关闭状态。当检测到隧道出口的存在的时间点后，空气管道可以特别是预定的或与速度相关的时间段之后被设置为隧道出口的特定状态、例如关闭状态或打开状态。在这里，与速度相关的时间段可以按照下面关于接触压力的描述来确定，特别是以基于分配或基于距离的方式来确定。

47、例如，有可能根据距离和适当的车速来确定打开或关闭的时间点，然后在这个相关的时间点打开或关闭空气管道。

48、还可能的是，在通过隧道入口或隧道出口后，为通过隧道或在通过隧道期间设置的开启状态再次被改变。例如，为通过隧道或在通过隧道期间设置的关闭状态可以被重置为打开状态。因此，有可能在到达隧道出口之前，为通过或在通过隧道入口期间设置的防止在内部空间感受和/或听到隧道诱发的压力脉冲的关闭状态被重置为打开状态。然后，可以为通过隧道或在通过隧道出口时重置为关闭状态。在通过隧道入口或隧道出口后设置的状态的反复变化特别是可以在预定的或与速度相关的时间段后被引发。在这里，变化可以以预定的速度进行，也就是说，可以进行快速或缓慢的打开或关闭。特别是，在通过隧道出口后，重新改变状态设置时的变化速度可以更高，但优选地低于通过隧道入口后重新改变状态设置时的变化速度。

49、替代地或累积地，开启状态可以根据压力来调整，特别是根据压力的变化来调整。该压力特别地可以是周围区域的外部压力，特别是轨道车辆的外壁上的压力或轨道车辆内部空间的内部压力。例如，当压力或压力的变化大于预定的阈值时，可以设置为关闭状态。当在隧道内行驶时，外部压力可能比不通过隧道的行驶期间更高。

50、替代地或累积地，还可以根据轨道车辆内部空间的二氧化碳浓度来调整开启状态。这个浓度可以通过例如至少一个传感器来检测。例如，当浓度高于预定的阈值时，可以设置为打开或部分打开状态。一般来说，希望尽量减少调整为导致二氧化碳浓度增加的关闭状态。这可以通过上述与速度相关的调整和开启状态的重新改变来有利地实现。

51、通过这种方式，可以实现更高的乘坐舒适度，因为特别是由环境参数变化产生的压力波可以避免被车辆乘客感觉到或听到。

52、如果轨道车辆系统是受电弓控制系统，当检测到隧道入口或隧道出口的存在时，受电弓压靠在架空线上的接触压力可以增加，例如在检测时间点后，接触压力可以在预定的或与速度相关的时间段之后被改变、特别是改变到预定的或与速度相关的值。特别是，接触压力可以被增加。然而，也可以想象，接触压力被降低。变化可以按照变化曲线进行，变化的时间段和基于时间的接触压力的变化可以由该曲线预先确定。

53、如上所述，例如可以根据距离和潜在的车辆速度确定接触压力增加的时间点，然后改变、特别是增加该相关时间点的接触压力。与速度相关的时间段可以例如基于事先知道的速度与时间段的分配被确定，该时间段被确定为分配给当前速度的时间段。这里，当前速度可以例如通过轨道车辆的速度传感器或根据其它传感器的输出信号来确定，特别是还可以通过评估图像来确定。替代地，与速度相关的时间段可以通过确定轨道车辆与隧道入口之间的距离以及通过根据距离和车辆速度确定到达隧道入口的时间段来确定。与速度相关的时间段可以等于到达隧道入口之前的时间段，或者比这个时间段小预定的量。

54、因此，改变的接触压力、特别是为隧道入口增加的接触压力可以再次改变，特别是在检测到隧道出口的存在时减少，特别是类似于上面的解释在预定的或与速度相关的时间段之后减少。例如，接触压力可以被重置到到达隧道入口之前的设定值。接触压力也可以改变为预定的或与速度相关的值。

55、也可以根据距离来确定减少接触压力的时间点，然后只在这个时间点改变。另一方面，也有可能在进入隧道后、即与检测到隧道出口的存在无关，或在离开隧道后、例如直接进入或离开，或在进入或离开后的预定时间段后，为隧道入口或出口改变的接触压力被再次减少。

56、这样做的好处是提高了运行的安全性，特别是由于受电弓和架空线之间由于环境参数变化而产生的接触损失可以减少，这进而又减少了电弧。

57、还提出了一种轨道车辆，其包括至少一个图像采集装置和至少一个评估装置。该评估装置可以实施为或包括微控制器或集成电路。在行驶方向上，轨道车辆之前的空间区域可由至少一个图像采集装置绘制到至少一个图像中。

58、此外，在轨道车辆进入隧道之前或在轨道车辆离开隧道之前，通过评估装置对至少一个图像的评估，可以检测到隧道入口或隧道出口的存在性。

59、因此，轨道车辆配置为使得根据本公开中描述的实施例之一的包括相关技术优势的检测隧道入口或隧道出口的方法可由轨道车辆执行。

60、此外，有可能的是，轨道车辆包括控制装置，其用于根据检测到的隧道入口或隧道出口的存在性而生成控制信号。在这种情况下，轨道车辆设计为执行根据本发明公开的实施例之一的包括相关的技术优势的用于轨道车辆的操作方法。特别是，如果在轨道车辆进入隧道之前检测到隧道入口的存在，或者在轨道车辆离开隧道之前检测到隧道出口的存在，可以生成用于至少一个轨道车辆系统的至少一个控制信号，该轨道车辆系统是轨道车辆的受电弓控制系统，在检测到隧道入口存在的检测时间点后，受电弓压靠在架空线上的接触压力在与速度相关的时间段之后被改变，或者轨道车辆系统是轨道车辆的包括至少一个空气管道的氛围控制系统或通风系统，在检测到隧道入口存在的检测时间点后，空气管道的开启状态在与速度相关的时间段之后被调整到预定状态。

61、此外，轨道车辆可以包括多个图像采集装置。

62、轨道车辆还可以包括至少一个可由如上所述生成的控制信号控制的可控装置。例如，轨道车辆可以包括至少一个可控阀门，该可控阀门可以通过如上所述生成的控制信号转变为打开或关闭状态，其中，在关闭状态下，例如，空气管道可以被阀门关闭，并在打开状态下打开。然而，可控装置也可以包括或配置为光源。该可控装置可以是轨道车辆系统的一部分。

63、轨道车辆还可以包括可控受电弓，该可控受电弓在架空线上的接触压力可以调节。

64、此外，可以想象的是，轨道车辆与隧道入口或隧道出口的距离也可由评估装置或轨道车辆的另一评估装置确定，然后根据距离生成控制信号、例如生成控制信号的生成时间点。

65、同样，可以想象的是，轨道车辆包括用于确定轨道车辆速度的装置，其中，控制信号、例如生成控制信号的时间点可以根据当前速度附加地生成。此外，轨道车辆可以包括上面解释的轨道车辆系统中的至少一个。这些系统可以根据存在性和可能的距离以及另外可能的速度来控制。