Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА БАЗЕ РАДИОКАНАЛА

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для диагностики и мониторинга условий движения и интервального регулирования движения поездов по перегону.

Известна система интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала, содержащая стационарные центры радиоблокировки, подключенные к диспетчерскому центру управления и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями радиоканала через сеть передачи данных, на вовлеченных в систему поездах бортовое оборудование, включающее локомотивное устройство безопасности, устройство управления торможением и тягой, устройство определения местоположения, устройство измерения скорости и пройденного расстояния, устройство расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными с центрами радиоблокировки по радиоканалу, бортовое радиопередающее оборудование, дисплей машиниста, а также подсистему контроля целостности поезда (журнал «Автоматика, Связь, Информатика», №8, 2006, Ходжаев У., статья «Система ITCS»).

Для повышения пропускной способности на загруженных линиях с интенсивным смешанным движением в этих системах предлагается использовать концепцию подвижных блок-участков. Эта концепция позволяет существенно повысить пропускную способность линий за счет гибкого регулирования интервалов попутного следования. При выдержке постоянства временного интервала попутного следования такая система позволяет динамически изменять дистанцию между поездами в зависимости от фактической скорости движения и тормозных характеристик поездов.

Известная система позволяет значительно повысить пропускную способность линии с существенным сокращением капитальных вложений и эксплуатационных расходов за счет простой напольной инфраструктуры. Для безопасного сближения поездов используют вычисления координат начала и конца составов поездов на рельсовом пути. Вычисление осуществляется на основе комплексного использования навигационных данных от различных бортовых приборов, таких как спутниковые навигаторы GPS, одометры, датчики измерения ускорений и др. В результате обработки этих данных с использованием алгоритмов оптимальной фильтрации (по Кальману или аналогичных) положение поездов определяется с минимальными разбросами для заданного уровня полноты безопасности. Однако исходные данные от навигационных приборов имеют переменную достоверность, зависящую от их исправности и переменных условий их работы. Точная работа спутниковых навигаторов GPS, например, зависит от количества используемых ими сигналов от спутников и наземных корректирующих станций (минимально требуются сигналы от 2 спутников. Точная работа механического одометра зависит от износа бандажей связанных с ним колес поезда, а также отсутствия при движении поезда юза и боксования колес и. т.д. Как результат неточной или неисправной работы навигационных приборов, данные которых комплексно учитываются, при определении места, занимаемого поездом (его "следа") на рельсовом пути, могут давать расчетную величину "следа", существенно превышающую реальную длину поезда. В этом случае для обеспечения безопасности соответственно приходится увеличивать реальный интервал времени попутного следования поездов, что снижает пропускную способность.

Для повышения достоверности определения координаты конца состава поезда в алгоритмах вычислений используют данные координат начала поезда по бортовым навигационным устройствам его локомотива, длины поезда (при осуществлении непрерывного контроля целостности его состава) и данные о параметрах маршрута движения из электронной карты рельсового пути. Дополнительно, в хвостовом вагоне состава поезда, для целей более достоверного определения "следа" и целостности состава, может устанавливаться дополнительный спутниковый навигатор.

Известные системы имеют ряд недостатков. Так, в процессе своей работы, из-за потери сигналов от спутников, спутниковые навигаторы могут порознь и одновременно сбиваться при определении координаты. После возобновления приема сигналов от спутников, для восстановления требуемого по безопасности движения уровня доверия к правильной работе спутниковых навигаторов, они должны быть проверены с помощью данных о текущих координатах, полученных от других независимых от них источников координатной информации (например, данными от путевых устройств с известными координатами). Пока бортовые устройства поезда не получат такие данные, положение поезда на перегоне становится не определенным или известным только с точностью до длины текущего блок участка. Поэтому для снижения потерь пропускной способности перегонов, при сбоях в работе локомотивных бортовых устройств навигации, важно быстрое получение надежных корректирующих данных. Это также предотвращает лишние экстренные и служебные торможения поездов. Кроме того, известные системы не обеспечивают достаточную полноту диагностики и мониторинга повреждений железнодорожного пути (провалы и выбросы земляного полотна, дефектные рельсы и их крепления). Использование рельсовых цепей для контроля свободности и целостности участков рельсового пути усложняет и удорожает эксплуатацию систем и не решает в полной мере задачи по обнаружению всех этих повреждений. Также в известных системах не решается задача своевременного обнаружения на пути различных других препятствий движению (автомобили, люди, крупные животные, упавшие деревья и грузы и. т.д). Все это снижает безопасность движения.

Наиболее близкой к известной системе по совокупности существенных признаков является выбранная в качестве прототипа система интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала, содержащая стационарные центры радиоблокировки, подключенные к ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями радиоканала через сеть передачи данных, а на перегоне между соседними станциями через оптоволоконный кабель и радиоканал, на вовлеченных в систему поездах - бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена цифровыми данными комплексное локомотивное устройство безопасности, блок определения местоположения локомотива, выполненный на основе спутникового навигатора, блок измерения скорости и пройденного расстояния, блок расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными со стационарными центрами радиоблокировки по радиоканалу, вихретоковое устройство текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости, дисплей машиниста, а также подсистему контроля целостности поезда, блок головного полукомплекта непрерывного контроля целостности тормозной магистрали поезда, соединенный с блоком полукомплекта хвостового вагона состава поезда через тормозную магистраль поезда, а также через локомотивное радиоприемопередающее устройство и бортовой локальный радиоканал с радиоприемопередающим устройством блока полукомплекта хвостового вагона состава поезда, которое по цепи питания связано с первым выходом автономного источника электропитания, выполненного на базе пневмоэлектрогенератора, вход для подачи воздуха которого подключен к тормозной магистрали поезда, при этом второй выход автономного источника электропитания соединен с входом электропитания блока светового сигнала конца состава поезда (журнал «Автоматика, Связь, Информатика», №1, 2011, с. 22).

Известная система обеспечивает улучшенный контроль фактического состояния рельсов в моменты проследования над ними вихретокового устройства контроля целостности и фактического состояния рельсов, а также более точное и надежное измерение скорости и пройденного пути без влияния погрешностей от юза и боксования колесных пар локомотива, связанных с одометром. Кроме того, в системе имеется возможность визуального контроля участниками движения за последним вагоном состава поезда по световому сигналу конца состава поезда.

Однако известной системе, как и вышеописанному аналогу, присущи упомянутые основные недостатки по безопасности движения поездов и времени восстановлении пропускной способности после сбоев в работе бортовых навигационных устройств.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности и надежности системы.

Технический результат достигается тем, что в системе интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала, содержащей стационарные центры радиоблокировки, подключенные к ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями радиоканала через сеть передачи данных, а на перегоне между соседними станциями через оптоволоконный кабель и радиоканал, на вовлеченных в систему поездах - бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена цифровыми данными комплексное локомотивное устройство безопасности, блок определения местоположения локомотива, выполненный на основе спутникового навигатора, блок измерения скорости и пройденного расстояния, блок расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными со стационарными центрами радиоблокировки по радиоканалу, вихретоковое устройство текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости, дисплей машиниста, блок головного полукомплекта непрерывного контроля целостности тормозной магистрали поезда, соединенный с блоком полукомплекта хвостового вагона состава поезда через тормозную магистраль поезда, а также через локомотивное радиоприемопередающее устройство и бортовой локальный радиоканал с радиоприемопередающим устройством блока полукомплекта хвостового вагона состава поезда, которое по цепи питания связано с первым выходом автономного источника электропитания выполненного на базе пневмоэлектрогенератора, вход для подачи воздуха которого подключен к тормозной магистрали поезда, при этом второй выход автономного источника электропитания соединен с входом электропитания блока светового сигнала конца состава поезда, согласно изобретению оптоволоконный кабель выполнен в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути, с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути и содержащего внутренние элементы механической связи между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами с изменяющимися оптическими параметрами при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна соединены с первыми портами связи перегонных блоков формирования и анализа импульсных световых сигналов, вторые порты связи которых подключены к портам связи напольных блоков видеонаблюдения, в составе которых имеется блок автоматической регистрации светового сигнала конца состава поезда, а другими концами соединены с соответствующими первыми портами станционного блока формирования и анализа импульсных световых сигналов, второй порт связи которого через сеть передачи данных соединен с ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления.

На чертежах приведены схемы бортового (фиг. 1) и стационарного (фиг. 2) оборудования системы интервального регулирования движения поездов.

Система интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала содержит стационарные центры 1 радиоблокировки (ЦРБ 1), подключенные к ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления (ЭЦДКУ 2) и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями 3 (БС 3) через сеть 4 передачи данных (СПД 4) по протоколу TCP/IP или аналогичному, а на перегоне между соседними станциями через оптоволоконный кабель 5 (ОВК 5) и радиоканал, на вовлеченных в систему поездах бортовое оборудование, включающее соединенные между собой, через бортовой системный интерфейс локомотива 6 (БСИЛ 6) обмена цифровыми данными, комплексное локомотивное устройство 7 безопасности (КЛУБ 7), блок 8 определения местоположения локомотива (БОМЛ 8), выполненный на основе спутникового навигатора, блок 9 измерения скорости и пройденного расстояния (БИСР 9), блок 10 расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными (БРДС 10) со стационарными центрами 1 радиоблокировки по радиоканалу, вихретоковое устройство 11 (ВТУ 11) текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости, дисплей 12 машиниста (ДМ 12), блок 13 головного полукомплекта непрерывного контроля (БГПК 13) целостности тормозной магистрали 14 (ТМ 14) поезда, соединенный с блоком 15 полукомплекта хвостового вагона (БПХВ 15) состава поезда, через тормозную магистраль 14 поезда, а также через локомотивное радиопередающее устройство 16 (ЛРПУ 16) и бортовой локальный радиоканал 17 (БЛРК 17) соединен с радиопередающим устройством 18 (РПУ 18) блока 15 полукомплекта хвостового вагона состава поезда, которое по цепи питания связано с первым выходом автономного источника электропитания 19 (АИЭП 19), выполненного на базе пневмоэлектрогенератора 20 (ПЭГ 20), вход для подачи воздуха которого подключен к тормозной магистрали 14 (ТМ) поезда, при этом второй выход автономного источника электропитания 19 соединен с входом электропитания блока 21 (БСС 21) светового сигнала конца состава поезда. Оптоволоконный кабель 5 конструктивно выполнен в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути, с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути и содержащего внутренние элементы 22 механической связи (ВЭМС 22) между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля 5 и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами 23 (СОВ 23), изменяющими свои оптические параметры при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна 23 соединены с первыми портами связи перегонных блоков 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов (ПБФАСС 24), вторые порты связи которых подключены к портам связи напольных блоков 25 видеонаблюдения (БВН 25), в составе которых имеется блок 26 автоматической регистрации светового сигнала конца состава поезда (БАРКП 26), а другими концами соединены с соответствующими первыми портами станционного блока 27 формирования и анализа импульсных световых сигналов (СБФАСС 27), второй порт связи которого через сеть 4 передачи данных соединен с ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления.

Система интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала функционирует следующим образом.

Сформированное в ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления задание на перемещение поездов преобразуют в стационарном центре 1 радиоблокировки в конкретные команды управления движением и по радиоканалу с антенн стационарного центра 1 радиоблокировки или антенн перегонных базовых станций 3 передаются на борты локомотивов, где они поступают на блоки 10 расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными со стационарными центрами 1 радиоблокировки. В обратном направлении блоки 10 передают в ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления измеренные текущие параметры движения поездов и состояние рельсов, оцененное с помощью вихретоковых устройств 11 текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости. Результаты текущего контроля фактического состояния рельсов необходимы для правильного технического содержания рельсов, но не позволяют предотвратить движение поездов по дефектному рельсовому пути и таким образом не обеспечивают необходимый уровень безопасности движения. Надежная связь между стационарным центром 1 радиоблокировки с перегонными базовыми станциями 3 обеспечивается по оптоволоконному кабелю 5. Каждая базовая станция 3 покрывает свою зону радиосвязи с поездами и соединена также по радиоканалу с соседними базовыми станциями 3. Электропитание базовых станций 3 и расположенных с ними в общей конструкции блоков 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов и напольных блоков 25 видеонаблюдения для упрощения системы может осуществляется от общих источников электропитания. В частности, энергия электропитания может подаваться со станций, ограничивающих перегон, по оптоволоконному кабелю 5, если он является комбинированным, и наряду с оптоволоконными жилами для системы передачи данных и сенсорными оптическими волокнами, изменяющими свои оптические параметры при их деформации, содержит металлические проводники.

С помощью оптоволоконного кабеля 5 и связанной с ним дополнительной аппаратуры обеспечивается более высокий уровень безопасности и надежности при осуществлении контроля состояния и свободности пути на перегоне и управления движением поездов. Для этого перегонные блоки 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов в отсутствие на соответствующих путевых участках перегона формируют импульсные световые сигналы, поступающие в соответствующие им сенсорные оптические волокна 23, и по затуханию этих сигналов станционный блок 27 формирования и анализа импульсных световых сигналов интегрально определяет степень исправности элементов рельсового пути, отсутствие на нем посторонних препятствий или поездов.

Наличие повреждений, препятствий или появление поезда обуславливает возникновение внешних сил, воздействующих через конструктивные элементы железнодорожного пути на оболочку оптоволоконного кабеля 5. Воздействие этих сил через внутренние элементы механической связи 22 передаются на сенсорные оптические волокна 23, вызывая деформации кристаллической структуры оптоволокна, увеличение затухания для световых импульсных сигналов и появление отраженных импульсных световых сигналов. При обнаружении увеличения затухания система определяет границы местоположения и вид препятствий. Определения границ местоположения и определения вида препятствий выполняется на основе анализа характеристик отраженных последовательностей световых импульсов. При определении границ местоположения и вида препятствий световые импульсы поочередно с двух концов посылаются в сенсорные оптические волокна 23. Со стороны перегона они посылаются от перегонных блоков 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов, а со стороны станции они посылаются станционным блоком 27 формирования и анализа импульсных световых сигналов. Работа этих блоков синхронизируется по оптоволоконной линии связи и по ней же данные об отражении световых импульсов, отправленных о стороны перегонных блоков 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов, пересылаются от этих блоков в станционный блок 27 формирования и анализа импульсных световых сигналов. Этот блок 27 также формирует и передает импульсные световые сигналы в сенсорные оптические волокна 23, регистрирует и анализирует отраженные импульсные световые сигналы. Для лучшего распознавания и измерения параметров отраженных сигналов последовательности формируемых импульсных световых сигналов могут отличаться частотой, длительностью и поляризацией импульсов света.

Режимы обнаружения границ препятствий система чередует с режимами отправки накопленной информации в ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления и обмена управляющими командами и данными с напольными блоками 25 видеонаблюдения. Данные от блоков 25 видеонаблюдения представляют собой кадры видеосъемки проблемных участков железнодорожного пути и данные от блоков 26 автоматической регистрации светового сигнала последнего вагона поезда 7. Когда фиксируется прохождение мимо блока 25 видеонаблюдения светового сигнала последнего вагона поезда, эта информация немедленно передается в ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления по радиоканалу и сети 4 передачи данных.

Места подключения перегонных блоков 24 формирования и анализа импульсных световых сигналов к сенсорным оптическим волокнам 23 имеют постоянные и известные координаты и используются как дополнительные высоконадежные реперные точки. В моменты занятия и освобождения этих мест возникают сигналы, которые особенно надежно распознаются блоками формирования и анализа импульсных световых сигналов 27. Все результаты измерений и события снабжаются в системе метками глобального времени систем спутниковой навигации ГЛОНАС/GPS для целей синхронизации и возможности определения интервала времени, в котором данные сохраняют свою актуальность. После обработки данных о местоположении поездов и препятствий ЭВМ 2 центра диспетчерского контроля и управления через сеть 4 передачи данных и радиоканал передает на поезда управляющие приказы и уточненную координатную информацию, повышающие безопасность движения поездов и ускоряющие восстановление нормальной работы после сбоев в работе бортовых навигационных устройств. Для повышения точности в определении координат местоположения поезда блок 15 полукомплекта хвостового вагона состава поезда может содержать дополнительный приемник спутниковой навигации (на чертеже не показан), посредством которого при одновременной нормальной работе головного и хвостового приемников спутниковой навигации "след" занимаемый поездом, с учетом комплексного использования всех данных доступных из системы, вычисляется с минимальными разбросами при полноте уровня безопасности SIL4. Информация о развивающихся повреждениях железнодорожного пути используется для улучшения процессов технического обслуживания и ремонта. Световой сигнал конца состава поезда является необходимым для визуального контроля местоположения хвоста поезда для участников движения, а автоматизация его распознавания снижает влияние человеческого фактора на безопасность движения. Предлагаемая система также предотвращает случаи преждевременного размыкания путевых участков в системах АБ при потере шунта подвижной единицей, поскольку имеются параллельные независимые каналы определения наличия на пути подвижной единицы рельсового транспорта.

Преимущества предлагаемой системы состоят в том, что она заранее обнаруживает повреждения железнодорожного пути (провалы и выбросы земляного полотна, дефектные рельсы и их крепления) и различные другие препятствия движению (злоумышленники, автомобили, пешеходы, крупные животные, упавшие деревья и грузы и т.д.), а во время движения поездов регистрирует вибрации и удары неисправных элементов ходовой части поезда и рельсового пути. Система более надежно и быстро определяет отрыв хвостовой части состава, даже если часть тормозной магистрали перекрывается неисправным вентилем, так как сопоставляет расчетную координату хвоста поезда с реальной координатой места давления на путь последнего вагона поезда. Система позволяет также автоматически регистрировать проследование последнего вагона состава мимо пунктов установки камер видеонаблюдения. При этом безопасность и надежность системы существенно возрастают при малых затратах на получение этих результатов, так как используется уже необходимый для надежной системы передачи данных в радиоблокировке на основе радиоканала волоконно-оптический кабель. Дополнения заключаются только в изменении его конструкции и требований к месту и способу прокладки.