RU2820356C1 - Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам определения свободности участков пути, оборудованных системами с точечными путевыми датчиками, на которых обращается тяговый подвижной состав, оборудованный системами радиообмена данными. Система состоит из двух полукомплектов аппаратуры, установленной на счетных участках (1) станций, ограничивающих перегон (2), каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики (3), формирователь (4) сигналов, блок (5) приемников, блок (6) интерфейса со счетчиками осей, локальную магистраль (7) связи, блок (8) интерфейса с электрической централизацией, блок (9) управления, блок (10) интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем (11) с антенной. На каждом из промежуточных участков (12) железнодорожного перегона размещен по крайней мере один промежуточный счетный пункт (13), включающий стационарный приемопередающий блок (14) маломощного цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемопередающий GSM-модуль (15), порт управления стационарным приемопередающим блоком (14) маломощного цифрового радиоканала ближней связи, микроконтроллер (16), интерфейс (17) сопряжения, пассивный датчик (18) прохода колеса, автономный источник (19) питания. На каждом локомотиве (24) подвижного состава установлено приемопередающее устройство (25) каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали (26) соединено с центральным бортовым устройством (27) управления движением подвижного состава, в электронной памяти которого записаны электронные карты маршрутов движения локомотива, блок (28) точечных коррекций координат мест нахождения локомотива. Приемопередающие блоки (14) счетных пунктов и приемопередающие устройства (25) локомотивов (24) снабжены программными часами с возможностью их взаимной синхронизации в процессе радиообмена данными между счетным пунктом и локомотивом. Достигается повышение точности позиционирования локомотива без использования дифференциальной системы поправок для спутникового навигатора локомотива. 1 ил.

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для использования на участках, оборудованных системами с точечными путевыми датчиками и на которых обращается тяговый подвижной состав, оборудованный системами радиообмена данными.

Известна система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, содержащая два полукомплекта аппаратуры, установленных на счетных участках станций, ограничивающих перегон, причем каждый полукомплект содержит рельсовые датчики, установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, который через стационарный радиомодем соединен со стационарной антенной (RU 2238866, B61L 21/06, 27.10.04).

Известная система обладает недостаточной пропускной способностью при наличии длинных перегонов между станциями.

В качестве прототипа принята система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, состоящая из двух полукомплектов аппаратуры, установленной на счетных участках станций, ограничивающих перегон, каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем с антенной, на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт, включающий стационарный приемопередающий блок маломощного цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемопередающий GSM-модуль, порт управления стационарным приемопередающим блоком маломощного цифрового радиоканала ближней связи соединен с первым портом микроконтроллера, второй порт которого через интерфейс сопряжения соединен с пассивным датчиком прохода колеса, входы питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера подключены к автономному источнику питания, который состоит из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей, подключенных к входу второго стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля, первая аккумуляторная батарея соединена с входом первого стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора напряжения, на каждом локомотиве подвижного состава установлено приемопередающее устройство каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали соединено с центральным бортовым устройством управления движением подвижного состава (RU2452644, B61L 21/06, 10.06.2012).

Недостатком известной системы является ограниченность ее функциональных возможностей, обусловленная, тем, что известные точные координаты расположения счетных пунктов не используются системой для уточнения позиционирования локомотивов, например, для позиционирования локомотивов при въезде на соседние не кодированные боковые пути на станциях.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы.

Технический результат достигается тем, что в системе для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, состоящей из двух полукомплектов аппаратуры, установленной на счетных участках станций, ограничивающих перегон, каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем с антенной, на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт, включающий стационарный приемопередающий блок маломощного цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемопередающий GSM-модуль, порт управления стационарным приемопередающим блоком маломощного цифрового радиоканала ближней связи соединен с первым портом микроконтроллера, второй порт которого через интерфейс сопряжения соединен с пассивным датчиком прохода колеса, входы питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера подключены к автономному источнику питания, который состоит из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей, подключенных к входу второго стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля, первая аккумуляторная батарея соединена с входом первого стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора напряжения, на каждом локомотиве подвижного состава установлено приемопередающее устройство каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали соединено с центральным бортовым устройством управления движением подвижного состава, в электронной памяти которого записаны электронные карты маршрутов движения локомотива, согласно изобретению на каждом локомотиве установлен блок точечных коррекций координат мест нахождения локомотива вход/выход которого подключен к локальной магистрали, при этом приемопередающие блоки счетных пунктов и приемопередающие устройства локомотивов снабжены программными часами, с возможностью их взаимной синхронизации в процессе радиообмена данными между счетным пунктом и локомотивом.

На чертеже приведена функциональная схема системы для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне.

Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне состоит из двух полукомплектов аппаратуры (на чертеже показан один полукомплект аппаратуры), установленной на счетных участках 1 станций, ограничивающих перегон 2, каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики 3, которые через формирователь 4 сигналов соединены с входом блока 5 приемников, выход которого через блок 6 интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью 7 связи, к которой подключены блок 8 интерфейса с электрической централизацией, блок 9 управления и блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем 11 с антенной, на каждом из промежуточных участков 12 железнодорожного перегона размещен, по крайней мере, один промежуточный счетный пункт 13, включающий стационарный приемопередающий блок 14 маломощного цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемопередающий GSM-модуль 15, порт управления стационарным приемопередающим блоком 14 маломощного 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 приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 16 подключены к автономному источнику 19 питания, который состоит из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей 20 и 21, подключенных к входу второго стабилизатора 22 напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля 15, первая аккумуляторная батарея 20 соединена с входом первого стабилизатора 23 напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 16, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора 22 напряжения, на каждом локомотиве 24 подвижного состава установлено приемопередающее устройство 25 каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали 26 соединено с центральным бортовым устройством 27 управления движением подвижного состава, в электронной памяти которого записаны электронные карты маршрутов движения локомотива, на каждом локомотиве 24 установлен блок 28 точечных коррекций координат мест нахождения локомотива вход/выход которого подключен к локальной магистрали 26, при этом приемопередающие блоки 14 счетных пунктов и приемопередающие устройства 25 локомотивов 24 снабжены программными часами, с возможностью их взаимной синхронизации в процессе радиообмена данными между счетным пунктом и локомотивом.

Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне работает следующим образом.

Полукомплекты работают попарно в двух основных режимах приема и отправления. Когда один полукомплект работает в режиме отправления, другой работает в режиме приема. В режиме отправления состава со станции на вход блока 8 интерфейса с электрической централизацией поступает сигнал отправления на прилегающую станцию, который через локальную магистраль 7 связи передается в виде кодовой посылки блоку 9 управления. При въезде первой колесной пары на счетный участок 1 на вход блока 8 поступает сигнал занятости контрольного участка 1, который в виде кодовой посылки через локальную магистраль 7 связи передается блоку 9 управления. Блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи передает блоку 6 интерфейса со счетчиками осей команду на включение счета осей. Блок 6 включает блок 5 приемников, получающий входные сигналы прохода колесных пар поезда от рельсовых датчиков 3.

Информацию о проходе всего состава по счетному участку 1 железнодорожного перегона 2 формирует блок 8 в виде кодовой посылки, которая передается через локальную магистраль 7 связи в блок 9 управления. По этой же локальной магистрали блок 9 управления получает от блока 6 информацию о количестве осей состава, прошедших по счетному участку 1. Далее блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи передает в блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи информацию о количестве осей в составе, прошедшем по счетному участку 1. Эта информация через радиомодем 11 по радиоканалу дальней цифровой радиосвязи поступает в бортовое приемопередающее устройство 25 локомотива 24 подвижного состава, уходящего со станции. Полученная информация о количестве осей в составе через локальную магистраль 26 записывается в память центрального бортового устройства 27 управления движением поезда.

В режиме приема состава на станцию передатчик бортового приемопередающего устройства 25 локомотива 24 по каналу дальней цифровой радиосвязи передает информацию о количестве осей в его составе в стационарный радиомодем 11 дальней цифровой радиосвязи полукомплекта принимающей станции. Эта информация через блок 10 интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи и локальную магистраль 7 связи поступает в блок 9 управления на принимающей станции. После прохода всего прибывающего состава по счетному участку 1 (аналогично рассмотренному при отправлении поезда) блок 9 управления через локальную магистраль 7 связи получает от блока 6 информацию о количестве осей состава, прошедших по счетному участку 1 принимающей станции. Блок 9 управления сравнивает посчитанное блоком 6 число осей и информацию о количестве осей, поступившую с локомотива 24, и при совпадении чисел передает через локальную магистраль 7 связи команду в блок 8 принимающей станции на выдачу сигнала прибытия поезда в полном составе. Блок 8 вырабатывает соответствующий сигнал прибытия в полном составе и формирует кодовую посылку, которую передает через локальную магистраль 7 связи в блок 9 управления, и система приходит в исходное состояние. Для повышения пропускной способности локомотив 24 в процессе движения по перегону 2 может активизировать работу нескольких (в случае длинных перегонов) промежуточных счетных пунктов 13 для координатного контроля постепенного освобождения участков пути перегона 2. Эта возможность имеется для локомотивов, оборудованных современными устройствами управления (например, КЛУБ-У). В устройствах управления КЛУБ-У в электронной памяти центрального бортового устройства управления движением поезда содержится карта маршрута с координатной привязкой местоположения путевых устройств, а также имеется подсистема определения текущей координаты местонахождения локомотива 24.

При проследовании локомотивом 24 перегонного промежуточного счетного пункта 13, система работает следующим образом.

При приближении локомотива 24 к очередному промежуточному счетному пункту 13, центральное бортовое устройство 27 управления активизирует в бортовом приемопередающем устройстве 25 приемопередатчик маломощного цифрового радиоканала связи, который на небольшом расстоянии от счетного пункта 13 через свою бортовую антенну вызывает стационарный приемопередающий блок 14 маломощного цифрового радиоканала ближней связи этого промежуточного счетного пункта 13, используя известный из электронной карты маршрута адрес вызова по радио этого приемопередающего блока 14. Вызов, принятый блоком 14, переключает аппаратуру промежуточного счетного пункта 13 из ждущего режима, обеспечивающего малый ток потребления, в режим нормального функционирования и радиообмена данными. В этом режиме блок 14 принимает от бортового приемопередающего устройства 25, приближающегося локомотива 24, пакет с информацией об адресе бортового приемопередающего устройства 25 приближающегося локомотива 24, числа осей в составе поезда, признак следования поезда в полном составе и данные для синхронизации программных часов в микроконтроллере 16. В ответе блок 14 передает информацию на локомотив 24 о точной координате пассивного датчика 18 прохода колеса и диагностическую информацию о своей готовности и исправности аппаратуры счетного пункта 13. Принятую информацию от блока 14, бортовое приемопередающее устройство 25 локомотива 24 передает в центральное бортовое устройство 27 управления для проверки идентификационных и диагностических данных аппаратуры данного промежуточного счетного пункта 13. После прохода первой оси локомотива 24 над датчиком 18 прохода колеса данные о моменте времени прохода немедленно передаются в центральное бортовое устройство 27 управления локомотивом 24 и используются на локомотиве 24 для уточнения координаты его места нахождения.

Далее происходит процесс счета осей аналогичный уже рассмотренному ранее и отсылка результатов счета осей с счетного пункта 13 на локомотив 24.

Поскольку скорость передачи по маломощному цифровому радиоканалу связи диапазона ISM достигает 50 килобод, а дальность надежной связи составляет до 4.8 км (см. https://en.wikipedia.org/wiki/LoRa#LoRaWAN), сеансы надежного радиообмена между промежуточным счетным пунктом 13 и приближающимся к нему и затем удаляющимся от него локомотивом 24 завершаются в течение короткого времени. Это позволяет с помощью небольшой батареи (например, Tadiran TL-5135 напряжением 3.6 В, емкостью 1700 мА⋅ч, диапазоном рабочих температур -55°С +85°C, и временем саморазряда 10 лет) обеспечить длительную работу аппаратуры промежуточного счетного пункта 13 без подзарядки батареи. Отсутствие необходимости в частой подзарядке батареи позволяет исключить потребность в проводах для подвода питания к промежуточным счетным пунктам 13, что обеспечивает существенное преимущество предлагаемой системы по сравнению с такими известными системами с промежуточными пунктами счета осей, как микропроцессорная полуавтоматическая блокировка разработки НПЦ «Промэлектроника» УрГУПС. Применение маломощного радиоканала цифровой радиосвязи диапазона ISM существенно удешевляет аппаратуру промежуточного счетного пункта 13 из-за малых габаритов и стоимости компонентов оборудования. Для сохранения этих преимуществ может использоваться, например, пассивный датчик прохода колеса 18 (типа рельсовой педали), потребляющий электроэнергию с выхода микроконтроллера 16 только во время счета осей. Активный режим приемопередающего блока 14 и микроконтроллера 16 сохраняется только во время их взаимодействия с проходящим локомотивом 24. Блок 14 передает на локомотив 24 пакет информации, содержащей кодовый сигнал проследования поезда в полном составе, когда количество посчитанных осей соответствует полученному счетным пунктом 13 от локомотива 24 в процессе радиообмена. Центральное бортовое устройство 27 использует информацию от промежуточного счетного пункта 13 для контроля следования поезда в полном составе и интервального регулирования. После получения с уходящего локомотива 24 подтверждение приема пакета информации, (или же не получения такого подтверждения), через заданный промежуток времени микроконтроллер 16 сбрасывает устаревшие данные и переводит всю электронику счетного пункта 13 в ждущий режим с микро потреблением тока.

На станциях, где имеются не кодируемые боковые пути, для расширения области применения системы, счетные пункты 13 осей могут быть размещены в начале этих боковых путей. Также, как и в случае уже рассмотренных, эти пункты позволяют контролировать следование поездов мимо этих пунктов в полном составе и кроме этого обеспечивать с точностью до 0.5-1 м позиционирование локомотивов 24 на этих боковых путях. Такая точность позиционирования позволяет использовать автоматическое управление движением локомотива 24 при следовании по соседним не кодированным боковым путям станции, расстояние между которыми составляет не менее 1,5 м.

Для достижения требуемой точности позиционирования, в процессе радиообмена по каналу радиосвязи диапазона ISM, блоком 28 точечных коррекций координат мест нахождения локомотива 24 вырабатываются расчетные поправки к текущей координате места нахождения локомотива 24 превышающие точность, которую обеспечивает внутренний спутниковый навигатор (на чертеже не показан) центрального бортового устройства 27 локомотива 24. Для это блок 28 использует точные значения координаты расположения рельсового датчика 18 каждого ближайшего, впереди расположенного по ходу движения локомотива 24, счетного пункта 13. Расчетные поправки на локомотиве 24 рассчитываются в центральном бортовом устройстве 27 с использованием точно синхронизированных по времени программных часов на счетном пункте 13 и программных часов на локомотиве 24. На локомотиве 24 блок 28 точечных коррекций координат мест нахождения локомотива 24 увязывает точную координату этого рельсового датчика 18 на электронной карте текущего маршрута движения локомотива 24, с точными моментами времени синхронизированных программных часов локомотива 24 и счетного пункта 13, к которому он приближается.

В соответствии с графиком движения и оперативной поездной обстановкой из блока 9 управления на локомотивы 24 передается сообщение с рекомендованной скоростью движения. Измеренное значение количества осей и вычисленная длина поезда после проезда каждого счетного пункта 13 сохраняются в памяти блока 9 управления и сравниваются с соответствующими значениями при проезде других контрольных пунктов для проверки целостности поезда. Моменты времени проследования счетных пунктов 13 головой и хвостом поездов используются вместе с известной и допустимой скоростями их движения для эффективного интервального регулирования движения.

Это обеспечивает повышение безопасности движения и пропускной способности станций и способствует внедрению беспилотного вождения поездов при сравнительно малых затратах на модернизацию аппаратуры.

При опциональном использовании GSM-модуля 15 для увеличения дальности радиосвязи сверх возможностей передачи данных по маломощному радиоканалу цифровой радиосвязи диапазона ISM, для питания GSM-модуля 15 можно использовать вторую (дополнительную) аккумуляторную батарею 21, которая последовательно соединяется с первой аккумуляторной батареей 20. Второй стабилизатор 22 напряжения постоянного тока (в отличие от первого 23) управляется логическим сигналом с управляющего выхода микроконтроллера 16, который управляет подачей питания на GSM-модуль 15, т.е. включает его только тогда, когда с помощью приемопередающего блока 14 не удается связаться с удаляющимся локомотивом 24 по маломощному радиоканалу цифровой радиосвязи диапазона ISM. Для того чтобы минимизировать ошибку момента синхронизации по времени между микропроцессорными часами радио приемопередатчиков на локомотивах и счетных пунктах момент синхронизации выбирает локомотивная аппаратура, после установления надежной и быстрой по времени связи с аппаратурой счетного пункта 13. Для этого контролируется время задержки между отправляемым с локомотива 24 запросом и ответом от аппаратуры счетного пункта 13. С учетом высокой скорости обмена данными в ISM диапазоне частот связи легко достигается задержка менее 0.1 сек. Это достаточно для того, чтобы точность позиционирования локомотива с учетом точной координаты места расположения колесного датчика 18 счетного пункта 13 обеспечивалась в пределе 0,5 м.

Это позволяет получит достаточную точность позиционирования локомотива для направления его по выбранному боковому пути на станции без использования дифференциальной системы поправок для спутникового навигатора локомотива.

Изобретение позволяет не ставить на локомотив дорогое высокоточное устройство спутниковой навигации. Это удешевляет и позволяет дополнительно улучшить режим автоведения поезда за счет временного интервального регулирования, когда нет заранее заданного графика движения. Повышение точности измерения координат поезда повышает безопасность движения, включая беспилотные системы вождения поездов.

Claims (1)

1. Система для определения свободности от подвижного состава участков пути на железнодорожном перегоне, состоящая из двух полукомплектов аппаратуры, установленной на счетных участках станций, ограничивающих перегон, каждый полукомплект аппаратуры содержит установленные на контрольном путевом участке соответствующего счетного участка рельсовые датчики, которые через формирователь сигналов соединены с входом блока приемников, выход которого через блок интерфейса со счетчиками осей соединен с локальной магистралью связи, к которой подключены блок интерфейса с электрической централизацией, блок управления и блок интерфейса с радиоканалом дальней цифровой радиосвязи, к которому подключен радиомодем с антенной, на каждом из промежуточных участков железнодорожного перегона размещен по крайней мере один промежуточный счетный пункт, включающий стационарный приемопередающий блок маломощного цифрового радиоканала ближней связи, который дополнительно содержит приемопередающий GSM-модуль, порт управления стационарным приемопередающим блоком маломощного цифрового радиоканала ближней связи соединен с первым портом микроконтроллера, второй порт которого через интерфейс сопряжения соединен с пассивным датчиком прохода колеса, входы питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера подключены к автономному источнику питания, который состоит из двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей, подключенных к входу второго стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу питания приемопередающего GSM-модуля, первая аккумуляторная батарея соединена с входом первого стабилизатора напряжения, выход которого предназначен для подключения к входам питания стационарного приемопередающего блока и микроконтроллера, который управляющим выходом соединен с входом включения/выключения второго стабилизатора напряжения, на каждом локомотиве подвижного состава установлено приемопередающее устройство каналов дальней и ближней цифровой радиосвязи, которое посредством локальной магистрали соединено с центральным бортовым устройством управления движением подвижного состава, в электронной памяти которого записаны электронные карты маршрутов движения локомотива, отличающаяся тем, что на каждом локомотиве установлен блок точечных коррекций координат мест нахождения локомотива, вход/выход которого подключен к локальной магистрали, при этом приемопередающие блоки счетных пунктов и приемопередающие устройства локомотивов снабжены программными часами с возможностью их взаимной синхронизации в процессе радиообмена данными между счетным пунктом и локомотивом.

Images