СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ
RAILWAY TRAFFIC CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматического управления движением поездов на перегонах и станциях.
Известна система автоматического управления движением поездов на перегонах и станциях (Леонов А.А. "Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации". М.: Транспорт, 1982, стр.256).
Недостатком известной системы является то, что при движении по некодируемым путям в кабину машиниста не поступает информация о соответствии маршрута, по которому должен следовать поезд, напольному светофору, показаниями которого руководствуется машинист. При плохой видимости светофоров и маршрутных указателей, а также вследствие усталости, случаются ошибки, при которых машинисты руководствуются светофорами и маршрутными указателями других маршрутов и начинают или продолжают движение поезда по неправильному маршруту, или с неправильной скоростью. Это приводит к экстренным торможениям поезда и другим опасным ситуациям.
Известна система автоматического управления движением поездов, в которой использовано кодирование путей как на всех поездных, так и на всех маневровых маршрутах, за счет оборудования путевых и локомотивных устройств дополнительной аппаратурой на основе рельсопроводных линий связи (RU 2277051 C1 B61L 15/20 от 10.01.06).
Недостатком известной системы является сложность аппаратуры, что удорожает систему и затрудняет форсированное оснащение этой аппаратурой железнодорожного транспорта.
В качестве прототипа принята система предотвращения столкновения подвижного состава, содержащая N навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, приемника спутниковых сигналов и вычислительного блока, первый выход которого подключен к передатчику корректирующих сигналов, соединенному с передающей антенной, К подвижных объектов, на каждом из которых установлены первая приемная антенна, подключенная к первому входу бортового приемника спутниковых сигналов, и вторая приемная антенна, подключенная к приемнику корректирующих сигналов, выход которого соединен со вторым входом бортового приемника спутниковых сигналов, контрольно-корректирующая станция снабжена сервером, в память которого записана информация о движении поездов и об электронной карте железнодорожной станции с контрольными точками, обозначающими границы защитных зон, и радиомодемом с антенной, при этом первый и второй входы сервера подключены соответственно ко второму выходу вычислительного блока и выходу радиомодема, на каждом подвижном объекте установлены бортовая ЭВМ, в память которой записана информация об электронной карте железнодорожной станции с контрольными точками, обозначающими границы защитных зон, исполнительное устройство и дисплей, соединенные с выходами бортовой ЭВМ, бортовой радиомодем с антенной, измеритель тягового тока, датчик направления движения, датчик автосцепки, датчик давления в тормозном цилиндре, датчик давления в тормозной магистрали, датчик пути и скорости, датчик концевого крана локомотива, клавиатура, при этом выходы бортового радиомодема, бортового приемника спутниковых сигналов, измерителя тягового тока, датчика направления движения, датчика автосцепки, датчика давления в тормозном цилиндре, датчика давления в тормозной магистрали, датчика пути и скорости, датчика концевого крана локомотива и клавиатуры соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым, девятым и десятым входами бортовой ЭВМ (RU 2288856, B61L 23/34, 20.04.06).
Данная система увязана с существующими типовыми путевыми устройствами сигнализации, централизации и блокировки через систему непрерывной АЛСН, поэтому она обладает тем же недостатком, т.е. при движении по некодированным путям машинисты также по ошибке могут руководствоваться светофорами и маршрутными указателями других маршрутов.
В последнее время путевые светофоры интенсивно переоборудуются сигнальными огнями на основе силовых полупроводниковых светоизлучающих диодов, имеющих на порядок больший срок службы по сравнению с обычными светофорными лампами. В частности, известен светофор, в котором сигнальные огни образованы группами силовых светодиодов с одинаковыми для каждой группы диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн видимого света, и содержащий микропроцессорный блок управления светофорными огнями. Группы силовых светодиодов подключены своими входами управления к выходам микропроцессорного блока управления сигнальными огнями, а к блоку питания подключены через блок коммутации, образованный контактами сигнальных реле схемы управления огнями светофора. Первый порт микропроцессорного блока управления сигнальными огнями через первый блок сопряжения соединен с блоком коммутации (CN 2863585 Y B61L 5/18, 31.01.07).
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение безопасности движения при движении поезда по некодируемым путям или отказах в устройствах АЛСН.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении достоверности информации при движении поезда по некодируемым путям или отказе в устройствах АЛСН.
Технический результат достигается тем, что в системе управления движением поездов, содержащей на пути светофоры, каждый из которых имеет сигнальные огни, образованные группами силовых светодиодов с одинаковыми для каждой группы диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн видимого света, и микропроцессорный блок управления сигнальными огнями, причем группы силовых светодиодов подключены к блоку питания через блок коммутации, образованный контактами сигнальных реле схемы управления огнями светофора, а входы управления группы силовых светодиодов соединены с выходами микропроцессорного блока управления сигнальными огнями, первый порт которого через блок сопряжения соединен с блоком коммутации, на каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив, при этом бортовая ЭВМ соединена с дисплеем, силовой установкой локомотива, устройством автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, с бортовым блоком системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником спутниковой навигационной системы, согласно изобретению на каждом из локомотивов и светофоров установлены блоки приемопередатчиков маломощного радиоканала связи, соединенные своими входами соответственно с бортовой ЭВМ и с вторым портом микропроцессорного блока управления сигнальными огнями, третий порт которого соединен с дополнительной группой силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн, причем на каждом из локомотивов установлен фотоприемник инфракрасного диапазона длин электромагнитных волн, выходом подключенный к бортовой ЭВМ.
На чертеже приведена блок-схема предлагаемой системы управления движением поездов.
Система управления движением поездов содержит на пути светофоры, каждый из которых имеет сигнальные огни, образованные группами 1 силовых светодиодов, с одинаковыми, для каждой группы, диапазонами длин излучаемых электромагнитных волн видимого света, и микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями. Упомянутые группы 1 силовых светодиодов непосредственно подключены своими входами управления к выходам микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями, а к блоку 3 питания подключены через блок 4 коммутации, образованный контактами типовых сигнальных реле схемы управления огнями светофора. Первый порт 5 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями через блок 6 сопряжения соединен с блоком 4 коммутации. На каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установлена бортовая ЭВМ 7, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив. Бортовая ЭВМ 7 соединена с дисплеем 8, силовой установкой 9 локомотива, устройством 10 автоматической локомотивной сигнализации с автостопом, с бортовым блоком 11 системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником 12 спутниковой навигационной системы. Бортовой блок 11 системы поездной радиосвязи соединен со своим антенным блоком 13, а бортовой приемник 12 спутниковой навигационной системы соединен со своим антенным блоком 14. На каждом из упомянутых локомотивов и светофоров установлены соответственно блоки 15 и 16 приемопередатчиков маломощного радиоканала связи общепромышленного диапазона частот (ISM band), соединенные своими выходами с соответствующими маломощными антеннами 17 и 18, а входами, соответственно, с бортовой ЭВМ 7 и с вторым портом 19 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями. Третий порт 20 микропроцессорного блока 2 управления светофорными огнями соединен с дополнительной группой 21 силовых светодиодов инфракрасного диапазона длин излучаемых электромагнитных волн, причем на каждом из упомянутых локомотивов установлен фотоприемник 22, соответствующего инфракрасного диапазона длин электромагнитных волн, выходом подключенный к бортовой ЭВМ 7.
Система управления движением поездов работает следующим образом.
При движении поезда по кодируемым путям машинист руководствуется показаниями локомотивного светофора устройства 10 автоматической локомотивной сигнализации с автостопом. При этом бортовая ЭВМ 7 вырабатывает команды управления силовой установкой 9 локомотива для рабочего набора и снижения скорости поезда, а автостоп устройства 10 осуществляет экстренное торможение поезда при превышении допустимой по условиям безопасности скорости. Информацию о маршруте следования машинист получает от диспетчера через бортовой блок 11 системы поездной радиосвязи и далее эта информация вводится в бортовую ЭВМ 7.
При движении по некодируемым путям показания напольных светофоров не поступают в кабину машиниста, и машинист должен воспринимать их непосредственным наблюдением. На дисплее 8 бортовая ЭВМ 7 отображает для машиниста различную технологическую информацию. В частности, это может быть информация о местоположении поезда на карте участка железной дороги.
На каждом из путевых светофоров, оборудованных сигнальными комплектами на основе силовых полупроводниковых светодиодов, микропроцессорный блок 2 управляет светофорными огнями. Управление осуществляется на основе информации, приходящей в первый порт 5 через блок 6 сопряжения от блока 4 коммутации, который передает информацию о состоянии сигнальных реле схемы управления огнями светофора.
Микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями регулирует интенсивность излучения группами 1 силовых светодиодов посредством широтно-импульсной модуляции тока, протекающего через светодиоды. Вследствие инерции, присущей органам зрения человека, машинист поезда воспринимает усредненное значение интенсивности доходящего от светофора потока излучения. Широтно-импульсная модуляция тока используется для стабилизации условий видимости сигнальных показаний, в частности, в зависимости от времени суток, а также и других влияющих факторов. В то же время, невидимая машинисту модуляция интенсивности потока излучения от дополнительной группы 21 силовых светодиодов инфракрасного диапазона излучаемых электромагнитных волн используется в системе для передачи на локомотив дополнительной информации. В основном техническом решении используется инфракрасный диапазон излучения из-за лучшего распространения в среде. Видимый диапазон рассматривается как опция для целей резервирования, удешевления и т.д. В этом случае фотоприемник 22 инфракрасного оптического диапазона на локомотиве должен быть заменен (или дополнен) фотоприемником видимого оптического диапазона.
Управление передачей инфракрасного оптического сигнала также осуществляет микропроцессорный блок 2 управления светофорными огнями по команде, которую он получает от блока 16 приемопередатчика маломощного радиоканала связи. Приемопередатчик 16 связан по маломощному радиоканалу с приемопередатчиком 15 приближающегося локомотива.
Выпускаемые промышленностью программируемые модули приемопередатчиков маломощной радиосвязи (например, модули Texas Instruments на основе микросхем СС1010) для общепромышленного диапазона частот 330-340 MГц, 430-434 MГц (ISM band) обеспечивают устойчивую связь на расстоянии до 0,5 километра. Такие модули потребляют ток 30-40 мА от источника постоянного тока напряжением 3 вольта, имеют собственный микропроцессор и последовательный интерфейс связи.
Полная проверка системы происходит следующим образом.
Локомотивные устройства поезда, идущего по заданному маршруту, инициируют установление радиосвязи с впереди стоящим светофором. Для этого локомотивная бортовая ЭВМ 7 определяет по текущей координате локомотива, когда дистанция до следующего по ходу движения светофора, заданного маршрута, позволяет установление надежной радиосвязи по маломощному радиоканалу.
Для определения текущей координаты локомотива бортовая ЭВМ 7 периодически получает данные от бортового приемника 12 спутниковой навигационной системы. Бортовая ЭВМ 7 сопоставляет эти данные с координатой очередного светофора заданного маршрута, считанной из электронной карты железнодорожных станций и перегонов, которая хранится в ее памяти. Электронная карта железнодорожных станций и перегонов создается общей для всех локомотивов, обращающихся на данном железнодорожном участке, путем обработки данных, записанных на регистраторе образцового локомотива, оборудованного устройствами спутниковых навигационных систем определения местоположения, например, GPS/ГЛОНАСС. При приближении локомотива к светофору установленного маршрута следования на заданное расстояние, бортовая ЭВМ 7 включает блок 15 приемопередатчика маломощного канала, для установления двусторонней связи с блоком 16 приемопередатчика маломощного канала упомянутого светофора.
Вместе с электронной картой в памяти бортовой ЭВМ 7 хранятся ассоциированные с координатами светофоров уникальные адреса их приемопередатчиков 16. Протокол связи маломощного канала обеспечивает установление связи только в случае свободности канала радиосвязи и соответствия адреса принимаемого или передаваемого пакета адресу приемопередатчика. Этим достигается однозначная идентификация того, что принимаемый на локомотиве ответный сигнал от светофора, как по маломощному радиоканалу, так и одновременно и по оптическому каналу, принадлежат очередному светофору правильного маршрута следования локомотива.
Достоверность этого обеспечивается совпадением следующих условий:
- только один блок 16 приемопередатчика маломощного радиоканала, принадлежащий очередному светофору правильного маршрута, принимает запрос локомотива потому, что пакет запроса содержит уникальный адрес этого приемопередатчика;
- пакет запроса доставляет в блок 16 приемопередатчика светофора уникальный адрес блока 15 бортового приемопередатчика и проверочную информацию для ответной передачи по оптическому каналу связи;
- блок 15 приемопередатчика маломощного радиоканала светофора в ответном пакете посылает информацию о координате и названии светофора, а также о текущем сигнальном показании. Поскольку пакет содержит уникальный адрес блока 16 приемопередатчика маломощного радиоканала конкретного локомотива, то только данный локомотив фиксирует поступление этой информации. Только один светофор, соответствующий упомянутому приемопередатчику 16 маломощного радиоканала, посылает с ним одновременно модулированный информационный оптический сигнал с заданной проверочной информацией;
- когда этот светофор находится в прямой видимости фотоприемника 22 приближающегося локомотива, и оптический кодовый сигнал превышает пороговую чувствительность фотоприемника 22, информация оптического канала фиксируется на локомотиве;
- информация доводится до машиниста после проверки соответствия информации, принятой по маломощному радиоканалу, и проверочной информации, принятой по оптическому каналу;
- информация о силе принимаемого от светофора оптического инфракрасного сигнала периодически обновляется и выводится на дисплей 8 бортовой ЭВМ 7, чтобы при сокращении дистанции до правильного светофора машинист видел на дисплее, что оптическая связь плавно усиливается. Это дополнительно помогает в ситуации, когда в пределах прямой видимости, наряду с правильным светофором, с которым установлена связь по оптическому каналу, видны посторонние светофоры, с такими же сигнальными показаниями и на подобном расстоянии. В непосредственной близости от правильного светофора есть область резкого пропадания оптической связи, которая должна игнорироваться за счет использования соответствующего алгоритма в программе бортовой ЭВМ 7;
- при движении поезда по неправильному сигналу оптическая связь с правильным светофором будет плавно уменьшаться.
Маломощный радиоканал имеет скорость передачи 5 килобайт в секунду, а время перехода из состояния ожидания к приему или передаче 2 миллисекунды. Это позволяет за время менее 0,1 секунды установить связь и передать пакет со всей основной и служебной информацией. За это же время по оптическому каналу передается только простая проверочная информация намного меньшего объема и с меньшей скоростью из-за необходимости манипулировать мощными коммутационными электронными элементами.
При соответствии информации, принятой по маломощному радиоканалу, и проверочной информации, принятой по оптическому каналу, бортовая ЭВМ 7 отображает на дисплее 8 принятую информацию и формирует подтверждающий звуковой сигнал о том, что локомотив следует по правильному маршруту и к правильному светофору.
Чем мощнее оптический сигнал и лучше условия его распространения, тем раньше машинист может получить подтверждение. Если же за заданное расстояние до светофора подтверждение не поступает, бортовая ЭВМ 7 формирует звуковой сигнал тревоги о том, что локомотив следует по неправильному маршруту.
По сравнению с известными устройствами, машинист получает информацию о следовании по неправильному маршруту заранее. Поэтому применение изобретения позволяет снизить вероятность ошибок, при которых машинисты руководствуются светофорами и маршрутными указателями других маршрутов и начинают или продолжают движение поезда по неправильному маршруту, или с неправильной скоростью. Таким образом, изобретение позволяет повысить безопасность при движении поездов по некодируемым путям или при отказах в устройствах АЛСН.