Способ контроля состояния рельсовой линии и система интервального регулирования движения поездов на перегоне
METHOD FOR MONITORING THE STATE OF A RAIL LINE AND A SYSTEM FOR INTERVAL CONTROL OF TRAIN MOVEMENT ON A HAUL

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости на железнодорожном транспорте, в частности, при интервальном регулировании движения поездов на перегонах.
Известна ЦАБ-АЛСО централизованной системы автоблокировки с АЛС, в которой система АЛС является основным средством сигнализации, а каждая из рельсовых цепей выделена в отдельный блок-участок. Рельсовые цепи осуществляют сбор информации о местоположении поездов и передают кодовые сигналы АЛС в локомотивные устройства поездов. Длина блок - участков рассчитана исходя из тормозных путей полного служебного торможения унифицированного грузового поезда, движущегося с максимально установленной скоростью, и является постоянной величиной на данном участке для разных категорий поездов. Контроль состояния рельсовой линии осуществляется путевыми приемниками рельсовых цепей (Кондратьева Л. А., Ромашкова О. Н. «Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте» Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта, М., Маршрут, 2003, с.111, рис 6.6).
Недостатком известной системы является низкая надежность. Путевые приемники рельсовых цепей ЦАБ являются сложными электронными устройствами, выход которых из строя весьма вероятен и влечет за собой ограничение пропускной способности из-за появления запрещающего показания светофора.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу контроля состояния рельсовой линии является принятый в качестве прототипа способ контроля состояния рельсовой линии перед поездом, по которому подают сигнал путевого генератора в рельсовую линию на передающем конце рельсовой цепи и принимают его путевым приемником рельсовой цепи и/или локомотивным приемником поезда, занимающего данную рельсовую цепь, при этом как в путевом так и в локомотивном приемниках сравнивают уровень принимаемого сигнала с заданными пороговыми уровнями, соответствующими состояниям свободности, занятости и обрыву рельсов рельсовой линии, причем допуски на упомянутые пороговые уровни рассчитывают заранее по математическим моделям рельсовых цепей. Вышеуказанный  способ реализован с помощью известной системы, описание которой приведено в патенте RU2390453, B61L25/00, 28.05.10.
Примеры математических моделей для определения оптимальной настройки путевых приемников приведены в патенте RU2331537, книге Ю.И. Полевой «Относительные рельсовые цепи», Самара, СамГАПС, 2006 и журнале «Транспорт Урала», №1, 2009, статья Полевого Ю. И. «Локомотивный классификатор свободности неограниченных рельсовых цепей».
Система интервального регулирования движения поездов на перегоне, реализующая вышеуказанный способ и принятая в качестве прототипа предлагаемого устройства, содержит на перегоне между постами электрической централизации (ЭЦ) соседних станций n блок участков с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходными светофорами, каждая из упомянутых рельсовых цепей блок участков соединена с напольными устройствами сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца и своего приемного конца, напольные устройства сопряжения приемных концов соединены через кабельную сеть с входами соответствующих приемников кодовых сигналов тональной частоты, которые размещены на ближайших к их блок участкам постах ЭЦ рядом с передатчиками кодовых сигналов тональной частоты своих рельсовых цепей, при этом каждый из локомотивов, обращающийся на участке дороги, оборудованном данной системой интервального регулирования, оборудован входящими в состав его комплексного локомотивного устройства безопасности приемниками автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, соответственно, систем АЛС-ЕН и АЛСН, приемником точечного канала, приемником спутниковой навигации и приемопередатчиком цифрового радиоканала связи, соединенными через межмодульный интерфейс с модулем центральной обработки информации и с модулями памяти карты маршрута, индикации, регистрации, контроля бдительности машиниста и управления исполнительными цепями локомотива. Напольные  устройства сопряжения  общих передающих концов первой группы из упомянутых рельсовых цепей  блок участков соединены через кабельную сеть с входами соответствующих передатчиков кодовых сигналов тональной частоты, а второй группы из упомянутых рельсовых цепей блок участков соединены с выходами напольных блоков переключения, у которых первые входы соединены через кабельную сеть с выходами соответствующих передатчиков кодовых сигналов тональной частоты, а вторые входы соединены с выходами резервных напольных передатчиков специальных кодовых сигналов на частотах системы  АЛСН, при этом на каждом из упомянутых локомотивов имеются модули резервного управления, подключенные своим портом к межмодульному интерфейсу, которые выходом соединены с входом управления пороговой чувствительностью приемника автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа  АЛСН, причем максимальные расстояния между резервными напольными передатчиками специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН выбраны из условия надежного выполнения контрольного режима по локомотивному приемнику системы АЛСН в резервном режиме работы системы.
Недостатками известной системы интервального регулирования движения поездов на перегоне и известного способа  является недостаточная адаптации чувствительности к текущим условиям работы рельсовых цепей и текущей поездной обстановке, что ограничивает допустимые длины рельсовых цепей, при которых надежно работает АЛС и, следовательно, возможности по резервированию аппаратуры и повышению надежности ее работы.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности определения состояний рельсовой линии по локомотивным приемникам и повышении надежности и безопасности интервального регулирования движения поездов на перегоне.
В части способа технический результат достигается тем, что в способе контроля состояния рельсовой линии перед поездом, по которому подают сигнал путевого генератора в рельсовую линию на передающем конце рельсовой цепи и принимают его путевым приемником рельсовой цепи и/или локомотивным приемником поезда, занимающего данную рельсовую цепь, сравнивают уровень принимаемого сигнала с заданными пороговыми уровнями, соответствующими состояниям свободности, занятости и обрыву рельсов рельсовой линии, по результатам которого определяют состояние рельсовой цепи и изменяют пороговые уровни локомотивного приемника данного поезда, согласно изобретению предварительно определяют допуски на пороговые уровни по математическим моделям рельсовых цепей, и записывают их значения в память локомотивного устройства управления, в процессе движения поезда осуществляют считывание записанных данных и в режиме реального времени сравнивают с результатами периодических измерений соответствующих параметров аппаратурой централизованной автоблокировки и/или на локомотиве, координату местонахождения передней кабины локомотива данного поезда измеряют на его локомотиве, координату  хвостового вагона впереди идущего поезда определяют на локомотиве впереди идущего поезда, а координату генератора питающего конца текущей рельсовой цепи и его выходного напряжения и тока, проводимость путевого балласта текущей рельсовой цепи, определяют в аппаратуре централизованной автоблокировки и/или в локомотивном устройстве управления локомотива впереди идущего поезда.
В части устройства технический результат достигается тем, что в системе интервального регулирования движения поездов на перегоне, содержащей на перегоне между постами электрической централизации соседних станций  n блок участков с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходными светофорами, каждая из рельсовых цепей блок участков соответственно соединена с напольными устройствами сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца и своего приемного конца, напольные устройства сопряжения приемных концов соединены через кабельную сеть с входами соответствующих приемников кодовых сигналов тональной частоты, которые размещены на ближайших к их блок участкам постах электрической централизации рядом с передатчиками  кодовых сигналов тональной частоты своих рельсовых цепей, каждый из локомотивов, обращающийся на участке дороги, оборудован комплексным локомотивным устройством безопасности, содержащим соединенные через межмодульный интерфейс приемники автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа систем АЛС-ЕН и АЛСН, приемник точечного канала, приемник спутниковой навигации и приемопередатчик цифрового радиоканала связи, модуль центральной обработки информации, модуль памяти карты маршрута, модуль индикации, модуль регистрации, модуль контроля бдительности машиниста, модуль управления исполнительными цепями локомотива и модуль резервного управления, управляющий выход модуля резервного управления соединен с входом управления пороговой чувствительностью приемника автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН, напольные  устройства сопряжения  общих передающих концов первой группы рельсовых цепей блок участков соединены через кабельную сеть с входами соответствующих передатчиков  кодовых сигналов тональной частоты, напольные  устройства сопряжения  общих передающих концов второй группы рельсовых цепей  блок участков соединены с выходами напольных блоков переключения, первые входы которых соединены через кабельную сеть с выходами соответствующих передатчиков кодовых сигналов тональной частоты, вторые входы соединены с выходами резервных напольных  передатчиков специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН, согласно изобретению на постах электрической централизации соседних станций введены приемопередатчики цифрового радиоканала связи локомотивов, входы которых подключены к кабельной сети поста ЭЦ, а в комплексное локомотивное устройство безопасности введен и подключен к межмодульному интерфейсу блок памяти, в котором записана база данных пороговых уровней сигналов на входе приемника  автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа.
На чертеже представлена схема системы интервального регулирования движения поездов на перегоне.
1
1
1
Система интервального регулирования движения поездов, содержит на перегоне между постами 1 и 2 ЭЦ соседних станций  n блок участков 3-3n, с неограниченными рельсовыми цепями тональной частоты и проходными светофорами 4, при этом  каждая из упомянутых рельсовых цепей блок участков 3-3n, соответственно, соединена с напольными устройствами 5 сопряжения общего с соседней рельсовой цепью передающего конца и напольными устройствами 6 сопряжения своего приемного конца, причем напольные устройства 6 сопряжения приемных концов соединены через кабельную сеть 7 с входами соответствующих приемников 8 кодовых сигналов тональной частоты, которые размещены на ближайших к их блок участкам 3-3n, постах 1, 2 ЭЦ, рядом с передатчиками 9 кодовых сигналов тональной частоты своих рельсовых цепей, каждый локомотив 10, обращающийся на участке дороги, оборудован входящими в состав его комплексного локомотивного устройства 11 безопасности, приемником 12 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛС-ЕН и приемником 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛСН, приемником 14 точечного канала (ТК), приемником 15 спутниковой навигации (СН) и приемопередатчиком 16 цифрового радиоканала связи, соединенными через межмодульный интерфейс 17 с модулем 18 центральной обработки информации (ЦОИ)  и с модулем 19 памяти карты маршрута, модулем 20 индикации, модулем 21 регистрации, модулем 22 контроля бдительности машиниста (КБМ)  и модулем 23 управления исполнительными цепями локомотива.
1
1
Напольные устройства сопряжения 5 общих передающих концов первой группы из рельсовых цепей блок участков 3-3n соединены через кабельную сеть 7 с входами соответствующих передатчиков 9 кодовых сигналов тональной частоты, а второй группы, из упомянутых рельсовых цепей блок участков 3-3n, соединены с выходами напольных блоков 24 переключения, у которых первые входы соединены через кабельную сеть 7, с выходами соответствующих передатчиков 9 кодовых сигналов тональной частоты, а вторые входы соединены с выходами резервных напольных передатчиков 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН, на каждом локомотиве 10, имеются модуль 26 резервного управления, подключенный своим портом к межмодульному интерфейсу 17, а выход соединен с входом задания пороговой чувствительностью приемника 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛСН, максимальные расстояния между резервными напольными передатчиками 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН выбраны из условия надежного выполнения контрольного режима по локомотивному приемнику 13 системы АЛСН в резервном режиме работы системы. Модуль резервного управления 26 соединен через межмодульный интерфейс 17 с блоком 27 памяти, в котором записана база данных пороговых уровней сигналов на входе приемника  автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, соответствующих занятому состоянию рельсовой цепи, состоянию свободной рельсовой цепи с оборванной рельсовой нитью и состоянию свободной и исправной рельсовой цепи при работе рельсовых цепей системы в резервном режиме, для различных сочетаний расстояния до хвостового вагона впереди идущего поезда, проводимости путевого балласта рельсовой цепи, ее длины и напряжения ее резервного напольного передатчика 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН. Входы приемопередатчиков 28 цифрового радиоканала связи локомотивов подключены к кабельной сети 7 постов ЭЦ. Приемопередатчики 16 цифрового радиоканала связи локомотивов связаны через цифровой радиоканал связи со стационарными приемопередатчиками 28 данных о параметрах работы рельсовых цепей.
Предлагаемый способ реализуют в системе интервального регулирования движения поездов следующим образом.
В комплексном локомотивном устройстве 11 безопасности каждого локомотива 10 модули взаимодействуют друг с другом посредством межмодульного системного CAN интерфейса 17. Модуль 18 центральной обработки информации является основным модулем, реализующим технологический алгоритм системы. Он, в частности, осуществляет взаимодействия с каналами поступления первичной информации от первичных датчиков (на чертеже не показаны), приемника 12 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛС-ЕН и приемника 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛСН, приемника 14 точечного канала, приемника 15 спутниковой навигации и приемопередатчика 16 цифрового радиоканала связи. Он также взаимодействует с модулем 19 памяти карты маршрута, модулем 20 индикации, модулем 21 регистрации,  модулем 22 контроля бдительности машиниста и модулем 23 управления исполнительными цепями локомотива.
Модуль 18 центральной обработки информации реализует логические  функции системы:
контроль различных модулей, включение или выключение их из конфигурации по результатам контроля, контроль входных и выходных данных, формируемых в его двух каналах обработки и последующую выдачу этих данных на элемент безопасности и элемент управление клапаном экстренного торможения, входящими в модуль 23 управления исполнительными цепями локомотива  (на чертеже не показаны).
1
.
При отсутствии поездов передатчики 9 кодовых сигналов тональной частоты через кабельную сеть 7 для первой группы рельсовых цепей непосредственно, а для второй группы - через напольные блоки 24  переключения подают свои кодовые сигналы тональных частот в  напольные устройства 5 сопряжения общих передающих концов, откуда они поступают в рельсовые цепи. Эти сигналы, при свободности и исправности рельсовых цепей, проходят через устройства сопряжения 6 и через кабельную сеть 7 в соответствующие приемники 8 кодовых сигналов тональной частоты, которые фиксируют свободность и исправность рельсовых путевых участков, контролируя рельсовые цепи блок участков 3-3n
При вступлении локомотива 10 на приемный конец рельсовой цепи очередного блок - участка 3i на вход его локомотивного приемника 12 или 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа от передатчика автоматической локомотивной сигнализации соответствующей системы АЛС-ЕН или АЛСН навстречу движению локомотива 10 поступают коды  с информацией о показаниях путевых светофоров 4, ограждающих следующий по ходу движения поезда блок-участок 3i+1. Разрешающие показания светофоров 4 свидетельствуют, в том числе, об исправности рельсового пути соответствующих блок - участков. Передатчики кодов АЛС  (на чертеже не показаны, так как могут быть совмещены схемно и конструктивно с передатчиками 9) входят в состав аппаратуры на постах 1 и 2 ЭЦ и работают через кабельную сеть 7, аналогично передатчикам 9 кодовых сигналов тональной частоты для контроля рельсовых цепей.
Локомотивный приемник 12 или 13 преобразует кодовый сигнал, поступающий из рельсов, в логические информационные сигналы, которые обрабатываются модулем 18 центральной обработки информации наряду с информацией о текущей координате локомотива 10, которая  приходит от приемника 15 спутниковой навигации. Эта информация используется совместно с информацией от модуля 19 памяти карты маршрута и информацией от приемопередатчика 16 цифрового радиоканала связи для управления  движением поезда.
При отказах основной аппаратуры, размещенной на постах 1, 2 ЭЦ или участков соединенных с ней кабельной сети 7 рассматриваемая система интервального регулирования переходит в резервный режим с сохранением возможности продолжения движения поездов.
В этом режиме светофоры 4 погашены, и движение поездов осуществляется на основе информации, поступающей от приемопередатчика 16 цифрового радиоканала связи, приемника 15 спутниковой навигации и от резервной аппаратуры контроля исправности рельсового пути.
1
Контроль исправности рельсов блок - участков 3-3n в резервном режиме осуществляется по низкочастотному каналу системы АЛСН. Этот канал в резервном режиме включает на пути напольные блоки 24 переключения  и резервные напольные передатчики 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН, а на каждом локомотиве 10 модуль 26 резервного управления и приемник 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа системы АЛСН, который  имеет вход задания пороговой чувствительности.
1
Обеспечение безопасного интервала попутного следования поездов на перегоне осуществляется комплексным локомотивным устройством 11 безопасности каждого локомотива 10 на основе информации о координатах и скорости движения поездов на ближайших блок участках 3-3n. Для большей безопасности поезда могут быть оборудованы устройствами контроля целостности состава (на чертеже не показаны).  Движение в резервном режиме работы системы для большей безопасности может быть организовано так, чтобы  разграничить поезда большими, чем в исправной системе интервалами попутного следования. При сокращении интервала попутного следования до минимально допустимого модуль 18 центральной обработки информации вырабатывает команду на торможение поезда.
Поскольку затухание в рельсовой цепи для низкочастотных сигналов 25 Гц, 50 Гц или 75 Гц, используемых в АЛСН, меньше, чем для сигналов тональной частоты (например, 425 Гц), резервные напольные передатчики 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН подключены через соответствующие напольные блоки 24 переключения лишь к некоторым напольным устройствам 5 сопряжения общих передающих концов. Поэтому общий объем добавочной (сравнительно простой и дешевой) аппаратуры на пути не велик, а живучесть и надежность системы в целом, являющиеся важнейшими для железнодорожного транспорта показателями, повышаются.
Кодовый сигнал, формируемый резервными напольными передатчиками 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН, содержит признак резервного режима и защитные коды для исключения ложных подпиток рельсовой цепи данного блок участка от посторонних источников, например с соседнего пути. Когда этот сигнал принимается на локомотиве 10, модуль 18 центральной обработки информации сопоставляет его код с ожидаемым кодом от ближайшего по ходу движения поезда резервного напольного передатчика 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы  АЛСН (информация о его координате и коде имеется на локомотиве 10 в модуле 19 памяти карты маршрута). Нормальный прием ожидаемого кода является свидетельством исправности аппаратуры и целостности рельсового пути.
В системе дополнительное повышение надежности и сокращение объема резервной аппаратуры на пути достигается введением автоматического задания пороговой чувствительности приемников 13 автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН в зависимости от расстояния  локомотива 10 по отношению к ближайшему по ходу движения поезда резервному напольному передатчику 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы АЛСН. Для этого на каждом локомотиве 10 за счет работы модуля 18 центральной обработки информации, который из координаты расположения ближайшего по ходу движения поезда резервного напольного передатчика 25 специальных кодовых сигналов на частотах системы  АЛСН вычитает текущую координату локомотива 10, принимаемую приемником 15 спутниковой навигации.
При задании пороговой чувствительности приемника 13 системы АЛСН модуль 18 центральной обработки информации в резервном режиме работы системы через межмодульный интерфейс 17 воздействует на порт модуля 26 резервного управления. Модуль 26 резервного управления формирует сигнал, который с его выхода поступает на вход задания пороговой чувствительности приемника 13 системы АЛСН.
Задание пороговых уровней, соответствующих состояниям свободности, занятости и обрыву рельсов рельсовой линии производится с допусками, которые рассчитывают заранее по математическим моделям рельсовых цепей, результаты расчетов хранят в таблицах базы  данных, записанной в блок 27 памяти локомотивного устройства 11 управления на локомотиве, а затем, в процессе управления локомотивом 10, периодически выбирают из базы данных соответствующие данные в режиме реального времени, что позволяет, в частности, учесть, например, что во время медленного движения поезда или во время его стоянки проводимость балласта, из-за промерзания или намокания под дождем, может сильно изменяться и на основе результатов измерений значений соответствующих параметров с данного локомотива 10, и результатов измерений соответствующих параметров произведенных в аппаратуре централизованной автоблокировки и/или на локомотиве впереди идущего поезда. Передача результатов измерений из кабельной сети 7 осуществляется по цифровому радиоканалу связи, образованного приемопередатчиками 16 локомотива 10 и 28 поста 1,2 ЭЦ. Сигнал с выхода приемопередатчика 16 через межмодульный интерфейс 17 воздействует на порт модуля 26 резервного управления. Модуль 26 резервного управления формирует сигнал, который с его выхода, поступает на вход задания пороговой чувствительности приемника 13 системы АЛСН. В зависимости от результатов измерений изменяются пороговые уровни локомотивного приемника 13 для оптимального управления его точностью в определении состояний рельсовой линии, причем координату местонахождения передней кабины локомотива данного поезда измеряют на его локомотиве 10, координату хвостового вагона впереди идущего поезда определяют на локомотиве впереди идущего поезда, а координату генератора питающего конца текущей рельсовой цепи и его выходного напряжения и тока,  а также проводимость путевого балласта текущей рельсовой цепи определяют в аппаратуре централизованной автоблокировки. Оценка проводимости балласта производится в диагностической аппаратуре централизованной автоблокировки постов 1,2 ЭЦ  по измерению напряжений и токов, питающих и приемных концов свободных и исправных рельсовых цепей, причем при занятии или неисправности в приборах данной рельсовой цепи, оценка сопротивления балласта производится по  рельсовым  цепям соседних путевых участков. Моменты передачи данных с постов ЭЦ синхронизированы с занятием поездами очередных рельсовых цепей.
При отсутствии ряда данных при расчетах на локомотиве принимается неблагоприятное их сочетание для каждого из режимов работы локомотивного приемника. В частности, при отсутствии данных о текущей координате положения последнего вагона впереди идущего поезда за его положение принимается граница занятой поездом рельсовой цепи, известная по сигналам АЛСН и электронной карте маршрута. Также, если расстояние сближения между поездами сокращается до такого, при котором расчетная математическая модель из-за эффекта двойного шунтирования теряет необходимую точность, модель для расчетов не используется, а регулирование движения осуществляется с параметрами настройки локомотивного приемника в расчете на наихудший случай.
Возможность организации интервального регулирования движения только по локомотивному приемнику 13 обеспечивает живучесть системы при отказах путевых приемников некоторых рельсовых цепей. Заявляемый способ также может быть использован не только в резервном, но и в основном режиме для повышения надежности определения состояния рельсового пути перед поездом при больших длинах рельсовых цепей или пониженном сопротивлении их балласта.