СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНОСТИ ОТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА УЧАСТКОВ ПУТИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕГОНЕ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для использования на участках, оборудованных системами интервального регулирования, на которых обращается тяговый подвижной состав, оборудованный средствами радиообмена данными и средствами спутниковой навигации.

Известны способ и реализующая его система определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне посредством счета осей (колесных пар), по которым сравнивают посчитанные соответствующими счетчиками количества осей (колесных пар) подвижного состава при вступлении его на перегон и количество осей (колесных пар) этого подвижного состава при уходе его с перегона, решение о незанятости перегона принимают при совпадении результатов счета. Локомотивы подвижного состава оборудуют системой радиообмена данными со станциями, ограничивающими перегон, а информацию о количестве осей подвижного состава передают от станции к станции по локальному радиоканалу через движущийся локомотив (RU 2238866, B61L 21/06, 27.10.04).

Недостатком известного способа и реализующей его системы является малая пропускная способность в случае длинных перегонов между станциями.

В качестве прототипа принято техническое решение по патенту RU 2452644, B61L 21/06, 10.06.12, реализующее способ определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне путем счета осей, по которому сравнивают посчитанные напольным оборудованием счета осей количества осей подвижного состава при вступлении его на перегон или путевой участок перегона и количества осей подвижного состава при уходе его с этого перегона или путевого участка перегона, при совпадении результатов счета принимают решение о незанятости перегона или путевого участка перегона. Локомотивы подвижного состава оборудуют системой радиообмена данными со станциями, ограничивающими перегон, а информацию о количестве осей подвижного состава передают от станции к станции через радиоканал дальней связи через движущийся локомотив и по самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазонов радиочастот, узлы которой образованы приемопередатчиками напольного оборудования счета осей и приемопередатчиком бортовой аппаратуры управления поездом.

Недостатком известного технического решения является невысокая достоверность в определении свободности от подвижного состава при сбоях в определении своих координат местонахождения навигационными устройствами поездов.

Сбой в определении координат своего местонахождения вызывает защитный переход системы управления движением поезда в режим движения с меньшими скоростью и энергетической эффективностью. В конечном итоге эти сбои приводят к задержкам в движении поездов и снижению эффективности диспетчерского управления движением поездов.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности определения свободности от подвижного состава участков пути за счет повышения точности определения координат местонахождения поездов и параметров его движения и перевода напольного оборудования из режима ложной занятости в режим свободности от подвижного состава. Это приводит к снижению задержек в движении поездов и к снижению энергозатрат на регулирование скорости следования поезда.

Технический результат достигается тем, что в способе определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, заключающемся в сравнении посчитанных соответствующим напольным оборудованием счета осей участков пути количества осей колесных пар подвижного состава, при вступлении его на перегон или путевой участок перегона и количества осей колесных пар подвижного состава при уходе его с перегона или путевого участка перегона и при их совпадении принимают решение о свободности перегона или путевого участка перегона, при этом информацию о количестве осей колесных пар подвижного состава передают от станции к станции посредством системы радиообмена данными локомотива подвижного состава, используя его в качестве носителя упомянутой информации, согласно изобретению при радиообмене информацией между бортовым устройством управления локомотива и напольным оборудованием счета осей очередного участка пути по направлению движения подвижного состава осуществляют синхронизацию этого напольного оборудования счета осей по меткам времени системы спутниковой навигации, которые передают от бортового устройства управления локомотива посредством самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона, затем во время счета количества осей колесных пар этого подвижного состава указанным напольным оборудованием счета осей фиксируют и записывают в его память моменты времени прохода каждой оси подвижного состава над начальным и/или конечным рельсовыми датчиками прохода осей данного участка пути, затем посредством сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона передают эти данные, а также записанные в памяти напольного оборудования идентификационные данные рельсовых датчиков прохода осей колесных пар и географические координаты их местонахождения в бортовое устройство управления локомотива для контроля и корректировки правильности работы его системы спутниковой навигации и средств измерения пройденного пути, скорости и ускорения, при этом в случае несовпадения числа посчитанных осей колесных пар поезда на входе и выходе данного участка пути с числом осей колесных пар подвижного состава, записанным в памяти бортового устройства управления, но при дальнейшем совпадении с этим числом, числа осей колесных пар поезда, посчитанных на входе и выходе последующих участков пути, напольное оборудование предыдущих участков пути, находящееся из-за этого несовпадения в режиме ложной занятости, переводят в режим свободности от подвижного состава посредством передачи в их напольное оборудование счета осей сигналов восстановления со станций по самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона.

На чертеже приведена схема системы определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, реализующей предлагаемый способ.

Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне 1 состоит из двух полукомплектов 2 аппаратуры, установленной на счетных участках 3 станций, ограничивающих перегон 1, каждый полукомплект аппаратуры (на чертеже показан один полукомплект) содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики 4, которые через формирователь 5 сигналов соединены с входом блока 6 приемников, выход которого через блок 7 интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью 8 связи, к которой подключены блок 9 интерфейса с электрической централизацией, блок 10 управления и блок 11 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем 12, на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона 1 размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт 13, включающий стационарный маломощный приемо-передающий блок 14 цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемо-передающий GSM-модуль 15, порт управления стационарным маломощным приемо-передающим блоком 14 цифрового радиоканала ближней связи соединен с первым портом микроконтроллера 16, второй порт которого через интерфейс 17 сопряжения соединен с пассивным датчиком 18 прохода колеса, входы питания стационарного приемо-передающего блока 14 и микроконтроллера 16 подключены к автономному источнику питания, который состоит из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей 19, 20, подключенных через второй стабилизатор 21 напряжения к входу питания приемо-передающего GSM-модуля 15, первая аккумуляторная батарея 19 через первый стабилизатор 22 напряжения подключена к входам питания стационарного приемо-передающего блока 14 и микроконтроллера 16, управляющий выход которого соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора 21 напряжения, на каждом локомотиве 23 подвижного состава установлено приемо-передающее устройство 24 каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое соединено с центральным бортовым устройством управления движением подвижного состава посредством локальной магистрали 25, к которой подключены микропроцессор 26, спутниковый приемник 27, модуль 28 памяти, выход модуля 29 измерения параметров движения, вход которого подключен к выходам блока 30 датчиков пути и скорости и выход модуля 31 внешних устройств, вход которого подключен к выходу блока 32 приемных катушек АЛСН и АЛС-ЕН.

Система, реализующая способ определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, работает следующим образом.

Перед поездкой в модуль 28 памяти вводят информацию о номере поезда, составе, о длине и массе поезда, направлении движения. Там же записана электронная карта маршрута. Во время движения поезда в микропроцессор 26 постоянно поступает информация от блока 30 датчиков пути и скорости через модуль 29 измерения параметров движения, от блока 32 приемных катушек АЛСН-АЛС-ЕН через модуль 31 внешних устройств, от спутникового приемника 27 и данные электронной карты маршрута из модуля 28 памяти. На основании обработки этой информации микропроцессор 26 формирует значения скорости поезда и пройденного пути.

Полукомплекты 2 аппаратуры на станциях работают попарно в двух основных режимах приема и отправления. Когда один полукомплект 2 работает в режиме отправления, другой работает в режиме приема. В режиме отправления состава со станции на вход блока 9 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал отправления на прилегающую станцию, который, в виде кодовой посылки, через локальную магистраль 8 связи передается блоку 10 управления. При въезде первой колесной пары на счетный участок 3 на вход блока 9 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал занятости счетного участка 3, который, в виде кодовой посылки, через локальную магистраль 8 связи передается блоку 10 управления. Блок 10 управления через локальную магистраль 8 связи передает команду блоку 7 интерфейса со счетчиками осей на включение счета осей, который включает блок 6 приемников, на который поступают сигналы прохода колесных пар подвижного состава от рельсовых датчиков 4.

После прохода всего состава по счетному участку 3 железнодорожного перегона 1 сигнал контроля занятости счетного участка 3 станции отправления переходит в неактивное состояние и блок 9 интерфейса с электрической централизацией выдает об этом кодовую посылку через локальную магистраль 8 связи блоку 10 управления. Блок 10 управления через локальную магистраль 8 связи получает от блока 7 интерфейса со счетчиками осей информацию о количестве осей состава, прошедших по счетному участку 3. Далее блок 10 управления через локальную магистраль 8 передает блоку 11 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи информацию о количестве осей в составе прошедшем по счетному участку 3. Блок 11 через радиомодем 12 передает эту информацию в бортовое приемо-передающее устройство 24 локомотива 23 подвижного состава, уходящего со станции. Эта информация о количестве осей в составе через локальную магистраль 25 записывается в модуль 28 памяти бортового устройства локомотива 23.

В режиме приема состава на станцию локомотив 23 через приемо-передающее устройство 24 передает информацию о числе осей в его составе в радиомодем 12 полукомплекта 2 аппаратуры принимающей станции. Эта информация через блок 11 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи и локальную магистраль 8 связи поступает в блок 10 управления на принимающей станции. После прохода всего прибывающего состава по счетному участку 3 при отправлении поезда блок 10 управления через локальную магистраль 8 связи получает от блока 7 интерфейса со счетчиками осей информацию о количестве осей колесных пар состава поезда, прошедших по счетному участку 3 принимающей станции. Блок 10 управления сравнивает информацию, полученную от блока 7, и информацию о количестве осей, полученную от локомотива 23, и при совпадении чисел через локальную магистраль 8 связи передает команду блоку 9 интерфейса с электрической централизацией принимающей станции на выдачу сигнала прибытия поезда в полном составе.

Блок 9 интерфейса с электрической централизацией выдает сигнал прибытия в полном составе на реле первого класса, например типа НМШ-4000. После перехода сигналов прибытия с прилегающей станции и отправления на прилегающую станцию в неактивное состояние блок 9 интерфейса с электрической централизацией передает через локальную магистраль 8 соответствующую кодовую посылку в блок 10 управления, который формирует команду блоку 9 перевести сигнал прибытия в полном составе в неактивное состояние. Блок 9 переводит сигнал прибытия в полном составе в неактивное состояние, и система приходит в исходное состояние. Для повышения пропускной способности локомотив 23 в процессе движения по перегону 1 может активизировать работу (одного или нескольких, в случае очень длинный перегонов) промежуточного счетного пункта 13 для координатного контроля постепенного освобождения участков пути перегона 1. Эта возможность имеется для локомотивов, оборудованных современными устройствами управления, например, КЛУБ-У. В памяти центрального бортового устройства управления движением поезда хранится карта маршрута с координатной привязкой местоположения путевых устройств и также имеется подсистема определения текущей координаты местонахождения локомотива 23.

В этом случае при проследовании локомотивом 23 промежуточного счетного пункта 13 система работает следующим образом.

При приближении локомотива 23 к очередному промежуточному счетному пункту 13 центральное бортовое устройство управления движением поезда активизирует в приемо-передающем устройстве 24 маломощный приемопередатчик цифрового радиоканала связи, который непрерывно начинает вызывать стационарный приемо-передающий блок 14 промежуточного счетного пункта 13, используя известный ему адрес вызова маломощного приемопередатчика цифрового радиоканала, имеющего известную координату местоположения. При достижении радиосигналом на входе блока 14 порогового уровня мощности, находящегося до этого в ждущем режиме, с очень малым током потребления переключается в режим установления связи. В этом режиме он вначале принимает от приемо-передающего устройства 24 локомотива 23 пакет информации, включающий адрес маломощного приемопередатчика цифрового радиоканала. В ответном пакете информации блок 14 передает диагностическую информацию о своей готовности и исправности и свою координату. Приемо-передающее устройство 24 локомотива 23 передает принятую информацию в центральное бортовое устройство управления движением поезда для проверки идентификационных и диагностических данных аппаратуры данного промежуточного счетного пункта 13 и в случае подтверждения данных передает на промежуточный счетный пункт 13 информацию, содержащую номер локомотива 23, номер вызова локомотивных устройств для передачи данных, количество осей в составе и разрешение на счет осей. В процессе проверки аппаратура локомотива 23 использует информацию о координате промежуточного счетного пункта 13 из электронной карты маршрута и о своей координате, определенной средствами спутниковой навигации (на чертеже не показаны). При наличии ошибок в принятии пакетов информации осуществляется повторная передача пакетов информации. После окончания обмена информацией приемо-передающее устройство 24 локомотива 23 начинает передавать сигнал несущей маломощного передатчика цифрового радиоканала связи, по уровню принимаемой мощности которого блок 14 оценивает степень приближении локомотива. Поскольку скорость передачи по цифровому радиоканалу связи достигает десятков Килобод в секунду, а дальность надежной связи составляет 1-2 километра, сеанс надежного радиообмена между промежуточным счетным пунктом 13 и приближающимся к нему локомотивом 23 завершается в течение 1-3 секунд, т.е. за десятки секунд до прохода локомотивом 23 контрольного участка с промежуточным счетным пунктом 13. Для экономии расхода энергии батареи блок 14 переходит в режим ожидания с малым потреблением и возвращается в режим готовности к приему и передаче только при достижении принимаемым сигналом несущей заданного уровня мощности. Если локомотив останавливается, не проехав промежуточный счетный пункт 13, то его передатчик прекращает передачу несущей, чтобы аппаратура промежуточного счетного пункта 13 вернулась в ждущий режим с микропотреблением тока. Рельсовый датчик 18 может быть выполнен в виде механического контактного устройства типа педали, либо бесконтактного устройства, работающего, например, на основе индуктивного чувствительного элемента. При проходе колеса поезда над рельсовым датчиком 18 формируется импульс напряжения, поступающий на вход микроконтроллера 16, который считает количество импульсов и сравнивает их число с ожидаемым количеством осей в поезде, после того как в течение заданного промежутка времени импульсы прекращаются. Стационарный приемо-передающий блок 14 передает на локомотив пакет информации, содержащей кодовый сигнал с посчитанным числом осей. Также эту информацию передает по цепочке на станции других путевых участков. Локомотивные бортовые устройства используют полученную от промежуточного счетного пункта информацию для контроля следования поезда в полном составе, а станционные устройства также еще и для фиксации свободности или занятости путевых участков. После получения с уходящего локомотива 23 подтверждения приема пакета информации (или неполучения такого подтверждения) через заданный промежуток времени микроконтроллер 16 переводит всю электронику напольного оборудования счета осей счетного пункта 13 в ждущий режим с микропотреблением тока. В случаях сложного рельефа местности, уменьшающего дальность связи по цифровому радиоканалу ближней связи, информация о результатах счета осей может передаваться на уходящий локомотив через ретранслирующий соседний приемопередатчик, аналогичный блоку 14, или через GSM-модуль 15, соединенный портом управления с микроконтроллером 16. При использовании GSM-модуля дальность связи с уходящим поездом существенно увеличивается, но существенно увеличивается потребление тока. С точки зрения снижения потребления тока, при использовании модуля GSM, предпочтительно использовать схему аппаратуры промежуточного счетного пункта 13, где GSM-модуль 15 получает питание за счет установки второй аккумуляторной батареи 20, последовательно соединенной с первой аккумуляторной батареей 19, и второго стабилизатора напряжения 21 постоянного тока, который управляется логическим сигналом с управляющего выхода микроконтроллера 16, который включает стабилизатор напряжения 21 только тогда, когда блоку 14 не удается связаться с удаляющимся локомотивом 23 по цифровому радиоканалу сети маломощных средств радиосвязи. Это решение обеспечивает без дополнительной подзарядки батарей емкостью 1700 mAh работу аппаратуры промежуточного счетного пункта 13 на малодеятельных железнодорожных линиях в течение одного года. Дальнейшее увеличение срока использования, без дополнительного обслуживания, достигается параллельным подключением таких же батарей или введением автономных зарядных устройств на основе солнечных батарей, индуктивных, пьезо или вибропреобразователей и др.

Информация о результатах счета осей в промежуточных счетных пунктах 13 передается с локомотива 23 по радиоканалу дальней связи в радиомодемы 12 прилегающих станций и, при необходимости, в бортовые устройства управления соседних локомотивов. Эта информация может использоваться в устройствах диспетчерского управления, создавая возможности интервального регулирования движения на перегоне 1, включая и координатный способ интервального регулирования для достижения максимальной пропускной способности.

Для возможности локального резервирования других систем интервального регулирования, особенно систем централизованного интервального регулирования, осуществляют следующее.

В память напольного оборудования счета осей участка пути записывают моменты времени прохода последней оси состава очередного поезда над начальным рельсовым датчиком 18 прохода осей данного участка пути и посчитанное количество осей очередного подвижного состава и затем передают эти данные в направлении второго поезда, следующего непосредственно за первым, по самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона для накопления в памяти напольного оборудования информации о свободных путевых участках между первым и вторым поездами, данных о проследовании первого поезда, о при приближении второго поезда к каждому очередному свободному путевому участку из участков, отделяющих его от первого поезда. Накопленную информацию о продвижении первого поезда в памяти напольного оборудовании счета осей данного свободного участка пути вначале по самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона передают в бортовое устройство управления движением второго поезда, где используют эту информацию в качестве дополнительной для возможности локального резервного интервального регулирования движения, а затем после начала на этом путевом участке счета осей второго поезда, эту информацию удаляют из памяти напольного оборудования.

В моменты получения информации по сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона о прохождении последней оси первого поезда над последним рельсовым датчиком прохода осей данного участка пути с первого поезда передают для хранения в памяти напольного оборудования этого участка пути его индивидуальный номер, который затем используют для посылки в напольное оборудование этого участка дополнительной информации о текущем местонахождении первого поезда в промежуточных точках следующего путевого участка, а затем транслируют эту информацию второму поезду по самоорганизующейся сети маломощных средств радиосвязи ISM и/или GSM диапазона и используют эту информацию в качестве дополнительной для возможности точного координатного интервального регулирования движения, причем после получения этой информации вторым поездом и начала на этом путевом участке счета осей второго поезда эту информацию удаляют из памяти напольного оборудовании счета осей этого путевого участка. Этим достигается сохранение возможности высокой пропускной способности интервального регулирования в резервном режиме.