Автономная система информирования машиниста с функцией электронного маршрута
AUTONOMOUS SYSTEM FOR INFORMING DRIVER WITH ELECTRONIC ROUTE FUNCTION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для автоматизации управления движением грузовых поездов. Заявляемая Автономная система информирования машиниста с функцией электронного маршрута может применяться на любом грузовом локомотиве железнодорожного подвижного состава и использоваться для информирования машиниста об актуальном (оперативном) расписании движения грузового поезда, о количестве, типе и загруженности грузовых вагонов в составе поезда, о постоянных и временных ограничениях скорости движения, о занятости впередилежащих блок-участков, а также формирования и передачи по защищенному беспроводному каналу связи электронного маршрута машиниста (отчета о поездке).
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является система автоматизированного ведения грузового поезда по оперативному расписанию движения, предназначенная для эксплуатации на грузовых электровозах. Система содержит вычислительный блок с подключенными к нему блоком памяти, измерительными средствами и средствами индикации параметров движения поезда, а также блоком управления режимом тяги и блоком управления режимом торможения, выходы которых соединены с цепями управления поездом, датчики тока якоря и возбуждения тяговых двигателей, датчик напряжения контактной сети, три блока высоковольтной гальванической развязки, вычислитель, блок моделирования динамических характеристик поезда, блок сравнения и блок формирования команд запрета управлением режимами тяги и торможением. Выход датчика тока якоря тягового двигателя через первый блок высоковольтной гальванической развязки соединен с первым входом вычислителя, со вторым входом которого через второй блок высоковольтной гальванической развязки соединен выход датчика тока возбуждения тягового двигателя. Датчик напряжения контактной сети через третий блок высоковольтной гальванической развязки соединен с третьим входом вычислителя, выход которого подключен к первому входу блока моделирования динамических характеристик поезда, ко второму входу которого подключен выход блока памяти. Выход блока моделирования динамических характеристик поезда соединен с входом блока сравнения, ко второму входу которого подключен блок формирования сигнала, соответствующего предельно допустимому усилию в поезде, выход блока сравнения соединен с входом блока формирования команд запрета управлением режимами тяги и торможением, выход которого подключен к соответствующим управляющим входам блока управления режимом тяги и блока управления режимом торможения. Дополнительно введен блок восприятия информации об оперативном расписании движения поезда, связанный со средствами приема сигналов сотовой связи и подключенный к блоку памяти. Достигается автоматическое обновление расписания конкретного поезда в реальном времени (RU 2540683).
Основными недостатками вышеуказанной системы являются:
- неспособность системы принимать временные и постоянные ограничения скорости, что приводит к значительному увеличению времени подготовки системы и локомотива к работе в целом;
- неспособность системы осуществлять коммерческий учет расхода электрической энергии на тягу грузового поезда и возврата электрической энергии в контактную сеть, что не соответствует требованиям по учету энергии в компании ОАО «РЖД»;
- отсутствие в системе шифрованного канала связи, представляет угрозу безопасности движения поездов. Использование незащищенного канала связи может привести к дистанционной хакерской атаке и оказать управляющие воздействие через систему на цепи локомотива;
- система не исключает использование бумажных маршрутов машиниста;
- использование системы возможно только на конкретной серии грузовых электровозов.
Технический результат предлагаемой автономной системы информирования машиниста с функцией электронного маршрута, которая может устанавливаться на любой грузовой локомотив железнодорожного подвижного состава, заключается в создании защищенного канала связи между бортом локомотива и информационным сервером ОАО «РЖД», информировании машиниста о постоянных и временных ограничениях скорости движения, осуществлении коммерческого учета расхода электрической энергии, а также формировании и передачи по защищенному радиоканалу электронного маршрута машиниста (отчета о поездке).
Указанный технический результат достигается тем, что реализована система информирования машиниста автономная с функцией электронного маршрута машиниста, содержащая вычислительный модуль с модулем памяти к первому входу которого подключено устройство сопряжения с CAN шиной системы, по которой передаются сообщения содержащие данные по расходу / возврату электрической энергии, сигналы локомотивного светофора и данные для записи на носитель информации, ко второму входу вычислительного модуля подключен модуль приема и обработки GPS/ГЛОНАСС сигнала, к третьему входу вычислительного модуля подключен приемник GSM сигнала, защищенный сертифицированными программными средствами криптографической защиты информации, которые обеспечивают защиту всех входящих и исходящих потоков информации, к четвертому входу вычислительного модуля подключается блок клавиатуры для управления системой, к пятому входу подключено устройство чтения многофункциональных электронных карт машиниста, к первому и второму выходу вычислительного модуля подключено устройство визуализации и устройство воспроизведения звуковых сообщений соответственно. Электропитание всей системы осуществляется от источника питания локомотивной аппаратуры, входящего в состав системы.
Таким образом, разработанная система обеспечивает достижение заявленных результатов.
На чертеже представлена структурная схема автономной системы информирования машиниста с функцией электронного маршрута.
Система 1 включает в себя вычислительный модуль 2 с модулем памяти 14 к первому входу модуля 2 подключено устройство сопряжения 3. Устройство сопряжения предназначено для обработки данных, поступающих по CAN шине системы от блока дискретного ввода сигналов локомотивной сигнализации 4, счетчика электрической энергии 5 и передачу этих сигналов на блок записи информации 6. Ко второму входу вычислительного модуля 2 подключен модуль приема GPS/ГЛОНАСС сигналов 7, предназначенный для трансляции информации, поступающей от спутниковой навигационной системы, а именно текущего астрономического времени, скорости движения поезда, географической широты, географической долготы, высоты над уровнем моря и т.д. К третьему входу вычислительного модуля подключен модуль приема GSM сигнала 8, предназначенный для приема/передачи информации об актуальном (оперативном) расписании движения грузового поезда, о количестве, типе и загруженности грузовых вагонов в составе поезда, о постоянных и временных ограничениях скорости движения, о занятости впередилежащих блок-участков, электронного маршрута машиниста через сертифицированное программное средство криптографической защиты информации 8а. К четвертому входу вычислительного модуля 2 подключен блок клавиатуры 9, предназначенный для ручного ввода информации. К пятому входу вычислительного модуля 2 подключен блок чтения многофункциональных электронных карт (МЭК) машиниста 10, предназначенный для чтения информации из карт МЭК и цифровой подписи электронного маршрута машиниста перед его отправкой на информационный сервер ОАО «РЖД». К первому и второму выходу вычислительного модуля 2 подключено устройство визуализации 11 предназначенное для предоставления цветной графической и текстовой информации машинисту локомотива и устройство 12 для выдачи звуковой информации машинисту локомотива. Электропитание всей системы осуществляется от источника электропитания локомотивной аппаратуры 13, предназначенного для преобразования бортового напряжения локомотива в стабилизированное.
6) Осуществление изобретения.
Система информирования машиниста автономная с функцией электронного маршрута машиниста выполняет следующие функции:
а) Обеспечивает защиту информационного трафика с помощью сертифицированных средств криптографической защиты информации;
б) Контроль присутствия локомотивной бригады на локомотивах и учет времени исполненной работы локомотивных бригад;
в) Коммерческий учет расхода электрической энергии электровоза;
г) Получение по беспроводным защищенным каналам связи GSM расписания движения поезда, данных о машинисте, натурного листа грузового поезда, постоянных и временных ограничений скорости, информации о занятости пяти впередилежащих блок-участков от информационной системы ОАО «РЖД»;
д) Автоматически формирует данные для электронного маршрута машиниста по временам работы бригады, расходу ТЭР, фактическому исполнению расписания, сохраняет эти данные в энергонезависимой памяти и автоматически передает электронный маршрут машиниста (ЭММ) по защищенным беспроводным каналам связи GSM после окончания поездки в виде зашифрованных файлов, подписанных электронной подписью машиниста (ЭЦП);
е) Регистрирует данные о пройденном пути, фактическом исполнении расписания, сигналах локомотивного светофора и расходе топливо энергетических ресурсов на носителе информации;
ж) Диагностирует собственные составные части с передачей результатов диагностирования машинисту и записью диагностической информации на носитель информации.
Устройство работает следующим образом:
а) Для обеспечения защиты входящего и исходящего информационного трафика в системе 1 встроено программное сертифицированное средство криптографической защиты информации 8а, за счет чего вся входящая и исходящая информация, поступающая на модуль GSM 8, защищается межсетевым экраном, что полностью исключает дистанционные хакерские атаки и угрозы. Таким образом происходит обеспечение защиты информационного трафика с помощью сертифицированных средств криптографической защиты информации
б) Для включения системы необходимо подать напряжение от бортовой сети локомотива на источник электропитания системы 13, включившись источник электропитания обеспечит стабилизированным напряжением все устройства, входящие в состав системы. Для начала работы с системой локомотивной бригаде необходимо установить многофункциональную электронную карту (МЭК) машиниста в устройство чтения смарт-карт 10. Устройство 10 с помощью сертифицированного программного обеспечения произведет чтение данных о машинисте с карточки МЭК и передаст эту информацию на вычислительный модуль 2. На второй вход вычислительного модуля 2 передается текущее астрономическое время от модуля GPS/ГЛОНАСС сигналов 7. В вычислительном модуле происходит фиксация информации о машинисте и текущем астрономическом времени и записывается в модуль памяти 14. При изъятии многофункциональной электронной карты из устройства считывания 10 происходит фиксация времени изъятия карты и запись этой информации в модуль памяти 14. Для учета времени исполненной работы локомотивной бригады, из времени изъятия карты вычитается время установки карты и записывается в модуль памяти.
Таким образом происходит контроль присутствия локомотивной бригады на локомотивах и обеспечивается учет времени исполненной работы локомотивных бригад;
в) Для осуществления коммерческого учета расхода электрической энергии электровоза на источник электропитания локомотивной аппаратуры 13 необходимо подать бортовое напряжение локомотива. Включившись, источник электропитания 13 обеспечит стабилизированным напряжением счетчик электрической энергии 5 и остальные устройства, входящие в состав системы. При включении самого электровоза на счетчик электрической энергии подаются входные данные - напряжение, пропорциональное напряжению контактной сети, и ток, пропорциональный току потребляемому электровозом. На основании входных данных счетчик электрической энергии вычисляет расход электрической энергии или возврат электрической энергии в контактную сеть и передает это значение на устройство сопряжения 3 по CAN шине. Устройство сопряжения преобразует данные CAN шины и передает эту информацию на вычислительный модуль 2 и далее в специальный сектор модуля памяти 14. Каждые 90 секунд из специального сектора модуля памяти информация о расходе и возврате электрической энергии передается на сертифицированное программное средство криптографической защиты информации 8а. Далее данные о расходе электрической энергии отсылаются на GSM модуль, который в свою очередь посредством зашифрованного канала связи отправляет эти данные на информационный сервер ОАО «РЖД» для последующего сбора и обработки информации.
Таким образом осуществляется коммерческий учет расхода электрической энергии электровоза;
г) Для получение по беспроводным защищенным каналам связи GSM расписания движения поезда, данных о машинисте, натурного листа грузового поезда, постоянных и временных ограничений скорости, информации о занятости пяти впередилежащих блок-участков от информационной системы ОАО «РЖД», система работает следующим образом.
После включения системы вычислительный модуль 2 через сертифицированное программное средство защиты информации 8а и GSM модуль 8 отправляет запрос на информационный сервер ОАО «РЖД», с целью получения расписания движения поезда, данных о машинисте, натурного листа грузового поезда (количество, тип, загруженность грузовых вагонов), постоянных и временных ограничений скорости. При наличии на информационном сервере данных для указанного локомотива, информационный сервер ОАО «РЖД» отправляет необходимые данные на борт локомотива посредством защищенного канала связи. На борту локомотива система информирования машиниста автономная с функцией электронного маршрута машиниста 1 с помощью модулей 8 и 8а принимает и отправленные данные. Полученные данные обрабатываются в вычислительном модуле 2, сохраняются в модуле памяти 14 и выводятся на устройство отображения информации 11. С помощью блока клавиатуры 9 машинист проверяет полученную информацию.
Таким образом происходит получение по беспроводным защищенным каналам связи GSM расписания движения поезда, данных о машинисте, натурного листа грузового поезда, постоянных и временных ограничений скорости, информации о занятости пяти впередилежащих блок-участков от информационной системы ОАО «РЖД»;
д) Для автоматического формирования данных для электронного маршрута машиниста по временам работы бригады, расходу ТЭР, фактическому исполнению расписания, сохранение этих данных в энергонезависимой памяти и автоматическая передача электронный маршрут машиниста (ЭММ) по защищенным беспроводным каналам связи GSM после окончания поездки в виде зашифрованных файлов, подписанных электронной подписью машиниста (ЭЦП) система работает так:
Во время работы системы при движении грузового поезда и на стоянке система информирования машиниста автономная с функцией электронного маршрута машиниста 1 вычисляет с помощью модуля 2 и записывает в память 14 следующую информацию:
- значение текущего астрономического времени, получаемое от модуля 7;
- значение текущей скорости движения, получаемое от модуля 7;
- значение географических координат, получаемое от модуля 7;
- значение времени работы локомотивной бригады;
- значение железнодорожной координаты, вычисляемой в модуле 2 основываясь на бортовой базе данных, предварительно загруженной в модуль памяти 14 и географических координат, полученных от модуля 7;
- значение времени проследования станций и остановках на перегонах, вычисляемое в модуле 2 основываясь на бортовой базе данных, предварительно загруженной в модуль памяти 14, географических координат и текущего астрономического времени, полученных от модуля 7;
- данные с затраченными и возвращенными энергетическими ресурсами, полученными от счетчика 5;
Указанная выше информация представляет собой данные для электронного маршрута машиниста (ЭММ). Для отправки сформированных данных машинисту необходимо с помощью блока клавиатуры 9 вызвать соответствующее меню и выбрать пункт «отправить». После этого вычислительный модуль 2 сформирует файл, состоящий из данных, вычитанных из модуля памяти 14, зашифрует сформированный файл («подпишет» электронной цифровой подписью, хранящейся на многофункциональной электронной карте через модуль 10) и отправит через защищенную сеть.
Таким образом осуществляется автоматическое формирование данных для электронного маршрута машиниста по временам работы бригады, расходу ТЭР, фактическому исполнению расписания, сохранение этих данных в энергонезависимой памяти и автоматическая передача электронный маршрут машиниста (ЭММ) по защищенным беспроводным каналам связи GSM после окончания поездки в виде зашифрованных файлов, подписанных электронной подписью машиниста (ЭЦП);
е) Для регистрации данных о пройденном пути, фактическом исполнении расписания, сигналах локомотивного светофора и расходе топливо энергетических ресурсов на носителе информации система работает следующим образом:
Во время работы системы при движении грузового поезда и на стоянке система информирования машиниста автономная с функцией электронного маршрута машиниста 1 вычисляет с помощью модуля 2, преобразовывает с помощью устройства сопряжения 3 и записывает в модуль 6 следующую информацию:
- значение текущего астрономического времени, получаемое от модуля 7;
- значение текущей скорости движения, получаемое от модуля 7;
- значение географических координат, получаемое от модуля 7;
- значение времени работы локомотивной бригады;
- значение железнодорожной координаты;
- значение пройденного пути;
- значение времени проследования станций и остановках на перегонах;
- данные с затраченными и возвращенными энергетическими ресурсами, полученными от счетчика 5;
- коды сигналов локомотивной сигнализации, полученные от блока обработки сигналов 4 и переданные на устройство развязки 3;
- значение расчетной скорости движения.
Таким образом происходит регистрация данных о пройденном пути, фактическом исполнении расписания, сигналах локомотивного светофора и расходе топливо энергетических ресурсов на носителе информации;
ж) Для диагностирования собственных составных частей с передачей результатов диагностирования машинисту и записью диагностической информации на носитель информации, на модуль вычисления 2 постоянно поступает информация о состоянии всех модулей системы. При отказе одного из модулей на устройство визуализации 11 выводится сообщение о потере связи с отказавшим модулем. Параллельно происходит запись этой информации на носитель информации 6.
Таким образом обеспечивается диагностирование с передачей результатов диагностирования машинисту и записью диагностической информации на носитель информации.