Система адаптивного управления головного освещения подвижного состава
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к системам головного освещения, которые необходимы для освещения участка пути ночью перед тяговым и мотор-вагонным подвижным составом.
Целью полезной модели является повышение безопасности движения тяговых и мотор-вагонных подвижных составов на кривых участках пути в темное время суток.
Система состоит из прожектора с изменяемым направлением светового потока, видеокамеры, модуля распознавания и модуля управления. Видеокамера устанавливается либо рядом с прожектором, либо в кабине машиниста и направлена на участок пути впереди движения тягового или мотор-вагонного подвижного состава. Система, анализируя видеоданные о путях перед тяговым или мотор-вагонным подвижным составом, направляет световой поток прожектора оптимальным способом для максимально возможного освещения впереди лежащих путей в кривых участках. Система работает в автоматическом режиме. Конструкция системы легко вписывается в существующие тяговые и мотор-вагонные подвижные составы.
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к системам головного освещения, которые необходимы для освещения участка пути ночью перед тяговым и мотор-вагонным подвижным составом.
Подвижный состав представляет собой подвижные железнодорожные единицы, предназначенные для перевозки грузов и пассажиров по железным дорогам. Железнодорожный подвижной состав делится на тяговый, то есть локомотивы (электровозы, тепловозы), моторвагонный (электропоезда, дизельпоезда, автомотрисы, составы метро).
Тяговый и мотор-вагонный подвижной состав имеет в верхней передней части (лобовой части) выполненный за одно целое с цельнометаллической крышей кузова корпус прожектора, внутри которого расположен источник электрического света в виде электролампы с отражателем (рефлектором), создающей в зависимости от необходимости яркий или тусклый свет (см., к примеру, книгу: "Подвижной состав и основы тяги поездов", под ред. к.т.н. С.И.Осипова, изд. "Транспорт", Москва, 1983 г., стр.16, рис.6; стр.17, рис.7; стр.90, рис.65; стр.146, рис.111 и др.).
Прожектор тягового и мотор-вагонного подвижного состава освещает ночью железнодорожный путь для принятия необходимых мер при внезапно возникших препятствиях: повреждении целостности рельсов, падении на путь груза, появлении на путях людей или автотранспорта, а также для рассмотрения различных путевых знаков и сигналов.
Известен «Прожектор рельсового подвижного состава» (патент на изобретение РФ 
2038530 по кл. МПК F21M 3/08), содержащий в передней лобовой части кузова источник света с рефлектором. Кузов жестко сочленен с несущей рамой, установленной на тележках и шарнирно зафиксированной с помощью центрального шкворня. Источник света с рефлектором жестко установлен в поворотной скобе, содержащей верхнюю и нижнюю полуоси, образующие поворотную ось прожектора. При выходе состава на криволинейный участок пути передняя тележка под воздействием кривизны рельсов пути поворачивается на угол 
. При этом центральный шкворень также поворачивается на угол и через кинематическую связь осуществляется поворот скобы с источником света и рефлектором вокруг вертикальной оси в горизонтальной плоскости.
Недостатками аналога являются: отсутствие освещения криволинейного участка пути в момент входа подвижного состава в кривой участок и последующего движения по нему, так как передняя тележка повернута, а луч прожектора направлен по касательной к траектории движения. Также не происходит освещение прямолинейного участка пути в момент выхода подвижного состава из криволинейного участка пути, так как передняя тележка под воздействием кривизны пути повернута на определенный угол, а впереди идущие пути прямолинейны. Данный недостаток хорошо проявляется на кривых участках пути с малыми радиусами. Кроме того данный аналог имеет излишнюю техническую сложность, что затрудняет его внедрение на уже эксплуатирующийся тяговые и мотор-вагонные подвижные составы, так как необходимо проводить дополнительные проектные работы.
Известен «Прожектор рельсового подвижного состава» (патент на изобретение РФ 2139470 по кл. МПК F21M 3/08), содержащий поворотное полипрожекторное устройство рельсового подвижного состава, установленное внутри передней лобовой части кузова в обтекаемом корпусе, под крышей за передним защитным стеклом, и содержит поворотные источники света с рефлекторами (прожекторы), которые имеют дистанционный автоматический следящий привод от внутреннего торца центрального шкворня передней (головной) тележки подвижного состава. Центральный широкоугольный источник света с рефлектором образуют центральный прожектор, расположенный по продольной центральной оси подвижного состава, и симметрично относительно него установленные в одной плоскости боковые узконаправленные источники света с рефлекторами образуют боковые прожекторы. Все поворотные (центральный и боковые) прожекторы кинематически соединены друг с другом зубчатой рейкой с возможностью общего автоматического синхронного поворота в горизонтальной плоскости в ту или иную сторону, причем каждый боковой узконаправленный источник света с рефлектором (боковой прожектор) имеет установленную оптическую ось, расположенную под большим углом к вертикальной поворотной оси, чем оптическая ось центрального широкоугольного источника света с рефлектором (центрального прожектора), расположенная под углом к своей вертикальной оси. При выходе подвижного состава на криволинейный участок пути (при левом или правом повороте) передняя (головная) тележка под воздействием кривизны рельсов пути поворачивается и ее центральный шкворень посредством дистанционного следящего привода поворачивает ведущую звездочку, кинематически сдвигает зубчатую рейку и поворачивает боковые шестерни боковых прожекторов на общий угол, чем обеспечивается автоматическое слежение световых потоков всех прожекторов вдоль рельсового пути на поворотах.
Недостатками аналога являются: отсутствие освещения криволинейного участка пути в момент входа подвижного состава в кривой участок пути и последующего движения по нему, так как передняя тележка повернута, а луч прожектора освещает по касательной к траектории движения. Также не освещение прямолинейного участка пути в момент выхода из криволинейного участка, так как передняя тележка под воздействием кривизны рельсов пути повернута на угол, а впереди идущие пути прямолинейные. Данный недостаток хорошо проявляется на кривых участках пути с малыми радиусами. Кроме того данная аналог имеет излишнюю техническую сложность, массивность конструкций, что затрудняет его внедрение на уже эксплуатирующийся локомотивы, так как необходимо вносить дополнительные изменения в конструкцию локомотива. Большое количество кинематическая связей осложняет настройку системы и обеспечение работы в аварийном режиме, например в случае нарушение работы кинематических связей или сбивание настроек.
Наиболее близким по структуре и достигаемому результату к заявленной полезной модели, взятая за прототип, являeтcя «System and method for electronic adaptive front-lighting» (United States Patent Application Publication, US 2010/021372 A1, от 26 августа 2010), содержащий блок управления, левую и правую фару. Данная система предназначена для применения на автомобильных транспортных средствах. Блок управления посылает фарам команды для изменения углов освещения на основе поступающей информации, а именно: дорожной ситуации, скорости автомобиля, угла поворота рулевого колеса, близость других транспортных средств, выбранной программы вождения и характеристики дороги. В результате данная система обеспечивает дополнительным освещением боковые участки дороги при прохождении поворотов, повышая безопасность и комфорт движения.
Недостатками прототипа являются: система разработана для применения на автомобильном транспорте, где с помощью угла поворота рулевого колеса можно с точностью определить угол поворота автомобиля, и как следствие повернуть фары в нужном направлении, а в тяговых и мотор-вагонных подвижных составах рулевое колесо отсутствует.
Целью полезной модели является повышение безопасности движения тяговых и мотор-вагонных подвижных составов на кривых участках пути в темное время суток.
Цель достигается тем, что управление прожектора с изменяемым направлением светового потока, осуществляется за счет системы состоящей из видеокамеры, модуля распознавания и модуля управления. Прожектор с изменяемым направлением светового потока может состоять из прожектора и поворотного механизма, изготовленного с использованием электромеханических устройств, например шаговых двигателей. Видеокамера направлена на участок пути перед движущимся подвижным составом и устанавливается либо рядом с прожектором, либо в кабине машиниста. Изображение, полученное от видеокамеры, передается на модуль распознавания, который с помощью инструментов технического зрения определяет кривизну путей перед тяговым или мотор-вагонным подвижным составом. Модуль управления на основе информации о кривизне путей полученной от модуля распознавания рассчитывает оптимальное направление светового потока. Если текущее направление светового потока, отличается от необходимого, то модуль управления посылает прожектору с изменяемым направлением светового корректирующий сигнал. Модуль управления и модуль распознавания могут быть выполнены единым вычислительным модулем. Работа системы происходит непрерывно, в циклическом режиме.
Новизна изобретения состоит в использовании средств технического зрения для управления прожектора с изменяемым направлением светового потока. Средства технического зрения позволяют отслеживают фактическое положение путей перед локомотивом, даже в тот момент когда локомотив не вошел в поворот, и производит корректировку направление светового потока.
Указанные свойства позволяют получить следующий эффект: улучшение видимости пути в кривых участках перед тяговым и мотор-вагонным подвижным составом в ночное время, а также сигналов и знаков вдоль рельсового пути ночью, что улучшает условия безопасности движения тягового и мотор-вагонного подвижного состава, комфорт машиниста и сокращение числа несчастных случаев.
К техническим преимуществам полезной модели по сравнению с известными аналогами, относится следующее: система, анализируя видеоданные о путях перед тяговым или мотор-вагонным подвижном составе, направляет световой поток наиболее оптимальным способом для максимально возможного освещения впереди идущих путей; система всегда работает в автоматическом режиме; система повышает безопасность движения и комфорт машиниста; система не требует дополнительного места и легко вписывается в конструкции существующих тяговых и мотор-вагонных подвижных составов.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства. Прожектор с изменяемым направлением светового потока 1 состоит из прожектора 2, соединенного по средствам механической связи 3 с поворотным механизмом 4. Прожектор 2 направлен так, что световой поток 1 попадает на пути 5. Видеокамера 6 установлена рядом с прожектором 2 внутри блока прожектора 7 и направлена на пути 5. Видеокамера 6 соединена с модулем распознавания 8 по средствам проводного канала связи 9. Модуль распознавания 8 соединен с модулем управления 10, по средствам проводной информационной связи 11. Модулем управления 10 соединен с поворотным механизмом 4 по средствам проводного канала связи 12. На пульте управления 13 находится тумблер управления системой 14 проводного канала связи 15.
В темное время суток видеокамера 6 производит видеосъемку путей 5. Полученное видеоизображение отсылается на модуль распознавания 8, который распознает на изображении пути 5, по которым движется тяговый или мотор-вагонный подвижной состав. Распознанные изображения отсылаются модулю управлению 10, который проводит анализ кривизны путей 5, и рассчитывает оптимальное направления светового потока 1, при котором пути 5 буду освещены наилучшим образом. Если текущее направление светового потока 1, отличается от необходимого, то модуль управления 10 посылает поворотному механизму 4 корректирующий сигнал. На фиг.2 представлена схематичная работа системы при входе тягового или мотор-вагонного подвижного состава 16 на криволинейный участок путей 17 из прямолинейного участка 18. Как показано на фиг.2 прожектор 19 направляет световой поток 20 оптимальным способом для освещения путей 17 и 18 задолго до пересечения границы начала поворота 21. На фиг.3 представлена схематичная работа системы при входе тягового или мотор-вагонного подвижного состава 22 на прямолинейный участок путей 23 из криволинейного участка 24. Как показано на фиг.3 прожектор 25 направляет световой поток 26 оптимальным способом для освещения путей 23 и 24 задолго до пересечения границы начала поворота 27.
1. Система головного освещения тяговых и мотор-вагонных подвижных составов, содержащая прожектор с изменяемым направлением светового потока, отличающаяся тем, что содержит видеокамеру, установленную рядом с прожектором, направленную на участок пути движения и предназначенную для сбора видеоданных о впереди идущих путях, модуль распознавания, предназначенный для обработки видеоданных на основе средств технического зрения и определения кривизны впереди идущих путей, и модуль управления, предназначенный для расчета оптимального направления светового потока прожектора, основываясь на данных о кривизне путей, и отсылки управляющего сигнала прожектору с изменяемым направлением светового потока.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что видеокамера установлена в кабине машиниста.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль распознавания и модуль управления выполнены единым вычислительным модулем.
