Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДЛЯ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ПЕРЕГОНАХ

Изобретение относится к устройствам сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте и может быть использовано в системах для интервального регулирования движения поездов на перегонах, преимущественно на блок-участках, путевая инфраструктура которых допускает движение пассажирских поездов со скоростью выше 160 км/ч.

Известна система интервального регулирования движения поездов на перегонах, содержащая устройства трехзначной автоблокировки (АБ) с рельсовыми цепями, соединенные с постовыми устройствами электрической централизации (ЭЦ) станций, ограничивающих перегон, и диспетчерский центр управления, который линией магистральной связи соединен с постовыми устройствами ЭЦ, при этом диспетчерский центр управления радиоканалом дальней цифровой связи соединен с бортовыми устройствами управления локомотивов поездов, вовлеченных в диспетчерское управление, на каждом из которых бортовые устройства управления соединены с бортовыми приемниками спутниковой навигации (RU 2387563, B61L 27/00, 27.04.2010).

В известной системе интервального регулирования движения поездов на перегонах безопасные скорости и интервалы между попутно следующими на перегонах поездами автоматически поддерживаются локомотивными бортовыми устройствами управления совместно с устройствами АБ. На каждом из локомотивов бортовое устройство управления непрерывно вычисляет текущие координаты местонахождения и скорость движения поезда с учетом программы автоведения. С учетом информации о длине поезда и его скорости, а также длины блок-участка по маршруту следования бортовое устройство периодически рассчитывает прогнозируемый момент времени освобождения очередного блок-участка и передает эти данные по радиоканалу цифровой связи в диспетчерский центр управления. В диспетчерском центре управления на основе полученных данных передают по цифровому радиоканалу связи рассчитанное время смены желтого огня на зеленый огонь на втором светофоре по ходу движения поезда.

Однако известная система содержит большое количество дорогостоящей аппаратуры дальней цифровой радиосвязи, включающей при большой длине перегонов промежуточные ретранслирующие устройства радиосвязи, а управление из одного центра диспетчерского управления при неисправности аппаратуры центра или линий связи с ним может привести к прекращению управления движением на всем перегоне.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система интервального регулирования движения высокоскоростных поездов на перегоне, содержащая блоки путевой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, установленные на блок-участках перегона и соединенные между собой линией связи, на локомотиве каждого поезда, вовлеченного в перевозочный процесс на перегоне, в состав бортового устройства управления включен блок локомотивной аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, на каждом блок-участке входы блока путевой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия подключены к выходам установленных на блок-участке устройств трехзначной автоблокировки с проходными светофорами и рельсовыми цепями, а выход - к рельсовой линии блок-участка, в начале каждого блок-участка установлено приемопередающее устройство с маломощным передатчиком, вход/выход которого подключен через блок сопряжения к выходу/входу блока путевой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, на локомотивах поездов дополнительно установлены бортовое приемопередающее устройство с маломощным передатчиком и бортовой модуль сопряжения, первый порт которого подключен к выходу/входу бортового приемопередающего устройства, второй порт - к выходу/входу бортового устройства управления, а выход соединен с входом дисплея машиниста, при этом приемопередающие устройства последовательно расположенных блок-участков и бортового приемопередающего устройства выполнены с возможностью самоорганизации цифровой сети радиосвязи частотного диапазона ISM или GSM, при этом система также включает на станциях, ограничивающих перегон, станционные посты электрической централизации, входы/выходы которых по каналу связи подключены к соответствующим выходам/входам блоков путевой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (RU 2511748, B61L 23/16, 10.04.14).

Данная система обладает высокой отказоустойчивостью из-за децентрализованного расположения аппаратуры на перегоне и имеет повышенную информативность, за счет использования дополнительного информационного канала о свободности более чем трех блок-участков перегона. Это позволяет увеличить пропускную способность и эффективность ведения высокоскоростных поездов на перегоне при сравнительно небольших затратах на оборудование блок-участков пути.

Недостатком этой системы является ее сравнительная техническая сложность, обусловленная наличием приемопередающей аппаратуры маломощного цифрового радиоканала связи в составе путевой аппаратуры сигнальных точек на перегоне.

Технический результат изобретения заключается в упрощении, при сохранении ее эффективности в управлении движением высокоскоростных поездов на перегонах.

Технический результат достигается тем, что в системе для интервального регулирования движения поездов на перегонах, содержащей на пути перегона устройства трехзначной автоблокировки с рельсовыми цепями блок-участков, блоки путевой аппаратуры которых соединены между собой линией связи и с постовыми устройствами электрической централизации станций, ограничивающих перегон, на локомотиве каждого поезда, вовлеченного в перевозочный процесс на перегоне, в состав бортового устройства управления включен блок локомотивной аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия и радиомодем коротковолнового и/или ультракоротковолнового частотного диапазона, первый порт которого соединен с первым портом бортового устройства управления, второй порт которого соединен с портом дисплея отображения информации, согласно изобретению второй порт радиомодема соединен с первым портом микропроцессорного блока управления радиомодемом, обладающим функцией узла временной локальной мобильной радиосети с топологией типа MESH, второй порт микропроцессорного блока соединен с портом блока приемника сигналов спутниковой навигации, при этом в состав микропроцессорного блока включены первый и второй таймеры-счетчики, модуль постоянной памяти, в котором записаны координаты границ и соответствующих им номера виртуальных участков всех путей перегонов, и модуль оперативной памяти для адресов и данных, полученных от узлов локальной мобильной радиосети с топологией типа MESH, в которую входит радиомодем, при этом координатором локальной мобильной радиосети является радиомодем локомотива первого из группы поездов, координата текущего места положения которого ближе, чем у остальных локомотивов к концу перегона.

На чертеже приведена схема предлагаемой системы для интервального регулирования движения поездов на перегонах.

Система для интервального регулирования движения поездов на перегонах содержит на пути каждого перегона устройства трехзначной автоблокировки с рельсовыми цепями блок-участков 1 и проходными светофорами 2, блоки 3 путевой аппаратуры которых соединены между собой линией связи и с постовыми устройствами 4 электрической централизации станций, ограничивающих перегон, на локомотиве 5 каждого поезда, вовлеченного в перевозочный процесс на перегоне, в состав бортового устройства 6 управления включен блок 7 локомотивной аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия и радиомодем 8 коротковолнового и/или ультракоротковолнового частотного диапазона, первый порт которого соединен с первым портом бортового устройства 6 управления, второй порт которого соединен с портом дисплея 9 отображения информации, второй порт радиомодема 8 соединен с первым портом микропроцессорного блока 10 управления радиомодемом, обладающим функцией узла временной локальной мобильной радиосети с топологией типа MESH, второй порт микропроцессорного блока 10 соединен с портом блока 11 приемника сигналов спутниковой навигации, при этом в состав микропроцессорного блока 10 включены первый 12 и второй 13 таймеры-счетчики, модуль 14 постоянной памяти, в котором записаны координаты границ и соответствующих им номера виртуальных участков всех путей перегонов, и модуль 15 оперативной памяти для адресов и данных, полученных от узлов локальной мобильной радиосети с топологией типа MESH, в которую входит радиомодем 8, при этом координатором локальной мобильной радиосети является радиомодем 8 локомотива 5 первого из группы поездов, координата текущего места положения которого ближе, чем у остальных локомотивов к концу перегона.

Система для интервального регулирования движения поездов на перегонах работает следующим образом.

При автоблокировке проходные светофоры 2 являются основным средством регулирования, а для повышения безопасности движения системы автоблокировки дополняются устройствами АЛСН, которые обеспечивают передачу в кабину машиниста информации о состоянии свободности или занятости трех блок-участков 1, ближайших по ходу движения поезда. Это ограничивает скорость движения пассажирских поездов, движущихся до 160 км/ч к светофорам 2 с зеленым огнем, в том числе и тогда, когда путевая инфраструктура блок-участка 1 за этим светофором 2 позволяет движение с большей скоростью. В случаях когда, в дополнение к информации АЛСН числового кода, имеется возможность передачи на локомотивы 5 высокоскоростных пассажирских поездов информации о состоянии свободности и допустимых скоростях движения, по условиям состояния путевой инфраструктуры более чем трех блок-участков 1, скорость движения может быть повышена градациями по 10-20 км/ч, для каждого дополнительного блок-участка. Такая возможность имеется при наличии на локомотивах 5 и на пути исправных устройств многозначной АЛСН. При отсутствии таких устройств или их отказах, предлагаемая система дополнительно обеспечивает возможность движения под зеленый огонь светофора со скоростью более 160 км/ч за счет того, что бортовые устройства управления 6 локомотивов 5 при их приближении к очередному светофору 2 получают необходимую информацию, о возможности движения под зеленый огонь светофора 2 со скоростью более 160 км/ч через бортовые радиомодемы 8.

То есть при свободности большого количества блок-участков 1 с допустимыми скоростями движения, например до 290 км/ч, скорость поезда с каждым последующим блок-участком 1 при необходимости, может постепенно повышаться до 290 км/ч, пока не поступит информация об ограничении скорости.

В системе чередуются циклы формирования временных локальных мобильных сетей связи между радиомодемами 8 локомотивов 5, находящихся на перегоне и циклы обмена информации между этими радиомодемами 8 о параметрах текущих планов движения локомотивов 5 для взаимного согласования этих планов движения в бортовых устройствах 6 управления. Для этого в бортовых устройствах 6 управления работают первый 12 и второй 13 таймеры-счетчики. Первый таймер-счетчик 12 синхронизируются от приемника 11 спутниковой навигации, а второй таймер-счетчик 13 синхронизируется от первого таймера-счетчика 12. Первый таймер-счетчик 12 формирует чередующиеся циклы формирования временных локальных мобильных сетей связи между радиомодемами 8. А второй таймер-счетчик 13 задает временные интервалы определенной длительности и считает их текущее количество в пределах циклов присвоения номеров узлам мобильной радиосети. По номеру временного интервала микропроцессорный блок 10 управления радиомодемом 8 координатора радиосети определяет номер текущего виртуального участка пути перегона, на котором находится соответствующий ему локомотив 5. Для этого он сопоставляет данные о текущей координате из блока 11 приемника сигналов спутниковой навигации и данные о координатах границ виртуального участка с номером, равным номеру текущего временного интервала во втором таймере-счетчике 13 с данными из модуля 14 постоянной памяти, в котором записаны координаты границ виртуальных участков. После этого радиомодем 8 соответствующего локомотива 5 и узел сети, который ему будет соответствовать, получают номер, равный номеру этого виртуального участка для присоединения к временной локальной мобильной радиосети связи в следующем цикле работы системы. В следующем цикле работы системы происходит формирование временных локальных мобильных сетей связи между радиомодемами 8 локомотивов 5. Формирование их начинается в порядке места положения на пути данного направления поездов, считая от последнего занятого виртуального участка пути в конце перегона. Соответствующий радиомодем 8 локомотива 5, занимающего этот виртуальный участок, передает широковещательный запрос на то, чтобы быть координатором первой, считая от конца перегона, временной локальной мобильной сети связи.

Этот радиомодем 8 получает ответы от радиомодемов 8 локомотивов 5, находящихся в области устойчивой радиосвязи с ним, на несущей радиочастоте KB и/или УКВ диапазона радиочастот. Эти радиомодемы 8 радиомодем 8 координатора включает в первый ярус своей самоорганизующееся временной локальной мобильной радиосети связи. Каждый из присоединенных к сети координатора радиомодемов 8 ретранслирует затем запрос радиомодемов 8 локомотивов 5, находящихся в области неустойчивой радиосвязи с координатором, но устойчивой радиосвязи с ними и так далее до завершения присоединения к временной локальной мобильной радиосети связи всех радиомодемов 8, с которыми удается связаться. Такая локальная мобильная радиосеть связи сама организуется по топологии типа MESH с использованием нумерации ее узлов в порядке, соответствующем номерам виртуальных участков пути перегона, занимаемых локомотивами 5. Процесс формирования второй локальной мобильной радиосети связи начинается через заданный интервал времени, достаточный для формирования первой радиосети с того, что радиомодем 8 локомотива 5, имеющего координату ближе к концу перегона, чем остальные радиомодемы 8, с которыми он пытается связаться, обнаруживает себя не подсоединенным к сети первого координатора. Тогда он, подобно первому координатору, становится вторым координатором и аналогичным образом формирует вторую локальную мобильную радиосеть связи. И так далее до завершения таймером-счетчиком 12 цикла формирования локальных мобильных радиосетей связи на перегоне. В результате, на перегоне, в цикле формирования локальных мобильных сетей связи может образоваться одна или более одной таких локальных мобильных сетей связи. В процессе радиообмена радиомодем 8, ставший координатором своей локальной радиосети, передает пакеты данных по маршрутам, требующим минимальное число переходов между узлами сети или по альтернативным маршрутам с большим количеством переходов, но с более надежной доставкой данных. Надежность доставки данных определяется во время приема пакетов данных радиомодемами 8 с помощью вычисления микропроцессорным блоком 10 интенсивности искажений битов информации (BERR). Если его BERR превышает установленную норму, соответствующий радиомодем 8 запрашивает у координатора повторную передачу данных по альтернативному маршруту. Поскольку минимальная дальность связи радиомодемов 8 между собой в диапазоне УКВ составляет 5-10 км, то более чем одна локальная мобильная радиосеть связи на перегоне может образоваться только на длинных перегонах и при весьма малой плотности нахождения поездов на всех путях перегона в очередном цикле формирования локальных мобильных сетей связи. Образование нескольких локальных мобильных сетей связи на перегоне 1 не мешает эффективности управления движением поездов, поскольку поезда одного направления и пути движения, относящиеся к разным локальным мобильным сетям связи, в этом случае так удалены друг от друга, что их движение, даже высокоскоростное, независимо. Для эффективного интервального регулирования движения поездов и ускорения радиообмена координатор сети производит доставку подробной информации о планах движения, обычно для двух поездов, следующих в одном направлении и по одному пути перегона, только вслед за каждым таким поездом, который имеет текущие или планируемые в ближайшее время ограничения по максимальной скорости его движения и при дистанции попутного следования за ним ближайшего поезда из группы менее 10 км. В то же время, для повышения безопасности движения все поезда группы получают предупреждения от поездов встречного направления, и поездов на других путях перегона об опасностях, находящихся впереди по ходу движения, если такие предупреждения имеются. Это могут быть предупреждения об опасности лобового столкновения или опасностях, связанных с нарушением габарита приближения, наличия на путях посторонних предметов, автотранспорта, людей и животных, листвы, повреждений железнодорожного пути и т.д.

Регистрация адресов всех радиомодемов 8 в локальной мобильной сети связи осуществляется микропроцессорным блоком 10, который управляет радиомодемом 8 координатора радиосети. Он хранит адреса в модуле 15 оперативной памяти. Данные узлов локальной мобильной радиосети поступают в память микропроцессорного блока 10 одновременно с присоединением узлов к мобильной радиосети. Микропроцессорный блок 10, управляющий радиомодемом 8 координатора радиосети, записывает в блок 15 оперативной памяти пакеты данных с текущим планом движения, соответствующих поездов своей группы, следующих за его поездом по тому же пути и предупреждения о препятствиях от других поездов группы. Каждый такой блок 10 выполняет роль подвижного центра согласованного управления для каждой группы поездов, объединенной его локальной мобильной сетью связи. Это позволяет бортовым устройствам 6 управления локомотивов 5 поездов группы согласованно оптимизировать планы своего движения так, как будто они управляются из единого подвижного центра диспетчерского управления. Эта схема управления обладает большей живучестью по сравнению с полностью централизованным управлением на каждом перегоне из стационарного центра диспетчерского управления, используемом в известных технических решениях.

В процессе образования структуры сети MESH микропроцессорный блок 10 координатора, вместе с формированием своей локальной радиосети, выполняет функции приоритетной рассылки сообщений. При этом он учитывает приоритеты, связанные со спецификой управления движением своей группы поездов. Например, он, прежде всего, формирует пути передачи другим поездам (ближайшим двум или более следующим за каждым поездом, имеющим план ограничения скорости), информации необходимой для согласованного управления их движением. Также микропроцессорный блок 10 координатора формирует и передает предупреждения об опасности локомотивам 5, ближайшим по координате к месту этой опасности, с обеспечением дополнительной надежности при доставке этой информации, например за счет дублирования путей передачи информации, ответственной за безопасность движения поездов.

Минимальная информация о плане движения одного поезда может содержать направление движения поезда, текущую скорость и координату его локомотива 5, показания светофоров 3 впереди лежащих блок-участков 1 и информацию о постоянных и временных ограничениях скорости на этих блок-участках 1. Расширенная информация может дополнительно включать длину состава поезда или текущую координату местоположения последнего вагона состава, если поезд оборудован блоком хвостового вагона со своим спутниковым навигатором и устройством контроля целостности состава поезда и т.д. Перед тем, как локомотив 5 первого поезда в группе покидает данный перегон, микропроцессорный блок 10, управляющий его радиомодемом 8, передает функции координатора мобильной радиосети управления радиомодему 8 локомотива 5 следующего за ним поезда, если в это время между радиомодемами 8 этих поездов поддерживается устойчивая радиосвязь. Это упрощает и ускоряет процесс реконфигурации данной мобильной радиосети в следующем цикле формирования временных локальных мобильных сетей связи.

Заявляемая система имеет более высокую живучесть, надежность и безопасность, за счет децентрализованного расположения аппаратуры связи и из-за отсутствия этой аппаратуры на пути. При этом она имеет функциональные возможности подобные централизованной системе управления движением и особенно эффективна для длинных перегонов высокоскоростных линий, при относительно малой плотности движения поездов по одному из путей перегона.