Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля

Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля относится к железнодорожному транспорту, а именно к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на железнодорожных станциях с целью повышения пропускной способности линии и отказоустойчивости систем обеспечения безопасности движения поездов за счет организации дублирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации и передачи ответственных команд по радиоканалу и координат хвоста впередиидущего поезда для дальнейшего автоматического выполнения бортовыми устройствами обеспечения безопасности движения. Технический результат достигается тем, что в систему интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля, содержащую соединенные между собой кабели системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста, блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, согласно изобретению введены блок пакетной связи, который подключен к блоку электроники и предназначен для получения координаты хвоста впередиидущего поезда и стационарное устройство, состоящее из установленного на автоматизированном рабочем месте персонального компьютера, соединенного с радиомодемом, второй порт которого подключен к дуплексному фильтру, соединенному с антенной радиоканала и входом грозоразрядника, к персональному компьютеру АРМ подключен выход навигационного приемника, вход которого соединен с антенной, и выход устройства сопряжения с системами электрической централизации, диспетчерской централизацией, диспетчерского контроля, автоматической блокировки.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована на железнодорожных станциях.

Известна «Система получения на локомотиве информации для предотвращения столкновения подвижного состава на станции (RU 2295469 C1, B61L 3/20, от 20.03.2007 г.).

Система получения на локомотиве информации для предотвращения столкновения подвижного состава на станции содержит в станционарной аппаратуре устройства электрической централизации и формирователь стандартных кодовых сигналов, соединенный через элементы выбора вида кодового сигнала с трансмиттерным реле, через фронтовой контакт которого соединен кодовый трансформатор с рельсовой линией участка приближения, а в локомотивной аппаратуре-приемочные катушки, скоростемер с контактом контроля превышения скорости, светофор, усилитель кодовых сигналов с импульсным реле, переключающий контакт которого соединен с полюсом локомотивного источника питания, а фронтовой и тыловой контакты соединены со счетной группой реле дешифратора, содержащего счетную и сигнальную группы реле, реле соответствия и его повторителя. Изобретение способствует расширению функциональных возможностей системы АЛС, повышению работоспособности системы «АЛС-машинист-ДСП», усилению безопасности движения благодаря предотвращению столкновений подвижного состава при маневровых и поездных передвижениях путем исключения несанкционированного проезда станционного светофора с запрещающим движение сигнальным показанием.

Недостатками этого устройства является то, что система не обеспечивает предотвращения столкновения подвижного состава или локомотива, находящегося на боковых не кодируемых путях, с прибывающим или отправляющимся со станции поездом. Это ведет к снижению надежности управления и безопасности движения поездов.

Известно «Устройство счета осей подвижного состава (RU 2268184 С2, BL1L 1/16, 20.01.2006 г.).

Устройство содержит осевой датчик с двумя сенсорами и двумя формирователями импульсов. Последние соединены с блоком счета осей через блоки коррекции длительности импульсов первого и второго сенсора. В устройство введены блок измерения времени прохода колеса между двумя сенсорами осевого датчика и соединенный с ним управляемый делитель частоты тактовых импульсов. Счетный вход делителя частоты подключен к выходу тактовой частоты блока счета осей, а выход соединен с тактовыми входами блоков коррекции длительности импульсов с возможностью изменения величины допустимой коррекции длительности импульсов в зависимости от скорости движения подвижного состава в месте установки осевого датчика

Недостатками этого устройства являются недостаточность сигнальных показаний для оперативного принятия решений машинистом, отсутствие надлежащей гибкости в выборе оптимального скоростного режима. Эти недостатки снижают надежность управления движением.

Наиболее близким к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является «Комплексное локомотивное устройство безопасности унифицированное (КЛУБ-У)» (RU 2248899 C1, B61L 25/04, 27.03.2005 г.).

В открытую систему реального времени с модульной архитектурой включены и соединены между собой кабели системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста. Блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана. Блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления и модуль индикации. Блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом.

Недостатком этого устройства является низкая пропускная способность и отказоустойчивость, отсутствие возможности принудительной остановки подвижной единицы по команде дежурного по станции, либо поездного диспетчера, а также ограниченная функциональность и высокое влияние человеческого фактора на безопасность движения.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в устранении указанных недостатков, а именно в повышении пропускной способности и отказоустойчивости системы обеспечения безопасности движения поездов за счет создания локальной структуры на станции, где производится организация контроля каждой подвижной единицы по данным путевых устройств и спутниковых глобальных систем позиционирования, а также в обеспечении дублирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации и передачи ответственных команд (проследование закрытого сигнала светофора, передача номера маршрута при движении по станции, принудительная остановка подвижного состава, передача координаты хвоста впередиидущего поезда) по радиоканалу для дальнейшего автоматического выполнения бортовым комплексным локомотивным устройством безопасности движения (КЛУБ-У) независимо от действия машиниста.

Технический результат достигается тем, что в систему интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля, содержащую соединенные между собой кабели системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста, блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, согласно предложению введены блок пакетной связи, который подключен к блоку электроники и предназначен для получения координаты хвоста впередиидущего поезда и стационарное устройство, состоящее из установленного на автоматизированном рабочем месте персонального компьютера, соединенного с радиомодемом, второй порт которого подключен к дуплексному фильтру, соединенному с антенной радиоканала и входом грозоразрядника, к персональному компьютеру АРМ подключен выход навигационного приемника, вход которого соединен с антенной, и выход устройства сопряжения с системами электрической централизации (ЭЦ), диспетчерской централизацией (ДЦ), диспетчерского контроля (ДК), автоматической блокировки (АБ).

Предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений, аналогичного назначения с подобными существующими признаками заявителем не обнаружено.

Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля конструктивно выполнена в виде блоков, модули взаимодействуют через межмодульный интерфейс.

На фигуре 1 показана функциональная система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля.

Локомотивное устройство 1 (КЛУБ-У) включает в себя:

- блок 4 электроники предназначенный для обработки информации, принятой по радиоканалу, параметров от датчиков пути и скорости, приемника спутниковой навигации, сигналов от приемных катушек, систем контроля бдительности, сигнала от кнопки 3 «Тревога», блок 4 анализирует полученную информацию и формирует управляющие воздействия на электропневматический вентиль 9 (ЭПВ), приставку крана машиниста 8 (ПКМ) и цепь тяги, антенны 2 GPS/ГЛОНАСС, радиомодема 5, а также передает данные для отображения на блок 7 индикации, управляющие команды на ПКМ 8 и ЭПВ 9;

- радиомодем 5 предназначенный для обмена информацией между локомотивным устройством 1 и станционным устройством 14 по цифровому радиоканалу;

- источник питания 6 предназначенный для электропитания локомотивного устройства 1 от аккумуляторной батареи локомотива или тягового подвижного состава (ТПС) напряжением постоянного тока 48 В (на фиг.1 не показано);

- кнопка 3 «Тревога» служит для дополнительного оповещения дежурного по станции или поездного диспетчера об экстренной ситуации на локомотиве или ТПС;

- блок 7 индикации, предназначенный для индикации, ввода/контроля локомотивных характеристик, ввода/контроля поездных характеристик, индикации ответственных команд, полученных по радиоканалу, теста системы;

- антенна 2 GPS/ГЛОНАСС используется в составе навигационного оборудования блока 4 электроники;

- ПКМ 8 и ЭПВ 9 предназначены для управления тормозной системой поезда;

- антенна РК 11 взаимодействует с радиомодемом 5 через дуплексный фильтр 10;

- БПС 12 предназначен для обмена данными о координате хвоста поезда с другими локомотивами;

- антенна 13 предназначена для приема-передачи в радиоэфир данных.

Стационарное устройство 14 включает в себя:

- Автоматизированное рабочее место системы интервального регулирования - персональный компьютер 18 (ПК АРМ) осуществляет взаимодействие с радиомодемом 20 по межмодульному интерфейсу;

- приемник 16 GPS/ГЛОНАСС осуществляет синхронизацию работы стационарного устройства 14, с целью организации временного разделения вещания по цифровому каналу передачи данных, а также обеспечивает прием и декодирование географической координаты местоположения;

- антенна 15 GPS/ГЛОНАСС используется в составе приемника 16 GPS/ГЛОНАСС;

- радиомодем 20 обеспечивает обмен цифровой информацией с заданной скоростью между персональным компьютером 18 (ПК АРМ) и аналогичным локомотивным устройством, имеющим ту же рабочую частоту и протоколы передачи информации;

- грозоразрядник 24 предназначен для защиты устройств от воздействия атмосферных перенапряжений;

- ПК АРМ 18 представляет собой компьютерное рабочее место, на мониторе которого отображается план станции и прилегающие перегоны с условно-графическим изображением и индикацией; информация, поступающая с локомотива по цифровому радиоканалу с указанием времени и даты, а также протоколы работы стационарного устройства 14.

ПК АРМ 18 получает данные от приемника 16 GPS/ГЛОНАСС о координате и точном времени, данные о состоянии путевых объектов от устройства сопряжения 19 с системами электрической централизации (ЭЦ), диспетчерской централизации (ДЦ), диспетчерского контроля (ДК) и автоблокировки (АБ);

- устройство бесперебойного питания 23 (УБП) обеспечивает гарантированное напряжение питания на выходе с необслуживаемыми батареями с возможностью «горячей» замены;

- антенна 17 РК используется совместно с радиомодемом 20 и дуплексным фильтром 22;

- сетевой фильтр 21 защищает цепи питания средств вычислительной техники от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех. Фильтр подключается через УБП 23 к сети;

- дуплексный фильтр 22 обеспечивает работу передатчика и приемника на общую антенну с минимальным взаимным влиянием и без ухудшения качества приема;

- устройство сопряжения 19 с системами ЭЦ, ДЦ, ДК и АБ служит для увязки с этими системами и съема информации о состоянии рельсовых цепей, светофоров, стрелок на перегонах и станциях;

Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств радиоканала с координатным методом контроля реализует функции:

- не проезд закрытого сигнала светофора на некодируемом участке по команде с ПК АРМ;

- передача команды на разрешение проследования закрытого сигнала светофора с использованием поездной радиосвязи;

- передача координат хвоста впередиидущего с целью проследования светофора с желтым показанием без снижения скорости;

- прием сигнала «Тревога» на ПК АРМ с любой подвижной единицы;

- адресное принудительное торможение одного локомотива по команде с ПК АРМ;

- адресная отмена принудительного торможения тягового подвижного состава (ТПС) по команде с ПК АРМ;

- одновременное принудительное торможение всех локомотивов по команде с ПК АРМ;

- отмена одновременного принудительного торможения всех ТПС по команде с ПК АРМ.

Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля работает следующим образом

Стационарное устройство 14 начинает работать сразу после включения устройства бесперебойного питания 23 (УБП), после чего с ПК АРМ 18 по последовательному интерфейсу на радиомодем 20 в радиоантенну 17 передаются сообщения в соответствии с алгоритмом взаимодействия.

Локомотивное устройство 1 начинает работать сразу после включения источника питания 6. Сигналы от стационарного устройства 14 от радиоантенны 17 через дуплексный фильтр 10 и радиомодем 5 поступают в блок электроники 4 в соответствии с алгоритмом взаимодействия. Сигналы от антенны 13 поступают в блок БПС 12, а от него данные поступают в блок 4 электроники. Сигналы от антенны 2 поступают на навигационный приемник (на рисунке не показан), входящий в состав блока электроники 4, который формирует данные о местоположении устройства (широта, долгота). Эти данные поступают в центральный обработчик (на рисунке не показан) блока электроники 4, где определяется местоположение локомотивного устройства в железнодорожных координатах (метры).

При возникновении на локомотиве чрезвычайной ситуации машинист или помощник машиниста при следовании в зоне связи со станцией нажатием кнопки 3 «Тревога» передает на стационарное устройство 14 сигнал о необходимости принудительной остановки локомотив.

В зоне станции ПК АРМ 18 анализирует поездную обстановку и передает координаты хвоста впередиидущего поезда на локомотив.

После получения со стационарного устройства 14 сигнала на принудительную остановку, происходит разбор тяги локомотива и начинается служебное торможение через приставку 8 крана машиниста (ПКМ), электропневматический вентиль 9 (ЭПВ) произведет автостопное торможение локомотива, а на блоке индикации 7 отображается признак принудительной остановки локомотива.

В момент проведения принудительной остановки локомотива, локомотивной бригаде запрещается прерывать начавшийся процесс.

После полной остановки локомотива машинист с использованием поездной радиосвязи выясняет с дежурным по станции (ДСП) или с поездным диспетчером (ДНЦ) причину остановки.

После отмены команды на принудительную остановку электропневматический клапан 9 (ЭПВ) устанавливается в рабочее положение.

Передача команды проезда запрещающего сигнала по команде с ПК АРМ 18 производится в следующей последовательности:

Дежурный по станции (ДСП) или поездной диспетчер (ДНЦ), убедившись в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами и в остановке подвижной единицы перед светофором с красным показанием, подает команду разрешения проследования запрещающего сигнала через ПК АРМ 18. После получения разрешения проезда запрещающего сигнала на блоке индикации 7 до начала движения, значение допустимой скорости подвижной единицы установится равным 20 км/ч, а сигнал «КЖ» на блоке индикации 7 изменится на «БМ». После отмены данной команды дежурный по станции (ДСП) или поездной диспетчер (ДНЦ), происходит отмена разрешения проезда запрещающего сигнала.

Передача стационарным устройством 14 на локомотив временных ограничений скорости, а также расчет и отработки локомотивом кривой торможения до места ограничения скорости движения производится в следующей последовательности:

- Дежурный по станции (ДСП) или поездной диспетчер (ДНЦ) вводит характеристики ограничений скорости и убеждается в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами.

- После получения от стационарного устройства 14 временного ограничения, локомотивное устройство 1 отрабатывает рассчитанную кривую торможения при подъезде к месту ограничения скорости движения.

Передача сигналов АЛС производится в следующей последовательности:

Дежурный по станции (ДСП) или поездной диспетчер (ДНЦ), убеждается в наличии режима устойчивой двухсторонней радиосвязи с подвижными устройствами. При нахождении локомотива на не кодируемом участке на локомотивном светофоре высвечивается то показание, которое ему было передано по радиоканалу, а именно:

- скорость передачи данных - не менее 9600 бит в секунду;

- количество обслуживаемых мобильных объектов одним станционным устройством - 20 ед.;

- минимальное время доступа (1 стационарное и 1 локомотивное устройство) - 200 мс;

- допустимые граничные величины интервала: от 200 мс до 10000 мс;

- максимальный объем информации, передаваемый за 1 сообщение - 50 байт;

- стационарные устройства являются ведущими при организации радиообмена. Алгоритм обмена по радиоканалу между локомотивным и стационарным устройствами заключается в следующем:

Обмен данными между локомотивным и стационарным устройствами состоит из 2-х этапов:

1. Процедура идентификации локомотивного устройства 1.

2. Обмен между стационарным устройством 14 и локомотивным устройством 1 после идентификации.

Процедура идентификации локомотивного устройства 1 работает следующим образом.

Интервал между сообщениями стационарного устройства 14 определяется при настройке программы и изменяется от 200 мс до 10000 мс.

Процедура идентификации локомотивного устройства 1 происходит при его ответе на приглашение. После передачи приглашения стационарное устройство 14 не передает сообщения в течение 3-х интервалов. Локомотивное устройство 1, используя процедуру случайных чисел, отвечает на приглашение.

Приглашение передается штатно (при наличие зарегистрированных локомотивных устройств 1) и не штатно (при отсутствии зарегистрированных локомотивных устройств 1). В штатном режиме каждые 60 (согласно настройке) интервалов передается приглашение. В не штатном режиме приглашение передается постоянно (с соблюдением оговоренного промежутка).

Если ж/д координаты локомотивного устройства 1, находятся внутри полученной зоны ответственности, передаваемой в приглашении, то локомотивное устройство 1 отвечает на приглашение.

Обмен между стационарным устройством 14 и локомотивным устройством 1 после идентификации происходит следующим образом.

После идентификации локомотивного устройства 1, стационарное устройство 14 передает запрос с установленным интервалом, на который локомотивное устройство 1 отвечает. Обмен сообщениями осуществляется в заданной в настройках стационарного устройства 14 зоне ответственности.

Прекращение передачи сообщений локомотивного устройства 1 происходит при выходе локомотивного устройства 1 из зоны ответственности, либо при отсутствии или получении неверных сообщений от локомотивного устройства 1 в течение 10 сообщений.

Для всех адресных сообщений предусмотрено обязательное квитирование. В случае передачи широковещательного сообщения (команда на остановку/отмену остановки для всех локомотивов, оборудованных локомотивным устройством 1 находящихся в зоне радиосвязи) квитирование не происходит.

Взаимодействие станционного и локомотивного оборудования происходит в зоне: станция, участки приближения и удаления.

Стационарное устройство 14 обеспечивает двухстороннюю связь с локомотивным устройством 1 по цифровому каналу, имеющему следующие характеристики:

- диапазон рабочих частот (146-174) МГц;

- выходная мощность передатчика 10 Вт;

- чувствительность приемника при отношении с/ш 12 дБ, не более 0,3 мкВ;

- вероятность ошибки при уровне входного сигнала 2 мкВ

- (внутренние шумы) - 1·10^-6.

Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств цифрового радиоканала с координатным методом контроля, содержащая соединенные между собой кабелем системного CAN-интерфейса блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста, блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации и включает в себя два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана, блок индикации выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления и модуль индикации, блок коммутации выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом, отличающаяся тем, что введены блок пакетной связи, который подключен к блоку электроники и предназначен для получения координаты хвоста впередиидущего поезда, и стационарное устройство, состоящее из установленного на автоматизированном рабочем месте персонального компьютера, соединенного с радиомодемом, второй порт которого подключен к дуплексному фильтру, соединенному с антенной радиоканала и входом грозоразрядника, к персональному компьютеру АРМ подключен выход навигационного приемника, вход которого соединен с антенной, и выход устройства сопряжения - с системами электрической централизации, диспетчерской централизацией, диспетчерского контроля, автоматической блокировки.