СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ОПОВЕЩЕНИЯ О ПРИБЛИЖЕНИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
SYSTEM OF CONTROL AND WARNING ABOUT TRAIN APPROACH

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам для оповещения работающих на путях о приближении подвижного состава.
Известна система оповещения о приближении подвижного состава, содержащая установленный на подвижном составе передатчик с модулятором из последовательно соединенных мультивибратора и ключевого каскада, резонансный усилитель в режиме класса В, блок развязки и генератор несущей частоты с кварцевой стабилизацией, а приемник имеет два последовательно включенных резонансных усилителя, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, неинвертирующий и инвертирующий усилители низкой частоты, блок контроля уровня напряжения и блок сигнализации, выполненный в виде звукового сигнализатора с пьезоэлектрическим преобразователем (RU № 2070124, B61L 23/06, 10.12.1996).
Недостатком этого технического решения является обязательность наличия на подвижном составе соответствующего передатчика. Кроме того, система не работает в случае отказа в работе передатчика или приемника.
Известна система контроля и оповещения работников, занятых обслуживанием железнодорожной путевой инфраструктуры, содержащая путевые реле, шифратор, генератор тональной частоты, выход которого через линию диспетчерского контроля связан с входом установленного на месте работ приемного блока, и блок оповестительной сигнализации, генератор частотно-модулированного сигнала с радиопередатчиком, входы которого связаны с выходом приемного блока и с выходом генератора частотно-модулированного сигнала, а к входу генератора тональной частоты подключен шифратор, блок оповестительной сигнализации имеет на входе радиоприемник (RU № 1220998, B61L 23/06, 30.03.86).
Недостатками этой системы являются:
- необходимость увязки со стационарными устройствами СЦБ посредством проводных соединений, что ограничивает область применения систем;
- отсутствие возможности передачи ответственных команд на локомотив, таких как принудительная остановка, подтверждение приема оповещения, передача сигнала «Авария», что снижает уровень безопасности работников путевых бригад;
- данные о расстоянии до приближающегося поезда поступают в систему от устройств электрической централизации, что снижает точность выбора момента посылки предупреждения о приближении поезда.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой системе является система контроля и оповещения, включающая связанные между собой через каналы мобильной сотовой радиосвязи GSM центральное стационарное устройство управления системой, бортовые устройства подвижных единиц рельсового транспорта, оборудованных комплексными локомотивными устройствами безопасности и носимые работниками путевых бригад блоки индивидуального оповещения, причем центральное стационарное устройство управления системой содержит сервер приложений, соединенный с каналами мобильной сотовой радиосвязи GSM через сервер связи, при этом на каждой из подвижных единиц рельсового транспорта комплексные локомотивные устройства безопасности соединены с упомянутыми каналами мобильной сотовой радиосвязи GSM через бортовое устройство оповещения локомотивной бригады о приближении к месту путевых работ, а упомянутые блоки индивидуального оповещения имеют в своем составе микропроцессорные модули приемопередатчиков GSM связи и соединены с упомянутыми каналами мобильной сотовой радиосвязи GSM (Новиков В.Г., и др. «Координатная система контроля и оповещения». Вестник ВНИИЖТ, 2008, №1, с.45-48).
Данное устройство не требует увязки посредством проводных соединений с устройствами СЦБ, обеспечивает точный выбор моментов предупреждения о приближении поезда, основанный на знании координат местонахождения подвижных единиц рельсового транспорта и работников путевой бригады, и обеспечивает возможность передачи ответственных приказов на подвижные единицы, оборудованные комплексными локомотивными устройствами безопасности.
Недостатками известной системы является снижение надежности при сбоях в работе системы связи GSM, а также недостаточная безопасность на участках, где обращаются подвижные единицы рельсового транспорта, необорудованные или имеющие неисправные комплексные локомотивные устройства безопасности. Кроме того, эта система не обеспечивает достаточной безопасности при неисправностях носимых блоков индикации и оповещения.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении безопасности и надежности контроля и оповещения.
Технический результат достигается тем, что в систему контроля и оповещения о приближении подвижного состава, содержащую центральный пункт управления, в котором установлены соединенные между собой сервер приложений и сервер GSM радиосвязи, бортовые блоки подвижных единиц рельсового транспорта, каждый из которых включает в себя комплексное локомотивное устройство безопасности, подключенное двухсторонней связью к узлу оповещения с приемопередатчиком GSM радиосвязи, блоки индивидуального оповещения, каждый из которых состоит из микропроцессорного модуля приемопередатчика GSM радиосвязи, согласно изобретению введены блоки путевого контроля, установленные вблизи рельсов в местах точечного контроля приближения подвижных единиц рельсового транспорта к месту проведения путевых работ, при этом каждый блок путевого контроля состоит из самотестируемого путевого датчика прохождения колес подвижных единиц рельсового транспорта, соединенного двухсторонней связью с приемопередатчиком совмещенной GSM/GPS радиосвязи и приемопередатчиком самоорганизующейся сети, в каждый блок индивидуального оповещения введены микропроцессорный модуль приемопередатчика самоорганизующейся сети связи и переключатель задания режима работы, при этом один порт данных микропроцессорного модуля приемопередатчика самоорганизующейся сети связи соединен с портом данных микропроцессорного модуля приемопередатчика GSM радиосвязи, а другой его порт данных соединен с переключателем задания режима работы.
Сущность изобретения поясняется приведенной на чертеже структурной схемой системы контроля и оповещения о приближении подвижного состава.
Система контроля и оповещения о приближении подвижного состава содержит центральный пункт 1 управления, в котором установлены сервер 2 приложений, соединенный двухсторонней связью с сервером 3 GSM связи, бортовые блоки 4 подвижных единиц рельсового транспорта, каждый из которых содержит комплексное локомотивное устройство 5 безопасности, соединенное двухсторонней связью с узлом 6 оповещения с приемопередатчиком мобильной сотовой радиосвязи GSM, блоки 7 индивидуального оповещения, каждый из которых содержит микропроцессорный модуль 8 приемопередатчика GSM связи, микропроцессорные модули 9 приемопередатчиков и переключатели 10 задания режима, блоки 11 путевого контроля, каждый из которых содержит самотестируемый путевой датчик 12 прохождения колес подвижных единиц рельсового транспорта, соединенные двухсторонней связью с приемопередатчиком 13 совмещенной GSM/GPS радиосвязи и приемопередатчиком 14 самоорганизующейся сети, один порт данных микропроцессорного модуля 9 соединен с портом данных соответствующего микропроцессорного модуля 8 приемопередатчика GSM, а другой порт данных соединен с переключателем 10 задания режима работы микропроцессорного модуля 9 приемопередатчика, позицией 15 обозначена самоорганизующаяся сеть связи с топологией типа MESH.
Система контроля и оповещения о приближении подвижного состава работает следующим образом.
Блоки 11 путевого контроля устанавливаются перед началом проведения работ вблизи рельсов в выбранных руководителем бригады местах точечного контроля приближения подвижных единиц рельсового транспорта.
На подвижной единице рельсового транспорта, оборудованной бортовым блоком 4, источником информации о приближении к месту путевых работ является узел 6 оповещения с приемопередатчиком мобильной сотовой радиосвязи GSM. На дисплее комплексного локомотивного устройства 5 безопасности отображается на основании данных электронной карты информация о названии контрольных точек (станция, переезд, мост, опасный участок и т.п.) и расстоянии до них. В качестве основных каналов передачи данных в заявляемой системе используются каналы мобильной сотовой радиосвязи GSM. Связь GSM сама по себе не соответствует высоким требованиям железных дорог к безопасности. По этой причине в заявляемой системе связь GSM в месте проведения путевых работ дополнена местной сетью маломощной радиосвязи диапазона ISM. Обе связи работают в системе совместно для обеспечения необходимого уровня безопасности и оперативной готовности и не оказывают взаимного мешающего влияния.
Подвижные единицы рельсового транспорта с исправными комплексными локомотивными устройствами 5 безопасности при исправной связи GSM постоянно взаимодействуют с сервером 2 приложений по каналам мобильной сотовой радиосвязи GSM. С интервалом не более 40 с в системе происходит проверка штатной работы используемого канала связи GSM.
При сбоях в функционировании бортовой блок 4 подвижных единиц рельсового транспорта индицирует локомотивной бригаде отсутствие канала связи GSM.
Блоки 7 индивидуального оповещения работников путевых бригад также постоянно взаимодействуют с сервером 2 приложений по каналам мобильной сотовой радиосвязи GSM. С интервалом не более 40 с в системе происходит проверка штатной работы блоков 7 по связи GSM.
Приближение подвижных единиц рельсового транспорта к месту проведения работ фиксируется как по GPS координатам местонахождения подвижной единицы, так и по факту прохода ее колес над чувствительными элементами самотестируемых путевых датчиков 12 прохождения колес подвижных единиц рельсового транспорта блоков 11 путевого контроля,
При проходе колес подвижной единицы над чувствительными элементами самотестируемых путевых датчиков 12 сигналы с приемопередатчиков 13 и 14 поступают соответственно в центральный пункт 1 управления и блоки 7 индивидуального оповещения. Блоки 7 выдают предупредительный сигнал. При неисправности блока 7 в центральный пункт 1 управления сигнал с неисправного блока 7 (или всех блоков 7) не поступает, что позволяет в центральном пункте 1 управления принять необходимые меры для обеспечения безопасности - от оповещения работников ремонтных бригад до подачи сигналов экстренной остановки на бортовые блоки 4 подвижных единиц рельсового транспорта, оборудованных комплексными локомотивными устройствами 5 безопасности.
Кроме того, при сбоях в функционировании каждого блока 7 индивидуального оповещения, обусловленных сбоями в работе одной из связей GSM или маломощной радиосвязи диапазона ISM на оповещателе (на чертеже не показан) блока 7, включается сигнал, оповещающий работника о необходимости проведения работ в условиях особой бдительности. При отключении обоих связей одновременно, что крайне мало вероятно, инструкциями по проведению работ запрещается проведение работы работниками, имеющими неисправно работающие блоки 7 оповещения. Этим в значительной мере достигается более высокий уровень безопасности при сохранении требуемого уровня надежности.
При сбоях в функционировании каждого блока 7 индивидуального оповещения (отсутствия отклика на бортовой блок 4 подвижных единиц рельсового транспорта или блока 11 путевого контроля, содержащего самотестируемые путевые датчики 12 прохождения колес подвижных единиц рельсового транспорта) передается ответственная команда на локомотив - принудительная остановка, подтверждение приема оповещения, передача сигнала «Авария», что также обеспечивает уровень безопасности работников путевых бригад.
Один из блоков 7, принадлежащий руководителю, ответственному за безопасность проведения путевых работ, выполняет управляющие функции. В этот режим он устанавливается переключателем 10 задания режима работы его микропроцессорного модуля приемопередатчика 9 в качестве главного узла самоорганизующейся сети 15 связи с топологией типа MESH. Самоорганизующаяся сеть 15 связи соединяет между собой микропроцессорные модули приемопередатчиков 14 и микропроцессорные модули приемопередатчиков 9. Блоки, имеющие приемники GPS, имеют собственную информацию о текущем времени и координатах своего местоположения с точностью до 30 метров. Маломощная связь по самоорганизующейся сети 15 в диапазоне ISM не требует специального нормативного разрешения, поскольку не мешает другим видам радиосвязи. Эта связь резервирует ряд функций, выполняемых в системе по связи GSM, и предупреждает руководителя работ и работников о приближении к месту работ подвижных единиц рельсового транспорта, не оборудованных комплексными локомотивными устройствами 5 безопасности или имеющих неисправные устройства 5 безопасности. Этим также существенно повышается безопасность заявляемой системы, по сравнению с прототипом, и одновременно повышается надежность выполнения основных функций системы.
Самоорганизующаяся сеть 15 связи с топологией типа MESH в частотных радиодиапазонах ISM построена на основе известных протоколов связи и имеет отказоустойчивую структуру, основанную на взаимном резервировании узлов сети.
Примером такой сети и протокола является Zigbee (см. Zigbee protocol http://www.zigbee.org/en/index.asp.). Процесс самоорганизации сети основан на том, что каждый приемопередатчик 9, 14 имеет в своей постоянной памяти адрес главного узла сети. В заявляемой системе в качестве главного может быть сконфигурирован любой, но одновременно только один из блоков 7.
Этот блок 7 после включения получает запросы от других блоков о присоединении к формируемой им сети и разрешает это присоединение посредством ответа, содержащего сгенерированный им уникальный адрес для дальнейшего взаимодействия. В качестве микропроцессорных модулей приемопередатчиков 9, 14 используются однокристальные микропроцессорные приемопередатчики СС2430 фирмы Texas Instruments или другие им подобные.
При сбоях для каждой из подсистем связи на дисплее блока 7, принадлежащего руководителю, ответственному за безопасность проведения путевых работ, индицируется узел сети, с которым потеряна связь, с указанием ее вида. Это позволяет назначенному руководителю, по остающейся системе связи, посылать работникам необходимые указания и предупреждения. Если отказывает блок 7 руководителя, то он может быть заменен любым другим блоком 7 посредством отключения неисправного блока и включением другого из имеющихся блоков 7 в режим главного узла самоорганизующейся сети 15. Факт замены блока 7 руководителя регистрируется по связи GSM в соответствующей базе данных сервера 2 приложений. С блока 7 руководителя на сервер 2 приложений передается специальное сообщение, содержащее координаты места работ, определенные по встроенному GPS, и время начала и окончания работ. При потерях связи сервера 2 по GSM с блоком 7 руководителя, данные о месте работ сохраняются и передаются на подвижные единицы с указанием отсутствия связи по GSM с путевой бригадой.
После приема сообщения о начале движения к месту работ или обрыве связи по GSM с путевой бригадой сервер 2 приложений начинает отслеживать подвижные единицы, двигающиеся по направлению к месту работ.
При приближении каждой подвижной единицы на расстояние в 5 км на все блоки 7 передается информация о приближении поезда. При отсутствии в течение 20 с подтверждения получения оповещения всеми блоками 7 от блока 7 руководителя ремонтной бригады на подвижную единицу передается сообщение об отсутствии подтверждения оповещения о приближении поезда. При установлении связи на подвижные единицы от блока 7 руководителя передается список предупреждений (места проведения работ по маршруту движения). В случае сбоя в работе канала связи бортовой блок 4 подвижной единицы рельсового транспорта при подъезде к месту работ индицирует сообщения «Место проведения работ» и «Нет связи с ремонтной бригадой».
При взаимодействии с сервером 2 узел 6 оповещения осуществляет обмен следующими данными: передает идентификатор подвижной единицы, координату, номер пути, направление; принимает координаты зоны приближения, подтверждение оповещения, сигнал «Авария», который формирует ремонтная бригада в случае невозможности окончания работ.
Блок 7 руководителя путевой бригады осуществляет обмен следующими данными: передает координату, номер пути, сигнал подтверждения оповещения, сигнал «Авария»; принимает координаты подвижной единицы, номер пути, направление. Сервер 2 в свою очередь ведет поиск в базе данных блоков 7, для которых актуальна информация оповещения, и рассчитывает координаты зоны приближения. Самотестирование путевых датчиков 12 начинается после первоначальной установки, в процессе которой осуществляют имитацию прохода колеса над датчиком (например, с помощью какого либо железного предмета или магнита). С этого момента начинается отсчет заданного интервала времени, в течение которого датчик считается проверенным и каждый раз после очередной фиксации датчиком прохода над ним колеса отсчет времени начинается сначала. При превышении заданного интервала времени между самопроверками датчик требует ручного перезапуска. Этим достигается требуемый уровень готовности датчика к работе в составе системы.