СПОСОБ И СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
METHOD AND SYSTEM FOR ROLLING STOCK MONITORING

Изобретение относится к системам диспетчерского управления рельсовыми транспортными средствами, а именно к устройствам регистрации и определения местоположения подвижного состава [B61L25/02].
Из уровня техники известен КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕТА ВАГОНООБОРОТА [RU110354 (U1), опубл.: 20.11.2011], характеризующийся тем, что он содержит систему считывания номеров вагонов, систему обработки и передачи считываемых данных, систему распознавания номеров вагонов, систему централизованного сбора, передачи и долговременного хранения данных, автоматизированное рабочее место (АРМ) администратора, при этом система считывания номеров вагонов содержит, по крайней мере, одну точку считывания, выполненную в виде двух опор, установленных по обе стороны от контролируемого железнодорожного пути, на которые монтируются блок оптической регистрации, снабженный телекамерами, и осветительный блок, образованный светодиодными светильниками, а также содержащий датчиковую подсистему позиционирования вагона, состоящую из датчиков, размещенных на опорах, и магнитных датчиков, размещенных на одном рельсе по разные стороны от оси, соединяющей противоположные телекамеры, система обработки и передачи считываемых данных связана с системой считывания номеров вагонов, снабжена локальным сервером и содержит размещенные в контейнере контроллер, модуль локальной передачи данных, модуль удаленной передачи данных, система распознавания номеров вагонов связана с системой обработки и передачи считываемых данных и на каждой из точек считывания содержит видеосервер, программные модули счета вагонов, видеозахвата, распознавания номеров вагонов, оперативный архив видеоданных и архив составов, система централизованного сбора, передачи и долговременного хранения данных представляет собой центральный пост, содержащий долговременное хранилище данных, состоящее из накопительных модулей, программный модуль ведения баз данных и центральный сервер управления, связанный с системами считывания, распознавания через сеть Ethernet и снабженный программным модулем интеграции с АСУ предприятия, автоматизированное рабочее место (АРМ) администратора содержит программный модуль мониторинга состояния комплекса (КАУ-В) и программный модуль управления системой считывания.
Недостатком аналога является низкая надежность комплекса, высокая трудоемкость его монтажа и обслуживания и высокие трудозатраты в изготовлении, обусловленные его сложной конструкцией и наличием большого количества внешних датчиков распознавания вагонов.
Также известна СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТАНЦИИ [RU2567306 (C1), опубл.: 10.11.2015] , содержащая установленные на рельсовых цепях стрелок, отделяющих пути горизонтальных парков станции от маневровых районов и от входной и выходной горловин станции, реверсивные датчики счета осей, выходами подключенные через блок обработки сигналов к первому входу блока расчета скорости подвижного объекта, выход которого соединен с входом блока определения колесной формулы подвижного объекта, вторым входом подключенного ко второму выходу блока обработки сигналов, а выходом - к первому входу центрального процессора, второй вход которого соединен через последовательно соединенные блок формирования динамической модели станции и блок обработки данных к выходу аппаратно-программного устройства системы электрической централизации, блок памяти, входами/выходами подключенный к выходу/входу центрального процессора, второй вход/выход которого соединен через сервер связи с аппаратно-программным устройством автоматизированной системы управления станцией, а выходы - с входами блоков регистрации дислокации подвижного объекта и регистрации состояния устройств электрической централизации, входы/выходы которых подключены к аппаратно-программным устройствам автоматизированных рабочих мест соответственно дежурного по станции и дежурного электромеханика.
Недостатком аналога является отсутствие возможности определения местонахождения, отстыкованных от подвижного состава вагонов и их отслеживания на предприятиях, располагающих разветвленной железнодорожной сетью.
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА [RU2004128902 (A), опубл.: 10.03.2006], заключающийся в записи сигналов, сформированных в моменты пересечения колесными парами подвижного состава двух колесных датчиков, установленных на контрольном пункте и расположенных друг от друга по ходу движения подвижного состава на заданном фиксированном расстоянии, величина которого меньше минимально возможного межосевого расстояния, определении интервалов времени между сигналами от двух колесных датчиков, сформированных и записанных в момент пересечения этих датчиков колесной парой и интервалов времени между моментами пересечения смежных колесных пар подвижного состава, по величинам которых с учетом заданного фиксированного расстояния между колесными датчиками определяют межосное расстояние с последующим сравнением полученных данных с предварительно записанными данными в память измерительного средства, отличающийся тем, что интервалы времени между сигналами от двух колесных датчиков, сформированных и записанных в момент пересечения этих датчиков колесной парой и интервалы времени между моментами пересечения смежных колесных пар подвижного состава определяются относительно сигнала первого колесного датчика, сформированного и записанного в момент пересечения первой колесной пары состава, предварительно в память измерительного средства записывают данные о структуре межосевых расстояний колесных пар, соответствующие определенным типам подвижных единиц и данные о подвижных единицах, соответствующие кодам, записанным в память пассивных приемоответчиков, установленных на подвижных единицах состава, облучение СВЧ-сигналом пассивных приемоответчиков производят с момента пересечения первого колесного датчика первой колесной парой подвижного состава, а считывание и запись кодового сигнала осуществляют при вхождении приемоответчика в зону облучения СВЧ-сигналом, при этом осуществляют запись момента входа приемоответчика в зону облучения СВЧ-сигналом и момента его выхода из этой зоны облучения, и по полученным данным определяют временное местоположение приемоответчика, по интервалам времени между записанными сигналами, сформированными в моменты пересечения колесных датчиков колесными парами, определяют скорость и направление движения подвижного состава и в случае пропуска в записи сигналов и/или наличия ложных сигналов, свидетельствующих об изменении скорости или направления движения, восстанавливают периодичность записанных сигналов и определяют межосные расстояния по заданному фиксированному расстоянию между колесными датчиками и скорости движения колесных пар и сравнивают с предварительно записанными в память измерительного средства данными и по результатам сравнения определяют структуру и тип подвижных единиц и положение приемоответчиков, по которому устанавливают принадлежность приемоответчиков к подвижным единицам идентифицируемого состава и по результатам сравнения кодовых сигналов подтверждают тип подвижной единицы и ее принадлежность, определяют последовательность вхождения подвижных единиц в состав и фиксируют время прохода идентифицированного состава мимо контрольного пункта.
Основной технической проблемой прототипа является высокая погрешность идентификации вагонов подвижного состава с одинаковыми межосевыми расстояниями, а также высокие трудоемкость и трудозатраты изготовления, монтажа и обслуживания системы, реализующей описанный способ, а также низкая надежность, обусловленные наличием в конструкции приемоответчиков и источников СВЧ-сигналов.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и оперативности получения данных о состоянии и местонахождении каждого из вагонов подвижного состава и скорости их оборачиваемости.
i
i
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ мониторинга подвижного состава, характеризующийся записью сигналов колесными датчиками, определению интервалов времени между сигналами, определению по записанным сигналам типов подвижных единиц и данных о подвижных единицах, определению скорости и направления движения подвижного состава и фиксацией время прохода идентифицированного состава вдоль колесных датчиков, отличающийся тем, что предварительно в блок сбора и обработки данных записывают исходные данные, соответствующие элементам подвижного состава в последовательности очередности расположения элементов в подвижном составе с присвоением каждому из элементов индивидуального идентификатора, распределяют элементы подвижного состава по участкам, подают подвижный состав на станцию, при прохождении элемента вдоль колесных датчиков, смонтированных, как минимум, в начале и конце каждого из участков считают количество сформированных упомянутыми датчиками электрических сигналов, объединяют указанные сигналы в группы, соответствующие количеству осей в элементе подвижного состава и сопоставляют их с исходными данными, рассчитывают параметры сгруппированных сигналов с возможностью определения скорости прохождения и направления движения элементов вдоль датчиков и осуществляют привязку ко времени каждой из группы сигналов, сопоставленные с исходными данными и привязанные ко времени группы сигналов сопоставляют с индивидуальными идентификаторами каждого из элементов и записывают значение переменной X, по записанным переменным X в момент времени ∆Т формируют данные о местонахождении и использовании каждого из элементов подвижного состава.
В частности, индивидуальный идентификатор включает информацию о количестве осей элемента.
В частности, индивидуальный идентификатор включает информацию из натурного листа подвижного состава.
В частности, индивидуальный идентификатор включает информацию из паспорта элемента.
В частности, индивидуальный идентификатор включает допустимое время простоя элемента.
В частности, элементы распределяют по участкам в зависимости от их дальнейшего назначения.
В частности, скорость и направление движение определяют по задержке поступления электрических сигналов от датчиков.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система мониторинга подвижного состава, содержащая колесные датчики, подключенные к измерительному устройству, отличающаяся тем, что колесные датчики смонтированы попарно на рельсах, как минимум, в начале и конце каждого из контролируемых блок-участков рельсовых путей и выполнены с возможностью счета количества осей элементов подвижного состава путем формирования электрических сигнала при прохождении вдоль упомянутых датчиков осей подвижного состава, каждая из пар датчиков соединена с контроллерами и через шлюзы, выполненные с возможностью обмена данными к блоку сбора и обработки данных, к которому также подключены блок хранения данных и интерфейс пользователя, к контроллерам подключены модули определения направления и оперативные запоминающие устройства.
В частности, датчики смонтированы перед и после стрелочного перевода.
В частности, шлюзы выполнены с возможностью обмена данными по проводным каналам связи.
В частности, шлюзы выполнены с возможностью обмена данными по радиоканалу.
В частности, датчики выполнены индуктивными.
В частности, блок хранения данных выполнен в виде сервера.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана блок-схема системы мониторинга подвижного состава, на которой обозначено: 1 – датчики, 2 – контроллеры, 3 – шлюзы, 4 – блок сбора и обработки данных, 5 – блок хранения данных, 6 – интерфейс пользователя, 7 – модуль определения направления движения, 8 – оперативное запоминающее устройство.
Осуществление изобретения.
Блок-участок — часть межстанционного перегона при автоблокировке или при автоматической локомотивной сигнализации, применяемой как самостоятельное средство сигнализации и связи, ограниченная проходными светофорами (границами блок-участков) или проходным светофором (границей блок-участка) и входным светофором железнодорожной станции, а также выходным светофором и первым попутным проходным светофором (границей блок-участка).
Стрелочный перевод — это устройство соединения путей, которое предназначено для перевода подвижного состава с одного пути на другой. При соединении нескольких параллельных путей стрелочные переводы располагают друг за другом на одном общем пути, который получил название стрелочной улицы.
Подвижной состав — единая транспортная единица. Подвижной состав подразделяется на подвиды: пассажирский и для транспортировки грузов.
Железнодорожный подвижной состав бывает: тяговый, моторвагонный подвижной состав, несамоходный подвижной состав и самоходный подвижной состав.
Вагоны различают по видам: для перевозки пассажиров и грузов.
Вагоны различают по количеству осей (осных пар): выпускают 2, 4, 6 и 8-осные вагоны.
Основными параметрами вагона являются грузоподъемность, собственная масса (тара), осевая нагрузка и погонная нагрузка (нагрузка на один метр пути).
Выделят парк пассажирских и грузовых вагонов:
пассажирские:
цельнометаллический (СВ, купе, плацкарт, общий).
грузовые:
цельнометаллический багажный вагон;
почтово-багажный вагон;
крытый вагон (предназначен для перевозки груза небольших размеров, но в большом количестве);
платформа;
цистерна (предназначена для перевозки жидких грузов);
транспортер (предназначен для перевозки непереработанного дерева);
полувагон (предназначен для перевозки тяжелых пластин, чаще -  металла);
рефрижераторный вагон (вагон с охладительным оборудованием).
Специализированные вагоны:
вагон для перевозки контейнеров;
вагон для перевозки автомобилей;
вагон для перевозки леса;
вагон для перевозки скота;
вагон для перевозки бумаги и бумажных изделий.
Натурный лист поезда – основной технологический документ, используемый для организации процесса обработки вагонопотоков на станциях железных дорог. Является первоисточником для учёта наличия вагонов на железнодорожных станциях и создания вагонной модели и служит для передачи информации о прибытии, отправлении и подходе поездов и для розыска вагонов. Является унифицированным документом и составляется на станции формирования состава. Содержит общие сведения о поезде (номер, индекс, масса и длина поезда, число осей, наличие в составе вагонов, требующих соблюдения особых условий: негабаритные грузы, перевозка живности и т.п.), сведения о каждом вагоне и перевозимом в нём грузе, размещённые по строкам строго в очерёдности расположения вагонов в составе поезда (порядковый номер в составе и индивидуальный номер вагона, данные о типе подшипников, масса перевозимого груза, код станции назначения вагона по единой сетевой разметке, особые кодированные отметки, характеризующие перевозки, коды рода груза и грузополучателя, сведения о наличии контейнеров или пломб, в необходимых случаях — алфавитно-цифровое примечание), итоговые сведения о составе поезда по роду вагонов, а гружёных вагонов — по дорогам назначения.
Система мониторинга подвижного состава состоит из датчиков 1, выполненных с возможностью счета осей подвижного состава, смонтированных попарно на рельсах, как минимум, в начале и конце каждого из контролируемых блок-участков рельсовых путей или перед и после стрелочного перевода. Каждая пара датчиков 1 соединена с контроллером 2, выполненный, например в виде LoRaWan-контроллера. Контроллеры 2 через шлюзы 3, выполненные с возможностью обмена данными, подключены к блоку сбора и обработки данных 4, к которому также подключены блок хранения данных 5 и интерфейс пользователя 6, при этом блок хранения данных выполнен в виде сервера, а интерфейс пользователя выполнен в виде ПЭВМ или мобильного устройства (ноутбук, планшет, смартфон).
Шлюзы 3 выполнены с возможностью обмена данными по проводным каналам связи или радиоканалам, при этом для обеспечения возможности обмена данными по радиоканалам шлюзы могут быть выполнены в виде, например, LoRaWan-станции. К контроллерам 2 подключены модули определения направления 7 и оперативные запоминающие устройства 8.
Систему мониторинга подвижного состава используют следующим образом.
Перед началом использования датчики 1 монтируют попарно на стрелочных переводах станции и подключают их к контроллерам 2.
прi
Перед подачей подвижного состава, состоящего из вагонов разного рода и видов, движимых локомотивом,, например, на промышленное предприятие, располагающее сетью рельсовых путей, каждому вагону, строго в очерёдности расположения вагонов в составе поезда начиная с первого, присваивают индивидуальный идентификационный номер, в виде, например, цифрового, буквенного или цифро-буквенного обозначения, например, А, Б, В или А-1, А-2, Б-1, Б-2 или 1А, 3Б и т.д. В блок сбора и обработки данных 4 для каждого из индивидуальных идентификационных номером записывают исходные данные, такие как, номер, индекс, масса и длина поезда и т.д. Для каждого из поименованного в системе вагонов в исходных данных указывают число осей, а также допустимое время простоя Т и указывают, например, негабаритные грузы, характер груза, индивидуальный номер вагона, данные о типе подшипников, масса перевозимого груза, код станции назначения вагона по единой сетевой разметке, особые кодированные отметки, характеризующие перевозки, коды рода груза и грузополучателя, сведения о наличии контейнеров или пломб, при необходимости алфавитно-цифровое примечание, итоговые сведения о составе поезда по роду вагонов, а гружёных вагонов — по дорогам назначения и т.д.
Кроме того, в исходных данных, для каждого из пронумерованных вагонов указываются, например, место и время постройки и приписки, тип вагона или его модель, род вагона, тара, длина рамы, изменения вагона, указываются дата, место проведения и вид ремонта вагона (деповской, капитальный), а также наименование или код собственника и арендатора.
Далее вагоны распределяют по блок-участкам в зависимости от их дальнейшего назначения.
Например, подвижный состав на входе на промышленное предприятие содержит 6 вагонов, с присвоенными обозначениями, соответственно, А, Б, В, Г, Д, Е, начиная с головы состава. Первые 3 вагона выполнены в виде 4-х осных крытых вагонов-хопперов для зерна. Последние два вагона выполнены в виде 6-и осных крытых вагонов-хопперов для угля.
Определяют исходя из потребности предприятия, например, подачу вагона А на блок-участок II,  вагона Б на блок участок VI, вагонов В, Г на блок-участок IV и вагонов Д, Е на блок-участок V. Вносят сведения о распределении каждого из вагонов в блок сбора и обработки данных 4.
После распределения разрешают подачу подвижного состава на предприятие.
При прохождения вагона А блок-участка II, вагона Б блок-участка VI, вагонов В, Г, Д, Е сначала блок-участка III, а затем вагонов В, Г блок-участка IV и вагонов Д, Е блок-участка V датчики 1, смонтированные, как минимум, в начале и конце упомянутых блок-участков I-IV при контакте с осями (осными парами) передают информацию на контроллеры 2 в виде электрических сигналов по количеству пройденных через датчики 1 осей (осных пар). Амплитуды и периоды сигналов зависят от скорости прохождения осей (осных пар) через датчики 1.
Контроллеры 2 в исходном положении отключены и включаются по прохождении первой оси (осной пары) первого вагона и отключаются по прохождении последней оси (осной пары) последнего вагона с задержкой в несколько секунд.
В модуле определения направления движения 7 по задержке поступления электрических сигналов от датчиков 1 определяют направление движения подвижного состава или вагонов. Контроллер 2 регистрирует количество сигналов от датчиков 1, определяющей количество прошедших по участку пути колесных осей подвижного состава  и  вместе с информацией о направлении движения, полученной от модулей определения направления движения 7, записывает ее в оперативное запоминающее устройство 8.
Контроллеры 2 данные с оперативных запоминающих устройств 8 о количестве прошедших осей (осных пар) и направлении их движения отправляют через шлюзы 3 в блок сбора и обработки данных 4.
i
Привязку ко времени каждого из сигналов от датчиков 1 t осуществляют в контроллерах 2 или блоке сбора и обработки данных 4 от приемника сигналов точного времени (на фигурах не показан).
i
В блоке сбора и обработки данных 4 полученные данные сортируют, определяют скорость движения подвижного состава (вагонов) по контролируемому участку, в случае превышения или снижения скорости подвижного состава от допустимой скорости дают команду машинисту подвижного состава для изменения скорости движения, анализируют исходные и полученные данные, сопоставляют их с присвоенными обозначениями (нумерацией) вагонов по количеству осей и зарегистрированных датчиками 1 сигналов и определяют, согласно приведенного примера, что через датчики 1 блок-участка I прошло четыре 4-х осных крытых вагона-хопперов для зерна и два 6-и осных крытых вагона-хопперов для угля. После проведенного анализа формируют текущее по дате, времени и месту значение переменной X значение которой из блока сбора и обработки данных 4 передают в блок хранения данных 5.
i
Аналогичным описанному выше алгоритму осуществляют регистрацию всех маневровых и не маневровых операций, при которых в блоке сбора и обработки данных 4 по переменным X формируют данные о местонахождении и использовании каждого вагона на предприятии, его текущем состоянии, времени подачи и простоя на предприятии.
i
Пользователь через интерфейс пользователя 6 запрашивает из блока хранения данных 5 значения той или иной переменной X за промежуток времени и даты для определения фактического прохождения через контролируемый участок рельсового пути подвижного состава, его скорости прохождения и количестве вагонов.
прi
При превышении допустимого времени простоя Ткакого-либо из вагонов подвижного состава блок сбора и обработки данных 4 подает сигнал оповещения на интерфейс пользователя 6 при получении которого пользователь осуществляет операцию с вагоном для его оборота.
Технический результат изобретения - повышение точности и оперативности получения данных о состоянии и местонахождении каждого из вагонов подвижного состава и скорости их оборачиваемости, достигается за счет того, что каждому из вагонов в порядке их очередности в подвижном составе в блоке сбора и обработки данных 4 присваивают индивидуальный идентификационный номер и привязывают к указанному номеру информацию о количестве осей вагона, данных о вагоне из натурного листа подвижного состава и паспорта вагона, распределяют вагоны по блок-участкам предприятия-пользователя, при прохождении вагонов вдоль колесных датчиков 1, смонтированных, как минимум, в начале и конце каждого из блок-участков формируют импульсный электрический сигнал который с колесных датчиков 1 передают в контроллер 2 и привязывают в контроллере 2 каждый из сигналов ко времени, в модуле определения направления движения 7 по задержке поступления электрических сигналов от датчиков 1 определяют направление движения вагонов, данные о количестве зарегистрированных сигналов от датчиков 1, времени возникновении каждого из сигналов и скорости и направлении движения вагонов записывают в оперативное запоминающее устройство 8 и от через шлюзы 3 передают в блок сбора и обработки данных 4, где полученные данные о сигналах разбивают по количеству осей в вагоне по группам, сопоставляют их с индивидуальными идентификационными номерами, записывают значение переменной Xi в блок хранения данных 5, по записанным переменным Xi в момент времени ∆Т данные о местонахождении и использовании каждого из вагонов считывают из блока хранения данных 5 и отображают на интерфейсе пользователя 6.
В 2019 году описанные выше способ и устройство мониторинга подвижного состава были внедрены на нескольких предприятиях российского металлургического комплекса, особенностью логистики которых является развитая внутренняя железнодорожная сеть. Общий объем проведенных строительно-монтажных работ при внедрении устройства и его опытная эксплуатация в совокупности с заявленным способом позволили снизить трудоемкость и трудозатраты в среднем до 30% по сравнению с аналогичными техническими решениями, а оперативность получения данных и малая погрешность идентификации вагонов, а также наличие полных показателей работы, в т.ч. недокументированных особенностей обеспечили повышение почти в 2 раза в отличии от натурного списывания скорости оборачиваемости вагонов за счет снижения их простоев, что в свою очередь позволило снизить объем платежей за время пользования вагонами и соответственно повысить экономический эффект от внедрения описанного технического решения.