СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ О ПАРАМЕТРАХ ВАГОНОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОЕЗДА, АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И ИХ ПЕРЕДАЧИ
SYSTEM FOR RECORDING DATA ON RAILWAY ROLLING STOCK CAR PARAMETERS, ANALYZING AND PROCESSING DATA AND TRANSMITTING SAID DATA

Область техники:
[0001] Изобретение относится к области вычислительной техники для приема и передачи данных между вычислительными устройствами.
Уровень техники:
[0002] В настоящее время существует множество систем для анализа подвижного состава поезда. Одним из примеров таких систем является система управления поездом и железнодорожным депо. Известная система выполнена с возможностью выполнения следующих функций: (a) логического формирования составов поездов; (b) валидации сформированных составов поездов; и (c) логического роспуска составов поездов, описанная в RU 2640389 C1. Данное решение предусматривает систему управления депо для управления железнодорожными вагонами, покрытыми ячеистой вагонной сетью, и составами поездов, покрытыми ячеистой поездной сетью, которая содержит ячеистую сеть депо с одним или несколькими приводными беспроводными шлюзами, размещенными в указанном депо в качестве сетевых узлов. Известная система выполнена с возможностью выполнения следующих функций: (a) логического формирования составов поездов; (b) валидации сформированных составов поездов; и (c) логического роспуска составов поездов.
[0003] Однако известному решению присущи недостатки. В числе недостатков известного решения имеется низкая точность анализа, обработки данных. Также в числе недостатков имеется низкая точность передаваемых данных ввиду отсутствия зашифрованного помехоустойчивого соединения.
Раскрытие изобретения:
[0004] Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.
[0005] Техническим результатом при этом является повышение точности анализа, обработки и создания, на основании анализа и обработки, электронного паспорта каждого вагона подвижного состава метрополитена (ПСМ) с одновременным повышением точности передаваемых данных посредством зашифрованного помехоустойчивого соединения и оперативности анализа данных.
[0006] Для достижения данного технического результата предложена система регистрации данных о параметрах вагонов подвижного состава метрополитена (ПСМ), анализа и обработки данных, передачи данных, по меньшей мере, одному удаленному вычислительному устройству пользователя и создания, на основании проанализированных и обработанных данных, электронного паспорта каждого вагона ПСМ, содержащая: множество датчиков, расположенных в каждом вагоне ПСМ, и выполненных с возможностью измерений и регистрации данных о параметрах вагона ПСМ, при этом каждый датчик из множества датчиков содержит процессор, выполненный с возможностью первичной обработки зарегистрированных данных о параметрах, где первичная обработка обеспечивает компенсацию погрешностей измерений упомянутых данных о параметрах и их фильтрацию; по меньшей мере, два регистратора данных о параметрах движения поезда (РПДП), каждый из которых расположен в головном и хвостовом вагоне ПСМ и выполнен с возможностью приема, регистрации и вторичной обработки данных о параметрах, поступивших от упомянутых датчиков по экранированной от электромагнитных полей, влаго- и пылезащищенной кабельной сети, где вторичная обработка включает: разбиение данных на блоки, их маркировка текущей датой и временем, заводским номером вагона, и выявление сбоя работы упомянутых датчиков посредством сравнения принятых данных с эталонными данными; по меньшей мере, два модуля узла буферизации (модули УБ), каждый из которых расположен в головном и хвостовом вагоне ПСМ, и выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от РПДП; по меньшей мере, два модуля балансировки трафика (модули БТ), каждый из которых расположен в головном и хвостовом вагоне ПСМ и выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от модуля УБ, анализа качества каналов передачи данных и передачи вторично обработанных данных удаленному сетевому модулю, посредством модуля УПД и/или модуля ВПД, вторично обработанных данных на основе упомянутого анализа качества, где каждый модуль БТ на основе упомянутого анализа направляет поток передаваемых вторично обработанных данных в канал передачи данных, имеющий наибольшую пропускную способность в данный момент времени; по меньшей мере, два модуля узлов приема и передачи данных (модули УПД), каждый из которых расположен в головном и хвостовом вагоне ПСМ, соединен с модулем БТ и выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от модуля БТ, передачи, посредством сети зашифрованного помехоустойчивого соединения, вторично обработанных данных удаленному сетевому модулю приема и передачи данных; по меньшей мере, два модуля высокоскоростной приема и передачи данных (модули ВПД), каждый из которых расположен в головном и хвостовом вагоне ПСМ, соединен с модулем БТ и выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от модуля БТ, передачи, посредством сети зашифрованного помехоустойчивого соединения, вторично обработанных данных удаленному сетевому модулю приема и передачи данных; удаленный сетевой модуль приема и передачи данных, выполненный с возможностью приема от упомянутых модулей УПД и модулей ВПД вторично обработанных данных и их передачи по меньшей мере, одному удаленному серверу хранения данных; по меньшей мере, один удаленный сервер хранения данных, выполненный с возможностью приема от упомянутого удаленного сетевого модуля вторично обработанных данных и обеспечения их хранения, архивации и управления; по меньшей мере, один удаленный сервер анализа данных, содержащий базу данных, выполненный с возможностью приема от упомянутого сервера хранения вторично обработанных данных и их заключительной обработки, где под заключительной обработкой подразумевается выполнение поиска данных, соответствующих вторично обработанным данным в базе данных упомянутого сервера, группировки и кластеризации вторично обработанных данных, прогнозирования и статистического анализа вторично обработанных данных, где прогнозирование выполняется для прогноза возникновения неисправностей элементов ПСМ; по меньшей мере, одно удаленное вычислительное устройство пользователя, выполненное с возможностью: приема от упомянутого сервера анализа заключительно обработанных данных и их предоставления пользователю в режиме реального времени; создания электронного паспорта каждого вагона ПСМ, где электронный паспорт включает электронные формуляры каждого компонента вагонов ПСМ; и дополнения и корректировки упомянутого электронного паспорта по результатам анализа заключительно обработанных данных.
[0007] Дополнительно каждый модуль УБ содержит энергонезависимый ударопрочный твердотельный накопитель (ТН), выполненный с возможностью хранения всех принятых модулем УБ данных в течение заданного времени, при этом в случае, если ни один из упомянутых каналов передачи данных не способен передавать вторично обработанные данные, то они сохраняются в ТН для их последующей передачи в момент времени, когда, по меньшей мере, один канал для передачи данных сможет передавать вторично обработанные данные удаленному сетевому модулю приема и передачи данных.
[0008] Дополнительно управление вторично обработанными данными, по меньшей мере, одним удаленным сервером хранения данных заключается в их изменении, удалении, восстановлении, обеспечении контроля доступа.
[0009] Дополнительно по меньшей мере, одно удаленное вычислительное устройство пользователя выполнено с возможностью создания электронного формуляра машиниста, содержащего идентификатор (ID) машиниста на основании результатов анализа заключительно обработанных данных, где электронный формуляр машиниста представляет собой персональную базу данных машиниста, содержащую данные о всех действиях машиниста, а также данные о квалификации и состоянии его здоровья: ФИО, фотография, возраст, класс, личное дело, типы управляемых составов, общее количество часов поездок, ошибки ведения составов, поощрения и медицинские показатели.
[0010] Дополнительно регистрируемые посредством РПДП данные включают дату и время, заводской номер вагона, скорость вагона, местоположение вагона, состояние каждой двери, датчик стояночного тормоза, давление в тормозной магистрали, давление в напорной магистрали, напряжение на башмаке токоприемника, внутренняя температура вагона, внешняя температура вагона, данные о загрузке вагона, ток, потребляемый вагоном, направление движения, предупредительная скорость, допустимая скорость, положение контроллера машиниста, давление  тормозного цилиндра каждой тележки, экстренное торможение, разрыв рессоры, срыв муфты, данные, указывающие на то, что токоприемники отжаты, неисправность вентилятора тормозного реостата, неисправность токоприемника, срабатывание быстродействующего выключателя, отказ электротормоза, истощение электротормоза, данные, указывающие климат лето/зима внутри вагона ПСМ, срабатывание датчика противозажатия, перегрев инвертора, неисправность системы климат-контроля, а также данные, характеризующие взаимодействие машиниста с каждым исполнительным устройством в кабине машиниста: кнопки, переключатели, тумблеры и ручки управления.
[0011] Дополнительно сеть представляет собой сеть Internet, а зашифрованное помехоустойчивое соединение является соединением с использованием VPN-технологии связи.
[0012] Дополнительно модули ВПД выполнены с возможностью передачи данных по сети, стандарта LTE.
[0013] Очевидно, что как предыдущее общее описание, так и последующее подробное описание даны лишь для примера и пояснения и не являются ограничениями данного изобретения.
Краткое описание чертежей:
[0014] Фиг. 1 - схематичное изображение системы регистрации данных о параметрах вагонов подвижного состава метрополитена (ПСМ), анализа и обработки данных, передачи данных.
Осуществление изобретения:
[0015] Схематическое изображение системы регистрации данных о параметрах вагонов подвижного состава метрополитена (ПСМ), анализа и обработки данных, передачи данных показано на фиг. 1. Система 100 содержит множество датчиков N, расположенных в вагонах ПСМ, по меньшей мере, два регистратора 102 параметров движения поезда (РПДП), по меньшей мере, два модуля 103 узла буферизации (модули УБ), по меньшей мере, два модуля 104 балансировки трафика (модули БТ), по меньшей мере, два модуля 105 узлов приема и передачи данных (модули УПД), по меньшей мере, два модуля 106 высокоскоростного приема и передачи данных (модули ВПД), сеть 107 приема и передачи данных, удаленный сетевой модуль 108 приема и передачи данных, по меньшей мере, один удаленный сервер 109 хранения данных, по меньшей мере, один удаленный сервер 110 анализа данных, и по меньшей мере, одно удаленное вычислительное устройство 111 пользователя. При этом два РПДП 102, два модуля 103 УБ, два модуля 104 БТ, два модуля 105 УПД, и два модуля 106 ВПД расположены в головном и хвостовом вагоне 101 ПСМ.
[0016] Датчики N расположены в каждом вагоне ПСМ, и обеспечивают регистрацию параметров вагона ПСМ. Каждый датчик из множества датчиков содержит процессор, который выполняет первичную обработку зарегистрированных данных о параметрах. Первичная обработка обеспечивает компенсацию погрешностей измерений упомянутых данных о параметрах и их фильтрацию. Упомянутые погрешности вызваны влиянием температуры, деградацией (старением) первичного преобразователя. Также каждый из упомянутых датчиков содержит первичный преобразователь (не показан на фиг.), выполненный с возможностью преобразования какого-либо физического явления в измеряемую величину, т.е. в данные о параметрах.
[0017] Каждый из регистраторов 102 параметров движения поезда (РПДП) выполнен с возможностью приема, регистрации и вторичной обработки данных, поступивших от упомянутых датчиков по экранированной от электромагнитных полей, влаго- и пылезащищенной кабельной сети. Вторичная обработка включает: разбиение данных на блоки, их маркировка текущей датой и временем, заводским номером вагона, и выявление сбоя работы упомянутых датчиков посредством сравнения принятых данных с эталонными данными. В данном случае в результате вторичной обработки данных происходит проверка работоспособности упомянутых датчиков: датчику отправляется посредством регистратора 102 пакет данных, который каждый из датчиков обрабатывает и посылает обратно в регистратор 102 обработанные данные. Принятые регистратором обработанные данные сравниваются с эталоном, и в случае, если они не совпадают с эталоном, то это означает, что датчик вышел из строя и не работает, т.е. требуется его замена. В противном случае это будет означать, что датчик работает исправно. Регистрируемые посредством РПДП данные включают дату и время, заводской номер вагона, скорость вагона, местоположение вагона, состояние каждой двери, датчик стояночного тормоза, давление в тормозной магистрали, давление в напорной магистрали, напряжение на башмаке токоприемника, внутреннюю температуру вагона, внешнюю температуру вагона, данные о загрузке вагона, ток, потребляемый вагоном, направление движения, предупредительная скорость, допустимая скорость, положение контроллера машиниста, давление  тормозного цилиндра каждой тележки, экстренное торможение, разрыв рессоры, срыв муфты, данные, указывающие на то, что токоприемники отжаты, неисправность вентилятора тормозного реостата, неисправность токоприемника, срабатывание быстродействующего выключателя, отказ электротормоза, истощение электротормоза, данные, указывающие климат лето/зима внутри вагона ПСМ, срабатывание датчика противозажатия, перегрев инвертора, неисправность системы климат-контроля, а также данные, характеризующие взаимодействие машиниста с каждым исполнительным устройством в кабине машиниста: кнопки, переключатели, тумблеры и ручки управления. Наличие экранированной от электромагнитных полей, влаго- и пылезащищенной кабельной сети может быть обусловлено: сложной электромагнитной обстановкой внутри тоннеля метрополитена при протекании электрического тока по проводам, расположенных внутри тоннеля, наличием контактного рельса, создающего радиопомехи, наличие работающих электродвигателей поезда, рельефом местности.
[0018] Каждый из модулей 103 узла буферизации выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от РПДП. Каждый модуль УБ содержит энергонезависимый ударопрочный твердотельный накопитель (ТН), выполненный с возможностью хранения всех принятых модулем БТ данных в течение заданного времени. В случае, если ни один из упомянутых каналов передачи данных не способен передавать вторично обработанные данные, то они сохраняются в ТН для их последующей передачи в момент времени, когда, по меньшей мере, один канал для передачи данных сможет передавать вторично обработанные данные удаленному сетевому модулю приема и передачи данных.
[0019] Каждый из модулей 104 балансировки трафика выполнен с возможностью анализа качества каналов передачи данных и передачи удаленному сетевому модулю, посредством модуля УПД и/или модуля ВПД, вторично обработанных данных на основе упомянутого анализа качества. Каждый модуль БТ на основе упомянутого анализа направляет поток передаваемых вторично обработанных данных в канал передачи данных, имеющий наибольшую пропускную способность в данный момент времени.
[0020] Каждый из модулей 105 узлов приема и передачи данных выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от модуля БТ, и передачи, посредством сети зашифрованного помехоустойчивого соединения, вторично обработанных данных удаленному сетевому модулю приема и передачи данных. Модуль 105 может быть Wi-Fi модулем, модулем канала сотовой связи и т.д.
[0021] Каждый из модулей 106 ВПД также выполнен с возможностью приема вторично обработанных данных от модуля БТ, и передачи, посредством упомянутой сети передачи данных, вторично обработанных данных удаленному сетевому модулю приема и передачи данных. Дополнительно, каждый из модулей 106 ВПД выполнен с возможностью передачи данных по сети, стандарта LTE.
[0022] Сеть 107 передачи данных обеспечивает связь модулей 105 УПД, модулей 106 ВПД с удаленным сетевым модулем 108 приема и передачи данных. Сеть представляет собой сеть Internet, и обеспечивает зашифрованное помехоустойчивое соединение. Данное соединение может являться соединением с использованием VPN-технологии связи. Сеть 107 содержит множество каналов передачи данных, которые, в зависимости от рельефа местности, могут иметь низкую пропускную способность (низкое качество канала передачи данных). Об анализе качества более подробно указывалось выше.
[0023] Удаленный сетевой модуль 108 приема и передачи данных обеспечивает прием данных от модулей 105 УПД и 106 ВПД и их передачу, по меньшей мере, одному удаленному серверу хранения данных. В качестве модуля 108 может использоваться один из: маршрутизатор, коммутатор, сетевой концентратор и т.д.
[0024] По меньшей мере, один удаленный сервер 109 хранения данных выполняет управление вторично обработанными данными. Управление заключается в изменении вторично обработанных данных, их удалении или восстановлении, обеспечении контроля доступа к вторично обработанным данным.
[0025] Удаленный сервер 110 анализа данных выполняет прием от сервера 109 вторично обработанных данных и их заключительную обработку. Под заключительной обработкой подразумевается выполнение поиска данных, соответствующих вторично обработанным данным в базе данных упомянутого сервера, группировки и кластеризации вторично обработанных данных, прогнозирования и статистического анализа вторично обработанных данных, где прогнозирование выполняется для прогноза возникновения неисправностей элементов ПСМ. Для заключительной обработки может применяться множество алгоритмов поиска, алгоритмов группировки и кластеризации, алгоритмов прогнозирования и алгоритмов статистического анализа.
[0026] В частности, для алгоритмов поиска может быть выбран, по меньшей мере, один из следующих алгоритмов: алгоритм последовательного поиска, алгоритм поиска в списке, алгоритм поиска в дереве, алгоритм поиска по графу, алгоритм эвристического поиска, алгоритм семантического поиска и т.д. В качестве примера рассмотрим алгоритм последовательного поиска. Данный алгоритм работает так - он последовательно из базы данных сервера 110 просматривает подряд все записи и как только найдет искомую запись, ту, которая удовлетворяет условиям поиска, останавливается. В данном случае результат будет положительный - запись найдена. Если при последовательном просмотре таблицы искомая запись не найдена, он останавливается. В данном случае результат будет отрицательный - запись не найдена.
[0027] В частности, для алгоритмов группировки может быть выбран, по меньшей мере, один из следующих алгоритмов: алгоритм топологической группировки, алгоритм структурной группировки, алгоритм аналитической группировки и т.д. В качестве примера рассмотрим алгоритм топологической группировки. Данный алгоритм работает так - на первом этапе формируются необходимые группы (например, группы машинистов по принадлежности к депо) и затем при помощи одного из алгоритмов поиска (см. выше) в базе данных сервера 110 осуществляется поиск искомых записей для включения в одну из групп, которые были заранее сформированы.
[0028] В частности, для алгоритмов кластеризации может быть выбран, по меньшей мере, один из следующих алгоритмов: алгоритм иерархической кластеризации, алгоритм квадратичной ошибки, нечеткий алгоритм, алгоритм, основанный на теории графов, алгоритм выделения связных компонент, алгоритм минимального покрывающего дерева, алгоритм послойной кластеризации и т.д. В качестве примера рассмотрим алгоритм иерархической кластеризации. Данный алгоритм работает так - в начале работы каждый объект (данные) помещается в отдельный кластер, а затем кластеры объединяются (по какому-либо признаку, например, по размеру расстояния между объектами) во все более крупные, пока все объекты выборки не будут содержаться в одном кластере. Таким образом строится система вложенных разбиений. Результат работы такого алгоритма представляется в виде дерева - дендрограммы. Пример результата работы такого алгоритма - дерево классификации животных и растений.
[0029] В частности, для алгоритмов прогнозирования может быть выбран, по меньшей мере, один из следующих алгоритмов: алгоритм экстраполяции тренда, алгоритм скользящего среднего, алгоритм взвешенного скользящего среднего, алгоритм математического моделирования, алгоритм вероятностного моделирования, алгоритм на основе нейронных сетей и др. В качестве примера рассмотрим алгоритм экстраполяции тренда. Данный алгоритм работает так - на основе измеренных значений параметров (на текущий момент времени Т0) вычисляются параметры линии тренда (например, с использованием метода наименьших квадратов). Затем, используя параметры линии тренда, вычисляется прогнозное значение параметра, которое еще не измерено, на некоторое время Т1 вперед, т.е. какое значение у него будет в будущем. Результат работы такого алгоритма - будущее значение интересующего параметра.
[0030] В частности, для алгоритмов статистического анализа может быть выбран, по меньшей мере, один из следующих алгоритмов: алгоритм сравнения средних, алгоритм анализа главных компонент, алгоритм корреляционного анализа, алгоритм регрессионного анализа, алгоритм канонического анализа, алгоритм частотного анализа, алгоритм факторного анализа и др. В качестве примера рассмотрим алгоритм сравнения средних. Данный алгоритм работает так - для каждой выборки - серии экспериментов (измерения какого-либо параметра) вычисляется среднее значение (например, математическое ожидание) и затем эти средние сравниваются с использованием критерия Стьюдента на предмет равенства этих выборок. Результат работы такого алгоритма - принятие гипотезы о равенстве двух выборок.
[0031] Все вышеприведенные алгоритмы приведены лишь для пояснения и не являются ограничениями в рамках данного технического решения.
[0032] Удаленное вычислительное устройство 111 пользователя выполняет прием от упомянутого сервера 110 заключительно обработанных данных и предоставляет их пользователю в режиме реального времени. Также вычислительное устройство 111 выполняет создание электронного паспорта каждого вагона ПСМ. Электронный паспорт включает электронные формуляры каждого компонента вагонов ПСМ. Под электронным формуляром подразумевается электронный регистр параметров каждого компонента вагонов ПСМ. Вычислительное устройство 111 обеспечивает также дополнения и корректировки упомянутого электронного паспорта по результатам анализа заключительно обработанных данных. Дополнительно вычислительное устройство 111 может быть выполнено с возможностью создания электронного формуляра машиниста, содержащего идентификатор (ID) машиниста на основании результатов анализа заключительно обработанных данных. Электронный формуляр машиниста представляет собой персональную базу данных машиниста, содержащую данные о всех действиях машиниста, а также данные о квалификации и состоянии его здоровья: ФИО, фотография, возраст, класс, личное дело, типы управляемых составов, общее количество часов поездок, ошибки ведения составов, поощрения и медицинские показатели.
[0033] Хотя данное изобретение было показано и описано со ссылкой на определенные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны в нем, не покидая фактический объем изобретения.