СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ТРЕВОЖНЫХ ДАННЫХ МЕЖДУ ТЕРПЯЩИМ АВАРИЮ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ И ДИСПЕТЧЕРСКИМ ЦЕНТРОМ И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
METHOD OF TRANSMITTING ALARM DATA BETWEEN RAILROAD CAR INVOLVED IN ACCIDENT AND CONTROL CENTRE AND CORRESPONDING DEVICE

Настоящее изобретение относится к способам передачи тревожных данных между терпящим аварию железнодорожным транспортным средством и диспетчерским центром, а также к устройствам для применения таких способов.
Когда поезд или любое другое железнодорожное транспортное средство, такое как метропоезд, трамвай или аналогичное средство, терпит аварию в пути, компания, эксплуатирующая этот поезд, нуждается в быстром и адекватном вмешательстве для минимизации последствий этой аварии, связанных с временным выводом из эксплуатации пути, с расходами по преждевременной отправке поезда в депо обслуживания, с дезорганизацией движения, с неудобствами, причиняемыми пассажирам терпящего аварию поезда и пассажирам поездов, график движения которых оказался нарушенным, и т.д.
В настоящее время поезда оборудованы средствами технического обслуживания, выполненными с возможностью определения рабочего состояния поезда на основании различных параметров.
Когда происходит авария поезда, эти средства обслуживания оповещают о ней наземный стационарный диспетчерский центр посредством передачи в него тревожных данных. Эти тревожные данные содержат, по меньшей мере, идентификатор поезда, тревожный сигнал и вспомогательные данные, касающиеся состояния терпящего аварию поезда. Эта информация позволяет диспетчерскому центру, использующему специальные средства обработки данных, произвести диагностику характера аварии, выработать стратегию вмешательства и мобилизовать соответствующие средства для осуществления этого вмешательства.
Связь между поездом и диспетчерским центром обеспечивается наземной инфраструктурой связи, позволяющей устанавливать линию беспроводной связи. Поезд оборудован соответствующими средствами связи для установления такой линии беспроводной связи. Беспроводную связь устанавливают точечно, когда поезд находится внутри зоны охвата наземной инфраструктурой связи. Как правило, эта зона охвата включает в себя вокзалы, депо обслуживания, некоторые важные точки железнодорожной сети, но не охватывает полностью пути, по которым могут перемещаться поезда поездного парка.
Вместе с тем, поезд может потерпеть аварию и остановиться па пути в точке, которая не принадлежит к зоне охвата наземной инфраструктурой связи. В этом случае для потерпевшего аварию поезда невозможно установить связь с наземной инфраструктурой и, следовательно, передать информацию о сложившейся ситуации в диспетчерский центр. Следовательно, цепочка вмешательства не приводится в действие.
В целом невозможность установления связи между терпящим аварию поездом и наземной инфраструктурой включает в себя многие ситуации: терпящий аварию поезд может находиться за пределами зоны охвата наземной инфраструктурой связи и установление беспроводной связи невозможно; терпящий аварию поезд может находиться в зоне охвата наземной инфраструктурой, но качество связи между терпящим аварию поездом и наземной инфраструктурой сильно ухудшилось по причине явления экранирования, связанного с электромагнитными помехами или с присутствием другого поезда, перекрывающего точку доступа к радиосвязи в туннеле; наконец, авария, произошедшая на поезде, может затронуть средства радиосвязи, обычно используемые для радиосвязи между поездом и наземной инфраструктурой, или бортовой компьютер поезда, который приводит в действие средства обслуживания.
Таким образом, задачей изобретения является обеспечение передачи, причем независимо от характера аварии, тревожных данных от терпящего аварию поезда в диспетчерский центр, когда поезд не может установить главную линию связи с наземной инфраструктурой, обычно используемую для передачи сообщений обслуживания между поездом и диспетчерским центром.
Объектами изобретения являются способ по п.1 формулы изобретения, бортовая система по п.7 формулы изобретения и архитектура по п.14 формулы изобретения.
Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный вид ситуации, при которой применяют способ в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - схема бортовой системы поезда и, в частности, автономного аварийного устройства связи.
Фиг.3 - иллюстрация в виде алгоритма различных элементарных этапов, обеспечивающих передачу тревожных данных от поезда в диспетчерский центр через поезд-ретранслятор.
На фиг.1 показан первый поезд А, движущийся по железнодорожному пути 9. Из других поездов контролируемого поездного парка показан второй поезд В, который движется по железнодорожному пути 10, параллельному пути 9.
Архитектура связи содержит наземную инфраструктуру 1 связи, предпочтительно закрытой связи. Наземная инфраструктура 1 соединена с сетью 12, например, общего пользования, такой как Интернет. Диспетчерский центр 2 подключен к указанной сети 12. Диспетчерский центр 2 содержит специальные средства анализа данных для управления поездным парком.
Инфраструктура 1 содержит множество базовых постов, таких как базовые посты 7 и 8. Каждый базовый пост 7, 8 содержит радиосредства 5, 6 передачи и приема, позволяющие устанавливать беспроводную связь с подвижным устройством, находящимся внутри ячейки 3, 4, входящей в зону охвата базовым постом 7, 8.
Совокупность различных ячеек 3, 4 инфраструктуры 1 образует зону охвата инфраструктурой 1. Как показано на фиг.1, эта зона охвата не покрывает полностью пути 9 и 10. Существует зона 13 тени, например, расположенная между ячейками 3 и 4, внутри которой для подвижного устройства невозможно осуществить радиосвязь с инфраструктурой 1.
Каждый из поездов указанного контролируемого поездного парка, таких как поезда А и В, оборудован одинаковой системой аппаратного и программного обеспечения. Система 15 поезда А схематично показана на фиг.2. Система 15' поезда В идентична системе 15. Обозначение для компонента системы 15' поезда В осуществляют путем добавления «прим» к обозначению такого же компонента системы 15 поезда А.
Система 15 содержит бортовой компьютер 16. Бортовой компьютер 16 содержит вычислительный блок 17, а также запоминающие средства 18 типа оперативной памяти и постоянной памяти. Бортовой компьютер 16 подключен через соответствующий входной/выходной интерфейс 19 к бортовой локальной сети 20 поезда А. Различные датчики, такие как датчики 22 и 24, подключены к бортовому компьютеру 16 через локальную сеть 20.
Кроме того, бортовой компьютер 16 содержит программный модуль 30 обслуживания. Программный модуль 30 обслуживания состоит из ряда команд, записанных в запоминающих средствах 18 и выполненных с возможностью их периодического исполнения вычислительным блоком 17.
Модуль 30 обслуживания выполнен с возможностью определения множества индикаторов в зависимости от множества параметров, значения которых измеряют различные датчики 22, 24. Значение параметра может быть значением, измеряемым в данный момент, или значением, измеренным в прошедший момент и сохраненным в архиве значений рассматриваемого параметра.
Модуль 30 обслуживания выполнен с возможностью осуществления синтеза различных индикаторов в общую переменную, называемую «рабочим состоянием поезда». Рабочее состояние поезда является, например, двоичным: «нормальным» или «аварийным».
Архив значений параметра хранится в запоминающих средствах 18. Моментальные значения различных индикаторов и рабочего состояния поезда заносятся в журнал состояния, хранящийся в запоминающих средствах 18.
Система 15 содержит также главное устройство 40 радиосвязи, предназначенное для установления главной линии беспроводной связи с одним из базовых постов 7, 8 наземной инфраструктуры 1. Главное устройство 40 позволяет установить связь типа GSM и передавать данные по этой линии связи согласно заранее определенному протоколу, например, типа TCP/IP. Специалист знает, как применять такую главную линию связи. В варианте можно применять другие типы главной связи.
Наконец, система 15 содержит аварийное устройство 50 связи, предназначенное для установления аварийной линии радиосвязи с аварийным устройством 50' связи, которым оборудован другой поезд, такой как поезд В.
В частности, аварийное устройство 50 содержит:
- главную электронную карту, содержащую вычислительные средства 51 и запоминающие средства 52;
- входной/выходной интерфейс 54 для подключения аварийного устройства 50 к локальной сети и для двухстороннего обмена данными с бортовым компьютером 16 согласно заданному протоколу;
- радиоволновые средства 56 передачи и приема, работающие по умолчанию в определенном режиме, называемом ресурсом «по умолчанию»; и
- средства электрического питания, такие как батарея 58, для обеспечения автономности аварийного устройства 50 связи.
Устройство 50 является автономным по отношению к другим приборам поезда А и может работать независимо от характера аварии на поезде и, в частности, аварии, повлиявшей на бортовой компьютер 16 поезда А и/или на главное устройство 40 связи поезда А.
Главная электронная карта выполнена с возможностью исполнения различных программных модулей, схематично показанных на фиг.2:
- аварийного модуля 60 связи, который позволяет синхронизировать исполнение различных модулей и подготовить предназначенные для передачи сообщения с данными в форматах, соответствующих заданным протоколам;
- модулей 62 согласования, выполненных с возможностью динамического согласования ресурсов радиосвязи и с возможностью выбора среди различных имеющихся в наличии ресурсов соответствующего ресурса для установления аварийной линии связи. Этот выбор осуществляют в зависимости от объема предназначенных для передачи тревожных данных от одного поезда на другой, от скорости поезда-ретранслятора и т.д.;
- модуля 64 конфигурирования, который при его исполнении позволяет конфигурировать радиосредства 56 передачи и приема в зависимости от характеристик согласованного ресурса. Так, в зависимости от используемого ресурса радиосредства 56 передачи и приема могут быть конфигурированы в режиме передачи GSM-R, или в режиме GPSR, или в режиме WiFi.
Способ, применяемый описанными выше средствами, заключается в следующем.
На фиг.3 схематично показана последовательность этапов способа, позволяющая оповестить диспетчерский пункт 2 об аварии на поезде. В дальнейшем будет считаться, что аварию терпит поезд А, который остановился за пределами зоны охвата инфраструктурой 1, тогда как поезд В, который работает нормально, будет служить ретранслятором для установления связи между терпящим аварию поездом и диспетчерским центром.
Периодически в ходе исполнения модуля 30 обслуживания бортовой компьютер, будь то компьютер 16 поезда А или компьютер 16' поезда В, определяет текущее рабочее состояние поезда (на фиг.3 этап 100 для поезда А и этап 100' для поезда В).
При нормальной работе, как в случае поезда В, бортовой компьютер регулярно направляет в аварийное устройство поезда указатель, показывающий, что поезд находится в нормальном рабочем состоянии (этап 110' для поезда В). Пока аварийное устройство получает этот указатель, оно работает в режиме ожидания (этап 120' для поезда В). В этом режиме ожидания аварийное устройство непрерывно прослушивает свою радиоэлектрическую окружающую среду с целью возможного обнаружения терпящего аварию поезда. При этом радиосредства приема и передачи работают в режиме «по умолчанию».
Если бортовой компьютер определяет, что рабочее состояние поезда является «аварийным», как в случае поезда А, он сначала делает попытку передать эту информацию в диспетчерский центр 2 по главной линии радиосвязи, которая могла бы быть установлена между главным устройством 40 связи терпящего аварию поезда А и наземной инфраструктурой 1 (этап 130 для поезда А).
Если после нескольких попыток главное устройство 40 связи отвечает бортовому компьютеру 16 поезда А, что связь с наземной инфраструктурой 1 установить невозможно, бортовой компьютер 16 поезда А направляет в аварийное устройство 50 связи поезда А указатель, показывающий аварийное рабочее состояние (этап 140).
Когда аварийное устройство 50 связи получает указатель, показывающий на аварийное рабочее состояние, он переходит из режима «ожидания» в «активный» режим (этап 150). Устройство 50 переходит в активный режим и в других ситуациях, например, когда оно перестает получать указатель рабочего состояния от бортового компьютера 16 или, если кабина машиниста оборудована выключателем сигнализации, когда машинист приводит в действие выключатель сигнализации, чтобы передать указатель, эквивалентный указателю, показывающему аварийное рабочее состояние, в устройство 50. Следует отметить, что эта последняя функциональная возможность позволяет избежать использования бортового компьютера 16 в качестве обязательного переходного средства в цепи обнаружения аварии.
В «активном» режиме модуль 60 связи терпящего аварию поезда А делает попытку установить аварийную линию радиосвязи с другим поездом, таким как поезд В, который может ретранслировать тревожные данные для скорейшего оповещения диспетчерского центра 2.
Для этого (этап 160) модуль 60 связи формирует предварительную сигнализацию, которая периодически передается в виде меток средствами 56 передачи и приема, конфигурированных в режиме «по умолчанию», с целью передачи оповещения в окружающую среду 70 о том, что поезд А терпит аварию. Следует отметить, что связанная с поездом А окружающая среда соответствует зоне охвата радиосредствами 56 передачи и приема в режиме «по умолчанию».
Параллельно (этап 170) модуль 60 связи запускает исполнение модуля 62 согласования посредством передачи в него некоторых параметров, таких как количество предназначенных для передачи тревожных данных, чтобы он подготовил список наличных ресурсов радиосвязи, которые можно использовать для установления беспроводной связи с применением специального протокола для передачи данных.
Аварийное устройство 50' поезда В, находящееся в режиме «ожидания», прослушивает в широком спектральном диапазоне окружающую его радиоэлектрическую среду. Когда аварийное устройство 50' поезда В обнаруживает метку предварительной сигнализации, оно переходит из режима «ожидания» в «активный» режим (этап 180'). Оно передает ответное сообщение в аварийное устройство 50 поезда А для инициирования процесса установления аварийной беспроводной линии радиосвязи (этап 190').
Этап согласования используемого ресурса радиосвязи исполняют средства 62 и 62' согласования поездов А и В (этап 200 для поезда А и этап 200' для поезда В). Модуль 62 предлагает первый ресурс из списка наличных ресурсов, который он предварительно подготовил. Модуль 62' отвечает, указывая, существует ли этот ресурс и является ли он свободным на поезде В. Если ответ модуля 62' является отрицательным, модуль 62 предлагает следующий ресурс из списка ресурсов.
Если ответ модуля 62' является положительным, происходит исполнение модулей 64 и 64' конфигурирования (этап 210 для поезда А и этап 210' для поезда В), чтобы конфигурировать средства 56 и 56' передачи и приема каждого из поездов А и В.
Параллельно (этап 220') в зависимости от предназначенного для передачи потока тревожных данных и от характеристик согласованного ресурса средства 60' связи поезда В производят оценку времени, в течение которого необходимо поддерживать аварийную связь для передачи всех тревожных данных, касающихся поезда А. Средство 60' передает эту информацию в бортовой компьютер 16' поезда В. Этот компьютер учитывает эту информацию для регулирования скорости поезда В в зоне 70.
После завершения конфигурирования средств 56 и 56' модули 60 и 60' связи устанавливают канал связи с применением соответствующих средств для подключения служебных функций, то есть различных слоев протокола беспроводной связи (физический слой и линия данных 1 и 2 модели OSI) (этап 230 для поезда А и 230' для поезда В).
Затем (этап 240 для поезда А и 240' для поезда В) после создания физического уровня связи модули 60 и 60' связи производят обмен данными в соответствии с согласованным протоколом. Аварийное устройство 50 поезда А передает последовательность сообщений. Каждое сообщение содержит отдельную тревожную данную. Учитывая, что время аварийной связи является ограниченным и что связь может быть прервана, тревожные данные, предназначенные для передачи от поезда А в поезд В, скомпонованы в иерархическом порядке в зависимости от критерия приоритетности. Тревожные данные, имеющие более высокий уровень приоритетности, передаются в первую очередь.
Тревожные данные содержат приоритетные данные, такие как идентификатор поезда А, тревожный сигнал, указывающий на то, что поезд А терпит аварию, и вспомогательные данные, такие как код, указывающий на характер аварии, вспомогательные индикаторы, вычисленные модулем 30 обслуживания поезда А, параметры поезда А и т.д.
В случае нормального приема n-го сообщения с данными устройство 50' поезда В отвечает посредством передачи подтверждения получения данных n.
В конце приема всех тревожных данных устройство 50' поезда В отвечает посредством передачи общего подтверждения получения.
В случае необходимости, если аварийная радиосвязь была прервана до получения аварийным устройством 50 связи терпящего аварию поезда А сообщения общего подтверждения получения, аварийное устройство 50 поезда А сохраняет в памяти значение n последнего сообщения подтверждения, принятого от поезда-ретранслятора В. Аварийное устройство 50 поезда А делает вторую попытку (возвращение на этап 160) установления другой аварийной линии связи с другим поездом С, проходящим поблизости от поезда А. Если эта другая аварийная линия связи установлена, устройство 50, опять передав приоритетные тревожные данные, продолжает передачу тревожных данных, начиная с n+1-й тревожной данной. Диспетчерский центр 2 осуществляет синтез между двумя пакетами тревожных данных, касающихся поезда А.
Различные тревожные данные, касающиеся поезда А и переданные на поезд В, сохраняются в памяти запоминающими средствами 52' главной карты аварийного устройства 50' поезда В (этап 250').
Аварийная связь прекращается, и поезд В продолжает свой путь.
Когда поезд В входит в зону охвата наземной инфраструктурой 1, он устанавливает (этап 260') главную линию связи с базовым постом, например с базовым постом 7 наземной инфраструктуры 1. Для этого он использует свое главное устройство 40' связи.
Аварийный модуль 60' связи оповещает бортовой компьютер 16', что он должен передать тревожные данные. После установления главной линии связи бортовой компьютер 16' поезда В запрашивает у аварийного устройства 50' связи предназначенные для передачи тревожные данные и использует для этой передачи главное устройство 40' связи. Поезд В передает (этап 270') тревожные данные, касающиеся поезда А, в направлении диспетчерского центра 2. Наземная инфраструктура 1 доставляет эти тревожные данные в диспетчерский центр 2, который обрабатывает их (этап 280”) соответствующим образом.
Аварийное устройство 50' поезда В остается в «активном» режиме и передает тревожные данные, касающиеся поезда А, в другие поезда, которые поезд В встречает на своем пути. Таким образом, за счет каскадного эффекта большое число поездов контролируемого поездного парка находятся в курсе о наличии терпящего аварию поезда А. Кроме того, сводится к минимуму время, необходимое для оповещения диспетчерского центра 2, так как первым может установить связь с наземной инфраструктурой не поезд В, получивший тревожные данные на первом «перегоне» ("hop" на английском языке), а другой поезд парка, получивший тревожные данные на i-м «перегоне».
Для нисходящей связи от диспетчерского центра 2 к терпящему аварию поезду А можно предусмотреть аналогичный способ, который использует поезд-ретранслятор В. Диспетчерский центр 2 имеет список находящихся на линии поездов парка и их маршрут. Диспетчерский центр 2 выбирает поезд, предназначенный для использования в качестве ретранслятора, чтобы передать максимально быстро информацию или запросы на терпящий аварию поезд А. Сначала данные передаются на поезд-ретранслятор В. Затем поезд В перемещается до зоны 70 охвата радиосредствами передачи и приема поездов А и В. После установления аварийной линии связи данные и запросы передаются на поезд А и обрабатываются бортовым компьютером 16 поезда А.
В вышеупомянутом случае, когда аварийное устройство активируется переключением выключателя сигнализации в кабине, тревожные данные, передаваемые аварийным устройством связи в диспетчерский центр, являются предварительно отформатированным сообщением.
Система в соответствии с настоящим изобретением, которая включает в себя соответствующее автономное аварийное устройство связи, обеспечивает высокую надежность доставки тревожных данных от терпящего аварию поезда в диспетчерский центр, управляющий эксплуатацией сети.