ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ДО РАСПОЛОЖЕННЫХ СБОКУ ОТ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРЕДМЕТОВ

Изобретение относится к способу измерения расстояний от рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от него предметов. Изобретение относится также к устройству для осуществления способа.

Прежде всего, при первом использовании типа рельсового транспортного средства на рельсовом пути следует определять боковые расстояния и обеспечивать, что во время движения рельсового транспортного средства остается достаточно свободного пространства (называемого также просветом) до расположенных сбоку предметов. Под «сбоку» понимается, прежде всего, направление, которое, глядя с рельсового транспортного средства, распространяется в горизонтальном направлении. При этом расстояние необходимо обеспечивать по всей высоте рельсового транспортного средства. В более общем смысле под «сбоку от рельсового транспортного средства» понимается также любое направление, которое не распространяется в направлении движения.

В последние годы улучшился безбарьерный доступ к рельсовым транспортным средствам, прежде всего к легким рельсовым транспортным средствам (таким как трамваи), а также к местным и дальним поездам. Важным фактором при этом является расстояние между платформой и стоящим рядом с ним рельсовым транспортным средством. Если зазор между краем платформы и полом в области двери рельсового транспортного средства достаточно мал и высота платформы и пола пассажирского отделения находятся на одинаковом уровне, то инвалид-колясочник, например, может без посторонней помощи попадать в рельсовое транспортное средство и покидать его. Однако при небольших расстояниях между транспортным средством и платформой существует опасность столкновения или контакта между рельсовым транспортным средством и платформой, прежде всего, когда рельсовое транспортное средство со сравнительно высокой скоростью въезжает рядом с платформой в положение остановки. При этом следует считаться с боковыми колебательными движениями рельсового транспортного средства. Поэтому следует обеспечивать заданное безопасное расстояние между рельсовым транспортным средством и платформой.

Устройства для измерения расстояний или удалений и их использование на специальных измерительных транспортных средствах, которые могут эксплуатироваться на рельсовых путях, сами по себе известны. Например, известно использование измерительных систем, которые с помощью электромагнитного излучения или ультразвука измеряют бесконтактно расстояние или удаление.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа измерения расстояний от рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов, прежде всего края платформы, который делает возможной регистрацию величин измерения во время движения рельсового транспортного средства и надежно поставляет величины измерения в плотно следующих друг за другом положениях вдоль отрезка пути. Еще одной задачей изобретения является разработка соответствующего устройства.

Изобретение исходит из идеи, что должно быть возможным измерять боковое расстояние в насколько возможно реалистических условиях. Поэтому, прежде всего, должно быть возможным измерять расстояние во время движения рельсового транспортного средства или, по меньшей мере, типа рельсового транспортного средства, который фактически должен использоваться на отрезке пути. Кроме того, измерение должно быть возможным при скоростях, которых транспортное средство действительно достигает при практическом использовании на отрезке пути или с которой оно передвигается. Прежде всего, при въезде на место остановки или вокзал должно быть обеспеченным расстояние до расположенной сбоку от рельсового транспортного средства остановки при фактически имеющей место на практике скорости. Например, происходит так, что трамвай каждый раз в начале заезда на остановку движется со скоростью около 30 км/ч. В одном варианте осуществления, который еще будет описан более подробно, должно быть возможным при этой скорости определять расстояния для положений во время движения или положений вдоль края платформы, которые удалены друг от друга примерно на 10 см. При этом при расположении измерительной системы на рельсовом транспортном средстве в смещенном в заднюю часть положении под уровнем пола пассажирского салона обычно имеют место расстояния до бокового края платформы в диапазоне от 20 до 100 см.

При этом существует проблема, что имеются точные измерительные системы, которые измеряют расстояние с помощью ультразвука (прежде всего, путем определения времени пробега излученного ультразвуковым передатчиком сигнала, который отражается от соответствующего предмета) и, например, достигают абсолютной точности в 3 мм, или при названных подлежащих измерению расстояниях относительной точности от 1 до 2%. Однако эти измерительные системы работают при относительно низких рабочих частотах от примерно 6 до 10 Гц, то есть принимаются лишь от 6 до 10 величин измерения в секунду. Эта частота недостаточна, прежде всего, для упомянутых требований к скорости движения и плотности точек измерения вдоль пути движения.

Кроме того, имеются, например, измерительные системы, которые измеряют время пробега выработанного лазерной системой лазерного сигнала и имеют меньшую точность, чем вышеназванные ультразвуковые системы. Однако частота измерения лазерных систем значительно выше и лежит, например, в диапазоне 80-120 Гц, прежде всего 100 Гц. Однако точность, прежде всего для вышеупомянутых требований, недостаточна.

Поэтому предлагается комбинировать друг с другом две измерительные системы, которые отличаются частотой измерения и точностью, и расстояние от рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов измерять повторно и во время одного и того же промежутка времени измерения. Прежде всего, могут использоваться несколько подобных комбинаций двух измерительных систем, то есть по меньшей мере две комбинации размещаются в разных положения в направлении движения рельсового транспортного средства. Благодаря более чем одной комбинации может быть повышена надежность величин измерения, факультативно дополнительно определяется скорость движения и расширяется локальный диапазон измерений (например, на конце рельсового пути).

Прежде всего, предлагается: способ измерения расстояния от рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов, прежде всего края платформы, во время движения рельсового транспортного средства, причем:

- во время движения посредством первой измерительной системы, прежде всего ультразвуковой измерительной системы, измеряют первую величину бокового расстояния,

- во время движения повторно посредством второй измерительной системы, прежде всего лазерной измерительной системы, измеряют вторую величину бокового расстояния,

- точность первой измерительной системы выше, чем второй измерительной системы, однако частота измерения, то есть частота приема величин измерения, первой измерительной системы меньше, чем второй измерительной системы,

- путем комбинирования первой и второй величин измерения вычисляют величины расстояния, которые отображают боковое расстояние до рельсового транспортного средства в зависимости от времени во время движения и/или в зависимости от места на отрезке пути, причем первую и вторую величины измерения комбинируют с использованием соответствующих весовых коэффициентов.

Кроме того, предлагается устройство для измерения расстояний от рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов, прежде всего края платформы, во время движения рельсового транспортного средства, содержащее:

- первую измерительную систему, прежде всего ультразвуковую измерительную систему, которая выполнена для того, чтобы во время движения многократно измерять первую величину измерения бокового расстояния,

- вторую измерительную систему, прежде всего ультразвуковую измерительную систему, которая выполнена для того, чтобы во время движения многократно измерять вторую величину измерения бокового расстояния,

- комбинирующее устройство, которое выполнено с возможностью комбинирования первой и второй величин измерения с использованием соответствующих весовых коэффициентов и вычисления величин расстояния, отображающих боковое расстояние до рельсового транспортного средства в зависимости от момента времени во время движения и/или в зависимости от места на отрезке пути,

причем первая измерительная система и вторая измерительная система механически соединены друг с другом и расположены на рельсовом транспортном средстве, и точность первой измерительной системы выше, чем второй измерительной системы, однако частота измерения, то есть частота приема величин измерения, первой измерительной системы меньше, чем второй измерительной системы.

В случае первой измерительной системы речь идет, прежде всего, об ультразвуковой измерительной системе, например об ультразвуковой измерительной системе с вышеупомянутыми свойствами. В случае второй измерительной системы речь идет, прежде всего, о лазерной измерительной системе, например о вышеупомянутой лазерной измерительной системе, в случае которой измеряется время пробега отраженного от расположенного сбоку предмета лазерного сигнала.

Путем комбинирования первой и второй величин измерения могут сочетаться преимущества измеряющей с более высокой частотой второй измерительной системы с преимуществами измеряющей с более высокой точностью первой измерительной системы. Прежде всего, можно, например, при внезапном уменьшении расстояния использовать величины измерения второй измерительной системы, так как величины измерения регистрируются с более высокой частотой. Правда, измеренное второй измерительной системой расстояние возможно определено недостаточно точно. Однако следующие затем во временной последовательности величины измерения первой измерительной системы, которые также отображают меньшие расстояния, привлекаются для точного определения уменьшенного расстояния. То же самое справедливо для внезапно увеличивающихся во время движения рельсового транспортного средства расстояний.

Прежде всего, обе измерительные системы вырабатывают излучение, которое отражается от находящихся сбоку от рельсового транспортного средства предметов и обнаруживается датчиком измерительной системы. Прежде всего, измерительные системы расположены и ориентированы так, что они регистрируют ожидаемый на заданном расстоянии предмет в одном и том же месте его поверхности или в одной области поверхности заданного размера, то есть измерительной системой оценивается отраженное на этом месте поверхности предмета или в этой области поверхности измерительное излучение. Например, обе измерительные системы регистрируют расстояние до области поверхности, которая не шире 15 см, прежде всего 10 см и предпочтительно 5 см, то есть точки, которые отражают измерительное излучение, находятся друг от друга не на большом расстоянии. Прежде всего, измерительные излучения, которые излучаются обеими измерительными системами вдоль прямого пути распространения и обнаруживаются измерительными системами, проходят параллельно друг другу, и притом на заданном расстоянии, например меньше 5 см и предпочтительно меньше 2 см.

Предпочтительно, во время измерения обе системы жестко связаны друг с другом и калиброваны относительно друг друга, так что обе измерительные системы в рамках их соответствующей точности дают одинаковый результат измерения расстояния до расположенного сбоку от рельсового транспортного средства предмета.

Прежде всего, обе измерительные системы могут быть расположены в общем корпусе, причем в корпусе, предпочтительно, расположено запоминающее устройство, в котором хранятся первые величины измерения и вторые величины измерения. Комбинирующее устройство для комбинирования первой и второй величин измерения может быть расположено в корпусе или отдельно. Например, поэтому возможно, что после поездки транспортного средства с расположенными на транспортном средстве первой и второй измерительными системами сохраненные в общем запоминающем устройстве данные могут быть оценены и этим самым комбинироваться.

Когда первая измерительная система и вторая измерительная системы жестко связаны друг с другом и, прежде всего, расположены в общем корпусе, обе измерительные системы, предпочтительно, питаются электрическим током для их работы от общего источника электрической энергии, например от батареи или другого, предпочтительно заряжаемого электрического аккумулятора энергии.

Это позволяет, прежде всего, эксплуатировать измерительные системы независимо от энергоснабжения транспортного средства. Например, поэтому обе измерительные системы могут быть с малыми затратами расположены на рельсовом транспортном средстве, чтобы во время движения рельсового транспортного средства воспринимать величины измерения.

При вычислении величин расстояний путем комбинирования первой и второй величин измерения они используются с разными весовыми коэффициентами, чтобы определить величину расстояния, которая соотносится с соответствующим моментом времени или местом во время движения рельсового транспортного средства. Предпочтительно, весовые коэффициенты для вычисления всех величин расстояния, то есть для каждого момента времени или места во время движения рельсового транспортного средства, предпочтительно одинаковы по величине, причем, однако, факультативно, как будет описано в дальнейшем, в определенных условиях для вычисления величины расстояния в определенном месте или в определенный момент времени может привлекаться только одна величина измерения. Когда, однако, для вычисления величины расстояния привлекаются обе величины измерения, то весовые коэффициенты, предпочтительно, всегда одинаковы по величине. В случае использования ультразвуковой измерительной системы в качестве первой измерительной системы и лазерной измерительной системы в качестве второй измерительной системы хорошо зарекомендовали себя следующие весовые коэффициенты: измеренная ультразвуком величина (первая величина измерения) входит в вычисление величины расстояния с коэффициентом от 0,65 до 0,95, прежде всего от 0,7 до 0,9 и, например, 0,8, то есть первая величина измерения умножается на этот коэффициент и прибавляется к другой, второй величине измерения, которая перед этим также была умножена на соответствующий коэффициент. Соответствующий коэффициент и коэффициент, на который была умножена первая величина измерения, дают в сумме 1. Формулируя в более общем виде, весовой коэффициент первой величины измерения больше весового коэффициента второй величины измерения. Это учитывает то, что точность первой измерительной системы выше, чем точность второй измерительной системы.

Прежде всего, обе величины измерения могут быть отфильтрованы как временная последовательность записанных во время движения рельсового транспортного средства величин измерения, чтобы сгладить временные колебания. Фильтрация, предпочтительно, предпринимается отдельно для первой величины измерения и второй величины измерения, прежде чем обе величины измерения комбинируются друг с другом, чтобы определить общую величину расстояния.

В особо предпочтительном варианте осуществления задана или будет задана граничная величина для максимальной разницы между первой и второй величиной измерения, причем при комбинировании первой и второй величины измерения для соответствующего места вдоль участка пути или соответствующего момента времени во время поездки для вычисления величины расстояния используется только вторая величина измерения, когда разность первой и второй величин измерения больше или равна заданной граничной величине. Один предпочтительный вариант осуществления имеет комбинирующее устройство, которое выполнено для выполнения способа.

Заданная граничная величина лежит, предпочтительно, в диапазоне от 20 до 70 мм, предпочтительно в диапазоне от 30 до 60 мм и, прежде всего, равна 45 мм.

За счет использования только второй величины измерения, которая регистрируется в соответствии с более высокой частотой измерения второй измерительной системы, при внезапном изменении бокового расстояния и превышении вследствие этого заданной граничной величины или при его достижении первая величина измерения оставляется без внимания. Причина этого заключается в том, что при внезапном изменении расстояния первая величина измерения из-за более низкой частоты измерения еще не отображает правильное расстояние.

Комбинация обоих измерительных систем альтернативно может быть также смонтирована на специальном измерительном транспортном средстве. В принципе, также можно закрепить обе измерительные системы на предмете сбоку от рельсового пути и измерять расстояние до проезжающего рельсового транспортного средства.

Примеры осуществления изобретения теперь будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. На отдельных фигурах показано:

Фиг. 1 - поперечное сечение через рельсовое транспортное средство, на котором в общем конструктивном узле расположены первая и вторая измерительные системы, причем фигура также показывает платформу, расстояние до которой от рельсового транспортного средства измеряется,

Фиг. 2 - увеличенный вид вырезки из фиг. 1, которая показывает край платформы и область рельсового транспортного средства, в которой расположены обе измерительные системы,

Фиг. 3 - вариант осуществления конструктивного узла с первой измерительной системой и второй измерительной системой, прежде всего конструктивный узел, который показан на фиг. 1 и 2, и

Фиг. 4 блок-схема для представления предпочтительного варианта осуществления способа согласно изобретению.

На фиг. 1 показано рельсовое транспортное средство 1, прежде всего трамвай. Транспортное средство 1 едет со своими колесами 4а, 4b на участке рельсового пути в области остановки или вокзала. Сбоку от рельсового транспортного средства 1 показана часть платформы 2, через которую пассажиры могут попасть в рельсовое транспортное средство 1 или через которую пассажиры могут покинуть рельсовое транспортное средство 1.

Под пассажирский отделением 5 рельсового транспортного средства 1 в области под полом кузова вагона расположен конструктивный узел 3 для измерения расстояния от рельсового транспортного средства 1 до предметов сбоку от рельсового транспортного средства 1 и, таким образом, до платформы 2. Как показано на фиг. 2, конструктивный узел 3 по сравнению с наружным краем рельсового транспортного средства 1, который образован выступом 8, расположен со смещением назад. Измеренные конструктивным узлом 3 величины расстояния могут позднее или непосредственно при регистрации величин расстояний корректироваться на соответствующую величину смещения, так что является определяемым желаемое расстояние между рельсовым транспортным средством 1 и платформой 3 или любым предметом сбоку от рельсового транспортного средства 1.

Как далее показано на фиг. 2, конструктивный узел 3 вырабатывает два измерительных луча 9, 10. Оба измерительных луча отражаются на боковом крае 7 платформы 3 и обнаруживаются не показанными более подробно датчиками в конструктивном узле 3 и оцениваются.

Показанный на фиг. 3 конструктивный узел 3 имеет, например, корпус 11, в котором расположены первая измерительная система, а именно ультразвуковая измерительная система 12, и вторая измерительная система, а именно лазерная измерительная система 13. При этом обе измерительные системы 12, 13 могут, прежде всего, вырабатывать показанные на фиг. 2 измерительные лучи 9, 10 и из отраженного измерительного излучения определять расстояние до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов. Кроме того, внутри конструктивного узла 3 находится не показанное запоминающее устройство, которое многократно в соответствии с частотой измерения или с более высокой частотой (например, около 1000 Гц) записывает вырабатываемые измерительными системами 12, 13 величины измерения. Например, обе измерительные системы 12, 13 выдают соответственно одно аналоговое значение напряжения, которое посредством аналого-цифрового преобразователя преобразуется в цифровое значение, которое после оптимальной обработки данных может быть записано в запоминающем устройстве.

На фиг. 4 показана блок-схема для иллюстрации предпочтительного варианта осуществления способа.

Первая измерительная система 12 и вторая измерительная система 13 поставляют соответственно многократно величины измерения расстояния, которые системы 12, 13 выдают подчиненному вычислительному устройству 14, 15 для вычисления положения транспортного средства на участке движения. Прежде всего, вычислительное устройство 14, 15 вычисляет положение во время движения из момента времени измерения расстояния и дополнительной информации о скорости движения. Скорость движения измеряется и поставляется, например, (не показанной на фигурах) измерительной системой рельсового транспортного средства или дополнительным оборудованием измерительного устройства. Например, с помощью так называемого IMU (инерционный блок измерения) многократно измеряются ускорения, и путем интегрирования по времени из них вычисляется скорость. Альтернативно или дополнительно скорость движения (это справедливо также в случае других вариантов осуществления изобретения, в случае которых происходит пересчет между положением во время движения и моментом времени измерения с использованием скорости движения) определяется путем использования по меньшей мере одной дополнительной измерительной системы для измерения бокового расстояния от рельсового транспортного средства до расположенных там предметов. Прежде всего, может быть предусмотрен еще один конструктивный узел с двумя дополнительными измерительными системами, например снова ультразвуковой измерительной системой и лазерной измерительной системой. Этот конструктивный узел или (более общо говоря) по меньшей мере одна дополнительная измерительная система, предпочтительно, находится на некотором расстоянии в направлении движения транспортного средства от первой комбинации измерительных систем (например, измерительной системы 12 и измерительной системы 13). Поэтому по меньшей мере одна дополнительная измерительная система, с одной стороны, и первая комбинация измерительных систем, с другой стороны, во время движения транспортного средства через промежуток времени соответственно расстоянию между ними и соответственно скорости движения измеряют одни и те же величины расстояния до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов. Прежде всего, поэтому путем определения временной корреляции величин измерения первой комбинации измерительных систем с величинами измерения по меньшей мере одной дополнительной измерительной системы и с учетом расстояния между ними может быть определена скорость движения.

Вычислительные устройства 14, 15 выдают результаты вычислений подчиненному фильтрующему устройству 16, 17, которое фильтрует временные колебания измерительных сигналов и которое реализует, например, фильтр Баттерворта. При этом происходит фильтрация только величин расстояния, а не величин положения во время движения. Вычислительные устройства 14, 15 и фильтрующие устройства 16, 17 являются факультативными устройствами. Они могут быть также исключены и/или их последовательность изменена, то есть сначала может быть выполнена фильтрация и затем вычисление положения во время движения.

Теперь факультативно обработанная и/или дополненная информация выдается, и величины расстояния первой измерительной системы 12 и второй измерительной системы 13, которые приписываются одному и тому же положению во время движения и одному и тому же моменту времени измерения, подводятся к вычитающему устройству 18, при этом вычитание может выполняться с другой частотой повторения, чем измерения расстояния или по меньшей мере чем измерения, которые выполняются одной из обеих измерительных систем. Поэтому вычитающее устройство 18 может, прежде всего, обрабатывать интерполированные по времени величины измерения расстояния первой измерительной системы, которые получаются отдельной интерполяцией или из выходных сигналов фильтрующего устройства. Предпочтительно, оценка величин измерения и вместе с этим также, прежде всего, вычитание происходят при частоте повторения, которая больше частоты измерения измерительной систем с более высокой частотой измерения. Например, частота оценки составляет около 1000 Гц. Прежде всего, величина измерения может быть отфильтрована, то есть сглажена, чтобы уменьшить эффект колебаний величин измерения (шумов).

Вычитающее устройство 18 вычисляет в каждом рабочем такте для входной величины первой измерительной системы и входной величины второй измерительной системы (то есть соответственно для подаваемой на входы вычитающего устройства величины расстояния) разность обеих величин и выдает разность сравнивающему устройству 19. Сравнивающее устройство сравнивает разность с заданной граничной величиной и при достижении (первый вариант) или превышении (второй вариант) граничной величины выдает сигнал подчиненному комбинирующему устройству 20, которое комбинирует величины расстояния обоих измерительных систем. В зависимости от сигнала сравнивающего устройства 19 комбинирующее устройство 20 комбинирует обе величины расстояния, которые к нему подводятся, например, по отдельности и, предпочтительно, таким же образом, как к вычитающему устройству 18. Если разность обеих величины расстояния не достигает или не превышает заданную граничную величину, обе величины расстояния комбинируются друг с другом и вычисляется соответствующая комбинированная, прежде всего полученная заданием весовых коэффициентов величин расстояний, результирующая величина расстояния.

При задании весовых коэффициентов первой и второй входным величинам расстояния (если это задание весовых коэффициентов проводится), комбинирующее устройство присваивает входной величине расстояния первой измерительной системы весовой коэффициент с множителем 0,8 и присваивает входной величине расстояния второй измерительной системы весовой коэффициент с множителем 0,2. После задания весовых коэффициентов (то есть после умножения на соответствующий множитель) результаты (то есть произведение) суммируются и дают результирующую величину расстояния.