СИСТЕМА КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ И СВЯЗИ ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА

Техническое решение относится к области средств беспроводной связи, а именно, радиосвязи между абонентами, по крайней мере, один из которых расположен в средстве передвижения, и может быть использовано для обеспечения пассажирского поезда беспроводной адресной аварийной сигнализацией и внутренней связью.
Настоящая разработка предназначена для использования в системах связи на пассажирских поездах пригородного и дальнего следования с целью организации каналов связи и передачи сигналов аварийной сигнализации, а также сообщений о создание внештатных ситуаций в пассажирском поезде. Устройство разработано на базе DECT технологий и позволяет оснащать пассажирские поезда устройствами передачи данных и телефонии, и может быть использовано в условиях системы гибкого формирования состава пассажирского поезда, состоящего из штабного и пассажирских вагонов.
Настоящая разработка относится к типу устройств, известных как «сложная система» (согласно определению, введенному в Большой энциклопедический словарь «Политехнический» (М., «Большая Российская энциклопедия», 1998, стр.488)).
В дальнейшем при характеристике заявленного технического решения будут использованы следующие термины и понятия:
- «адресная» аварийная сигнализация - сигнализация, передаваемая заранее определенному абоненту (или группе абонентов) в автоматическом режиме и заданной последовательности.
- центральная управляющая система - устройство, управляющее работой базовых станций включенных в систему, выполненное на базе ПК.
- системный телефон - устройство, визуально отображающее состояние соединений в сети и позволяющее осуществлять прямое соединение с абонентами и выполнение настроечных операций.
Известна (RU, патент 2058670, 1996) система поездной диспетчерской связи, характеризуемая наличием диспетчерского пульта управления, соединенного со стационарными радиостанциями диспетчерского круга связи посредством основной или резервной линий проводной связи, при этом каждая радиостанция состоит из блока переключателей, последовательно соединенных блока избирательного соединения, линейного блока и приемопередатчика, соединенного с антенной, причем сигнальные входы блока переключателей являются выходами основной и резервной линий проводной связи, один из управляющих входов блока переключателей соединен через линейный блок с выходом приемопередатчика, второй выход первого селективного усилителя соединен со вторым входом блока избирательного соединения, при этом в каждую стационарную радиостанцию введены второй селективный усилитель, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, первый и второй формирователи сигналов управления, входы которых соединены с выходами первого и второго селективных усилителей соответственно, а выходы - со вторым и третьим управляющими входами блока переключателей, при этом вход блока избирательного соединения через один из контактов блока переключателей соединен с выходом основной или резервной проводной линий связи. Блок переключателей может быть выполнен в виде последовательно соединенных ключей с раздельными цепями управления избирательного соединения.
Недостатком известно технического решения следует отсутствие возможности автоматического дистанционного контроля состояния транспортного средства.
Известна также (RU, патент 2206177, 2003) бортовая сеть связи подвижного состава, характеризуемая наличием пульта управления и диагностики (носимый пульт начальника поезда), в каждом вагоне подвижного состава оконечных устройств связи (в виде мобильных радиотелефонов для персонала и пассажиров, радиодатчиков и исполнительных устройств системы автоматики вагона, миниатюрных терминалов видеонаблюдения и других необходимых устройств) и унифицированного узла коммутации (в виде базовой станции), цифровой радиолинией, связывающей бортовую сеть связи подвижного состава с внешними системами связи, причем соединение между оконечными устройствами связи и унифицированным узлом коммуникации, а также между смежными унифицированными узлами коммутации осуществляют по радиоканалу, при этом частотный диапазон и уровень радиосигнала в радиоканале выбирают таким образом, что оконечные устройства связи связываются только с унифицированным узлом коммутации того вагона, в котором оконечные устройства связи находятся в данный момент, а пульт управления и диагностики выполнен мобильным и связывается по радиоканалу с унифицированным узлом коммутации того вагона, в котором пульт управления и диагностики находится в данный момент.
Известная бортовая сеть связи работает следующим образом. Пульт управления и диагностики (носимый терминал начальника поезда) передает и принимает радиосигнал в любой точке поезда через сеть унифицированных узлов коммутации, как при получении начальником поезда радиосигнала от оконечного устройства, так и при передаче на оконечное устройство радиосигнала, в том числе и при разговоре пассажира по личному мобильному телефону с абонентом, удаленным от поезда.
Недостатком известной бортовой системы следует признать наличие только одного пульта управления и диагностики выполненного в виде носимого варианта начальника поезда, большого количества узлов коммутации и отсутствия автоматического контроля за состоянием вагона.
Наиболее близким аналогом разработанной системы можно признать (RU, патент 0046895, 2005) систему контроля безопасности и связи пассажирского поезда, характеризуемую наличием центральной управляющей системы и базовых станций DECT, причем каждая базовая станция подключена к центральной управляющей системе, к каждой базовой станции DECT через ВЧ разъемы подключены по две антенны, установленные на крыше вагона, по меньшей мере, одного устройства передачи аварийных сигналов от систем аварийной сигнализации железнодорожного вагона путем формирования голосовых сообщений для передачи их проводнику вагона и начальнику поезда, включающего радиорозетку DECT, голосовой автоинформатор, носимый терминал с кнопочным номеронабирателем, при этом устройство передачи аварийных сигналов подключено к выходам систем аварийной и пожарной сигнализации вагона, не менее одного носимого терминала проводника для получения сигналов об авариях и двухсторонней автоматической телефонной связи, не менее одного репитера для усиления радиосигналов, не менее одной телефонной трубки в служебных купе проводников и не менее одной кнопки сигнализации опасности.
Недостатком известной системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда следует признать затрудненность ее использования при условии гибкого формирования состава, т.е. замены вагонов, входящих в состав пассажирского поезда. В случае изменения состава вагонов, входящих в состав пассажирского поезда, использование известной системы не позволяет автоматически определять, в каком из вагонов произошла аварийная ситуация, поскольку известная система не предусматривает автоматической привязки каждого вагона пассажирского поезда к штабному вагону, в котором и происходит регистрация всех аварийных ситуаций, происходящих в данном поезде.
Техническая задача, решаемая посредством предложенной разработанной системы, состоит в разработке усовершенствованной системе контроля безопасности и связи пассажирского поезда.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной системы, состоит в повышении безопасности эксплуатации пассажирского поезда в условиях гибкого формирования состава пассажирского поезда.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать систему контроля безопасности и связи пассажирского поезда, содержащую центральную управляющую систему и, по меньшей мере, один антенный модуль, установленный на крыше штабного вагона, причем каждый антенный модуль содержит, по меньшей мере, две базовые станции DECT и две антенны, расположенные таким образом, чтобы радиосигнал охватывал все вагоны состава, антенный модуль подключен к центральной управляющей системе с обеспечением работоспособности базовых станций DECT и обеспечения их подогрева для работы при температурах до - 50С, в каждом вагоне поезда установлено устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор для передачи аварийных сигналов от систем аварийной сигнализации железнодорожного вагона, причем в штабном вагоне устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор подключено к внутренней антенне DECT, а в остальных вагонах оно подключено фидером к внешней антенне DECT, к каждому устройству передачи аварийных сигналов - ретранслятору подключены система контроля нагрева буксовых подшипников, система пожарной сигнализации, а также кнопка сигнализации опасности, устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор содержит гнездо для зарядки и регистрации носимого терминала проводника и выполнено с возможностью формирования голосовых сообщений для передачи их проводнику вагона и начальнику поезда, при этом система дополнительно содержит, по меньшей мере, один носимый терминал для получения сигналов об авариях и двухсторонней автоматической телефонной связи проводника и начальника поезда. Предпочтительно система базовая станция DECT. содержит две кросс-поляризационные антенны. Система может содержать два антенных модуля, установленных на крыше штабного вагона. Носимый терминал представляет собой микросборку, выполненную на печатной плате, на которой установлены модуль центрального процессора, схемы питания, интерфейса микрофона, интерфейса динамика, цепей внутренней синхронизации, постоянного запоминающего устройства и радиомодуля, при этом указанные схемы подключены к центральному процессору. Система может дополнительно содержать аппаратуру спутниковой связи, подключенную к центральной управляющей системе. Также система может дополнительно содержать аппаратуру сотовой связи стандарта GSM, подключенную к центральной управляющей системе и обеспечивающую голосовую связь и передачу данных. Также система может дополнительно содержать портативный компьютер начальника поезда, подключенный к центральной управляющей системе. Также система может дополнительно содержать, по меньшей мере, один таксофон, подключенный к системе связи пассажирского поезда. Предпочтительно в системе использовано до 16 базовых станций DECT. В одном из вариантов реализации клавиатура носимого терминала содержит клавиши экстренного вызова начальника поезда, сотрудника милиции и поездного электромеханика.
Работа разработанной системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда (СКБ и СПП) основана на ниже приведенных принципах.
Центральная управляющая система (ЦУС), управляя базовыми станциями DECT, посредством антенн излучает по всей длине состава сигнал DECT несущей частоты. Это поддерживает работоспособность всех устройств передачи аварийных сигналов - ретрансляторов (УПАС-ретрансляторов) и носимых терминалов данного поезда.
Используемый УПАС-ретранслятор служит для:
- приема сигнала DECT с крыши вагона посредствам антенны, подключенной к нему, регенерации сигнала, усиление и излучение его внутри вагона;
- осуществления мониторинга за кнопкой сигнализации опасности и существующих систем сигнализации вагона, и в случае срабатывания, формирования речевых сообщений с их последующей отправкой сотрудникам поездной бригады по определенному алгоритму;
- регистрации носимого терминала проводника в системе СКБ и СПП.
Каждый УПАС-ретранслятор имеет динамическую регистрацию (привязку) в ЦУС. Указанная функция осуществлена за счет возможности устанавливать в УПАС-ретранслятор различные магнитные ключи. Магнитные ключи имеют постоянную регистрацию в ЦУС. Таким образом, в зависимости от того, какой комплект магнитных ключей будет использован, в такой ЦУС, а значит и в такой штабной вагон будет зарегистрирован конкретные УПАС-ретранслятор и носимый терминал проводника. Ключи являются принадлежностью ЦУС и хранятся в штабном вагоне. При сцепке обычного вагона к составу, на этот вагон передаются магнитные ключи.
Разработанная система, при реализации ее в полном варианте, обеспечивает:
1. Автоматическую передачу речевых сигналов об аварийных ситуациях в вагонах должностным лицам поездной бригады, находящимся в любой точке движущегося состава или на перроне на расстоянии до 500 метров от вагона в зоне прямой видимости.
2. Двухстороннюю автоматическую телефонную связь между абонентами, находящимися в пассажирском поезде, как на стоянке, так и в движении.
3. Передачу сообщений об аварийных ситуациях начальником поезда с носимого терминала или системного телефона.
4. Телефонную связь начальника поезда с абонентами телефонной сети общего пользования.
5. Передача данных по каналу спутниковой связи при использовании портативного компьютера начальника поезда;
6. Предоставление услуг телефонной связи пассажирам.
В состав предлагаемой системы предпочтительно входят следующие узлы и элементы:
а) центральная управляющая система, объединяет в себе функции коммутационного оборудования и устройства управления соединениями в системе. Центральная управляющая система управляет базовыми станциями DECT в количестве до 16 шт., которые смонтированы на крыше штабного вагона в антенных модулях. Антенный модуль представляет собой кофр, в котором расположены 2 базовые станции DECT, система подогрева, 2, предпочтительно, кросс-поляризованные антенны. В антенном модуле каждая базовая станция подключена двумя ВЧ разъемами с волновым сопротивлением 50 Ом кабелями малой длинны (не более 0,15 м), для уменьшения искажений сигнала DECT, к кросс-поляризованной антенне. Каждый антенный модуль подключен к ЦУС экранированной витой парой, по которой осуществляют управление и питание базовых станций DECT постоянным напряжением 48 В, потребляемая мощность не более 50 Вт, а так же кабелем питания системы подогрева антенного модуля. Размеры Антенного модуля не более 182×623×180 мм, масса не более 4,7 кг.
б) Устройство передачи аварийных сигналов (далее УПАС-ретранслятор) предназначено для передачи по радиоканалу в центральную управляющую систему сигналов аварийной сигнализации от существующих систем аварийной и пожарной сигнализации вагона на носимый терминал должностным лицам поездной бригады, находящимся в любой точке движущегося поезда и в штабной вагон на рабочее место начальника поезда. УПАС-ретранслятор так же предназначен для усиления (ретрансляции) сигналов, передаваемых от центральной управляющей системы к носимым терминалам и обратно. УПАС-ретранслятор может быть подключен через разъем типа TNC ВЧ кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом к антенне, расположенной предпочтительно на крыше вагона для корректной работы в стандарте DECT с антенными модулями, расположенными на крыше штабного вагона (вагона с радио купе). УПАС-ретранслятор имеет гнездо для зарядки носимого терминала постоянным напряжением 6 В, а так же гнездо для зарядки дополнительного аккумулятора носимого терминала тем же напряжением. Это же гнездо служит для регистрации носимого терминала в СКБиСПП. На лицевой панели УПАС-ретранслятора расположены микрофон, динамик, клавиши быстрого вызова начальника поезда, депо, сотрудника милиции, ПЭМ и проводника текущего вагона, а так же клавиша запуска процедуры регистрации носимого терминала в СКБиСПП, а так же индикатор начала/окончания процедуры регистрации носимого терминала, а так же индикатор готовности УПАС-ретранслятора к работе. УПАС-ретранслятор одновременно подключен также к существующим системам аварийной и пожарной сигнализации вагона. Питание УПАС-ретранслятор осуществляется постоянным напряжением 55-110 В. Потребляемая мощность не более 10 Вт;
в) Носимый терминал выполнен по технологии DECT и предназначен для соединения абонента по радиоканалу с центральной управляющей системой. На носимом терминале так же есть тревожная кнопка ярко-красного цвета, которую персонал поездной бригады может использовать в случае угрозы со стороны нарушителей общественного порядка или других происшествий. При ее нажатии УПАС-ретранслятор автоматически набирает номер сотрудника милиции, проговаривает пятизначный номер вагона, а затем «Тревога». Так же на клавиатуре носимого терминала присутствуют клавиши быстрого вызова сотрудника милиции, начальника поезда и поездного электромеханика.
В носимом терминале объединены дисплей, клавиатура и встроенная телефонная трубка для совершения голосовых вызовов. Терминал может быть подключен к центральной управляющей системе для организации голосовых вызовов с носимого терминала или системного телефона;
При реализации предложенной системы в служебном купе начальника поезда размещают следующее оборудование: ЦУС, блок ЗУ для трех носимых терминалов, системный телефон, устройство электропитания, носимые терминалы. При этом центральная управляющая система имеет настенное крепление и может быть закреплена на боковой стенке купе. Системный телефон устанавливают на стол. Зарядное устройство для носимых терминалов имеет посадочные отверстия для настенного крепления.
В служебном купе проводника вагона размещают следующее оборудование; УПАС-ретранслятор, выход антенны, носимый терминал, кнопка сигнализации опасности.
Все антенны и антенные модули устанавливают на крыше вагона, а УПАС-ретрансляторы - внутри вагона. УПАС-ретранслятор имеет посадочные отверстия для настенного крепления.
Для организации дуплексной радиосвязи между абонентами в системе DECT используют полосу радиочастот 1880-1900 МГц, в которой располагаются 10 физических радиоканалов (несущих) с шириной полосы 1,728 МГц. Для организации разговорных каналов на каждой несущей частоте во временной области произведена разбивка на кадры длительностью 10 мс, содержащие 12 пар временных интервалов (используется метод множественного доступа с временным разделением каналов - TDMA). Дуплексный режим передачи обеспечивается за счет использования метода временного разделения (TDD), при котором в течение первой половины TDMA-кадра осуществляется поочередная передача информации по 12-и разговорным каналам от базовой станции к носимым терминалам, а в течение следующей половины - в обратном направлении.
Система работает в режиме непрерывного динамического перераспределения каналов, т.е. базовая станция может автоматически выбирать несущие частоты, находя имеющуюся в наличии свободную несущую частоту и, выбирая наилучший (с точки зрения качества) свободный канал связи. Если свободная несущая частота отсутствует, система автоматически обеспечивает повторные запросы на установку соединения. Таким образом, частоты используются повторно автоматически, а схема повторного использования изменяется от соединения к соединению.
Работа станции может быть проиллюстрирована следующими примерами:
1. Bo время движения поезда в служебном купе вагона срабатывает сигнализация "перегрев букс". Проводник в это время находится в другом конце вагона, обслуживая пассажиров. УПАС-ретранслятор вагона набирает номер телефона проводника и голосом передает «пятизначный» номер вагона и далее "греется букса", такое же голосовое сообщение передается начальнику поезда для принятия решения.
2. На вокзале, при посадке пассажиров, в служебном купе проводников срабатывает пожарная сигнализация. Проводник в это время находится на перроне УПАС-ретранслятор набирает номер носимого терминала проводника и начальника поезда и передает голосовое сообщение "Пожар и пятизначный номер вагона". Получив это сообщение, проводник проверяет вагон и обнаруживает курящих в неположенном месте пассажиров. По носимому терминалу немедленно докладывает начальнику поезда об устранении причины, вызвавшей срабатывание пожарной сигнализации.
3. Ночью в вагоне завязалась хулиганская драка. Проводник вызывает по носимому терминалу наряд милиции, который наводит должный порядок.
4. Злоумышленники блокируют проводника вагона, не позволяя ему позвонить и вызвать помощь. Проводник нажимает на скрытую кнопку сигнализации опасности, и автоматика набирает номер носимых терминалов патруля транспортной милиции и начальника поезда и передает голосовое сообщение "Опасность и пятизначный номер вагона".
5. Происходит поломка в генераторе вагона, проводник в это время обслуживает пассажиров, УПАС-ретранслятор набирает номер носимого терминала проводника вагона и сообщает ему «пятизначный» номер вагона и «генератор»
В указанном варианте реализации система обеспечивает:
1. Получение аварийных сигналов от систем пожарной сигнализации вагона, сигнализации перегрева букс, сигнализации блокировки колес, а также от кнопки сигнализации опасности.
2. Формирование речевой информации соответствующей полученным аварийным сигналам и передачу ее на носимые терминалы должностным лицам поездной бригады.
3. Автоматическую телефонную связь должностным лицам поездной бригады.
Указанное речевое сообщение, передаваемое при возникновении аварийных ситуаций, состоит из:
- приписного номера вагона (пять цифр);
- слов «Пожар», «Генератор» «Греется букса» или «Тревога».
Речевое сообщение, передаваемое при нажатии кнопки сигнализации опасности, передается начальнику поезда и транспортной милиции и состоит из:
- приписного номера вагона (пять цифр);
- слова «Тревога».
Использование разработанной системы позволяет повысить безопасность эксплуатации пассажирского поезда в условиях гибкого формирования состава пассажирского поезда.