СИСТЕМА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЦИФРОАНАЛОГОВОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
SYSTEM FOR INTEGRATED DIGITAL/ANALOGUE RAILWAY RADIO COMMUNICATION

Изобретение относится к технике электросвязи, преимущественно цифровой связи, и может найти применение на железнодорожном транспорте для организации технологической радиосвязи и радиосвязи работников организующих движение поездов.
Известна система технологической радиосвязи по цифровым комбинированным линейным каналам, описанная в способе диспетчерского управления на железнодорожном транспорте (патент RU №2158691, В61L 27/04, 2000 г.), содержащая центральное устройство связи (распорядительная станция связи), процессорные станции связи (стационарные радиостанции), соединенные между собой кольцевым оптоволоконным каналом связи (кольцо нижнего уровня), и локомотивные радиостанции. Недостаток данной системы технологической радиосвязи заключается в нерациональном использовании каналов связи из-за того, что они постоянно закреплены за данными абонентами и не могут быть использованы другими абонентами.
Известно устройство совмещенной радиосвязи и радионавигации на железнодорожном транспорте (патент RU №2108252, В61L 25/02, 1996 г.), при котором в паузах между сообщениями в диспетчерский передатчик подают запросный видеоимпульсный навигационный сигнал, которым модулируют высокочастотные колебания диспетчерского передатчика, модулированные сигналы принимают и демодулируют локомотивным приемником. Полученный видеосигнал подают в локомотивный передатчик и модулируют им высокочастотные колебания локомотивного передатчика. Модулированные сигналы принимают и демодулируют диспетчерским приемником, фиксируют задержку ответного видеоимпульсного навигационного сигнала относительно запросного. На диспетчерском пункте к входу передатчика подключен одним из выходов видеогенератор, другой вход которого подключен к первому входу измерителя дальности и скорости локомотива, второй вход измерителя через видеоусилитель соединен с выходом приемника, а на локомотиве между приемником и передатчиком установлен переключатель. Недостаток данного устройства состоит в том, что при объединении в одном канале радиосвязи и радионавигации ухудшается надежность и качество радиосвязи.
Известно устройство для передачи информации при маневровой работе на железнодорожной станции (патент RU №2179518, В61L 27/04, 1999 г.), содержащее радиокомплексы машинистов локомотивов, составителей поездов и дежурных по станции, радиокомплекс машиниста содержит приемопередатчик, связанный с блоками контроля занятости канала связи, радиокомплекс составителя поездов снабжен электронными коммутаторами, связанными с входами управления приемопередатчика. Радиокомплекс дежурного по станции снабжен блоком управления режимом работы приемопередатчика. Недостаток данного устройства состоит в том, что не обеспечивается эффективное управление сетью связи и создание современной системы ее эксплуатации.
Известна система технологической радиосвязи по цифровым комбинированным линейным каналам, описанная в способе диспетчерского управления на железнодорожном транспорте (патент RU №2158691, В61L 27/04, 2000 г.), содержащая центральное устройство связи (распорядительная станция связи), процессорные станции связи (стационарные радиостанции), соединенные между собой кольцевым оптоволоконным каналом связи (кольцо нижнего уровня), и локомотивные радиостанции. Недостаток данной системы технологической радиосвязи заключается в нерациональном использовании каналов связи из-за того, что они постоянно закреплены за данными абонентами и не могут быть использованы другими абонентами, независимо от того занят канал связи или нет.
Наиболее близким технически решением является устройство технологической радиосвязи (кн. Берлин А.Н. «Цифровые сотовые системы связи». - М.: Экотрендз, 2007 г.) которое содержит мобильные радиостанции, пульты управления диспетчеров, базовые радиостанции, соединенные по схеме «звезда», «кольцо» или смешанной схеме, последовательно соединенные блок коммутации, транскодер и контроллер базовых станций, выходы которого соединены с входами базовых радиостанций, последовательно соединенные визитный и домашний регистры местоположения, второй вход которого соединен с выходом блока идентификации оборудования, а первый и второй выходы соединены с первыми входами, соответственно, визитного регистра местоположения и блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом электронно-вычислительного устройства автоматизированного рабочего места оператора радиосвязи. Недостатком данного устройства технологической радиосвязи является отсутствие интеграции новых и существующих систем радиосвязи с целью удовлетворения требований технологических процессов по управлению движением поездов и обеспечения уверенной радиосвязи всех абонентов поездной радиосвязи - поездных диспетчеров, дежурных по станциям, машинистов и др. Существующая практика внедрения цифровых систем радиосвязи на железных дорогах показывает, что строительство инфраструктуры системы стандарта GSM-R и оборудование подвижного состава, приписанного к локомотивным и моторвагонным депо, расположенным на конкретных участках железных дорог, может быть завершено в течение 2-3 лет. Однако оборудуемые участки не являются изолированными, на них может обращаться подвижной состав, не оборудованный радиосредствами системы GSM-R. Кроме того, часть диспетчерских участков может иметь ответвления, которые не планируется оборудовать новыми цифровыми системами радиосвязи.
Сущность заявляемой системы состоит в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой системой технического результата.
Технический результат предложенного технического решения состоит в том, что при использовании системы интегрированной цифроаналоговой железнодорожной радиосвязи обеспечивается интеграция новых и существующих систем радиосвязи с целью удовлетворения требований технологических процессов по управлению движением поездов и обеспечения уверенной радиосвязи всех абонентов поездной радиосвязи - поездных диспетчеров, дежурных по станциям, машинистов и др., реализация новых возможностей, обеспечиваемых интегрированной системой, а также обеспечивается эффективное управление сетью связи и создание современной системы ее эксплуатации.
Это достигается тем, что система интегрированной цифроаналоговой железнодорожной радиосвязи содержит мобильные радиостанции, пульты управления диспетчеров, базовые радиостанции, соединенные по схеме «звезда» или «кольцо», последовательно соединенные блок коммутации, транскодер и контроллер базовых станций, выходы которого соединены с входами базовых радиостанций, последовательно соединенные визитный и домашний регистры местоположения, второй вход которого соединен с выходом блока идентификации оборудования, а первый и второй выходы соединены с первыми входами, соответственно, визитного регистра местоположения и блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом электронно-вычислительного устройства автоматизированного рабочего места оператора радиосвязи, а также пульты управления дежурных по станции, каждый из которых соединен с соответствующим первичным мультиплексором, которые соединены в кольцо и через первый шлюз El/Ethernet - с локальной сетью передачи данных, которая соединена с сервером местоположения радиостанций, с пультами управления диспетчеров, с стационарными радиостанциями с цифровыми интерфейсами, с третьим входом блока коммутации через второй шлюз El/Ethernet, а через третий шлюз El/Ethernet - с распорядительной станцией оперативно-технологической связи, к которой подключены исполнительные станции оперативно-технологической связи, к каждой из которых подключена стационарная радиостанция с аналоговым интерфейсом, к которой подключен блок переговорных устройств дежурного по станции.
Пульт управления диспетчеров может быть выполнен в виде последовательно соединенных блока регистрации адресов всех стационарных радиостанций, блока регистрации адресов мобильных радиостанций и блока переговорных устройств, а пульт управления дежурного по станции - в виде последовательно соединенных блока регистрации адресов ближайших стационарных радиостанций, блока регистрации адресов мобильных радиостанций и блока переговорных устройств.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна», так как аналогичное техническое решение неизвестно из технических источников.
Предложенная система является промышленно применимой, поскольку может быть реализована существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками не обнаружено.
На чертеже представлена предложенная интегрированная сеть технологической радиосвязи железнодорожного транспорта.
Интегрированная сеть технологической радиосвязи железнодорожного транспорта содержит мобильные радиостанции 1, пульты 2 управления диспетчеров, базовые радиостанции 3, соединенные по схеме «звезда» или «кольцо» или по смешанной схеме(комбинированной), последовательно соединенные блок 4 коммутации, транскодер 5 и контроллер 6 базовых станций, выходы которого соединены с входами базовых радиостанций 3, последовательно соединенные визитный 7 и домашний 8 регистры местоположения, второй вход которого соединен с выходом блока 9 идентификации оборудования, а первый и второй выходы соединены с первыми входами, соответственно, визитного регистра местоположения 7 и блока 4 коммутации, второй вход которого соединен с выходом электронно-вычислительного устройства 10 автоматизированного рабочего места оператора радиосвязи, введены пульты 11 управления дежурных по станции, каждый из которых соединен с соответствующим первичным мультиплексором 12, которые соединены в кольцо и через первый шлюз 13 El/Ethernet - с локальной сетью передачи данных, которая соединена с сервером 14 местоположения радиостанций, с пультами 2 управления диспетчеров, с стационарными радиостанциями 15 с цифровыми интерфейсами, с третьим входом блока 4 коммутации через второй шлюз 16 El/Ethernet, и через третий шлюз 17 El/Ethernet - с распорядительной станцией 18 оперативно-технологической связи, к которой подключены исполнительные станции 19 оперативно-технологической связи, к каждой из которых подключена стационарная радиостанция 20 с аналоговым интерфейсом, к которой подключен блок 21 переговорных устройств дежурного по станции. Пульт 2 управления диспетчеров выполнен в виде последовательно соединенных блока 22 регистрации адресов всех стационарных радиостанций, блока 23 регистрации адресов мобильных радиостанций и блока 24 переговорных устройств. Пульт 11 управления дежурного по станции выполнен в виде последовательно соединенных блока 25 регистрации адресов ближайших стационарных радиостанций, блока 26 регистрации адресов мобильных радиостанций и блока 27 переговорных устройств.
Система интегрированной цифроаналоговой железнодорожной радиосвязи работает следующим образом.
Линейные каналы поездной цифро-аналоговой радиосвязи и общий канал сигнализации (ОКС) оперативно-технологической связи поступают от распорядительной станции 18 ОТС по интерфейсу Е1 через шлюз 17 El/Ethernet в локальную сеть с коммутацией пакетов по протоколу IP, к которой подключены пульты 2 диспетчеров, прокси-сервер, выход блока 4 коммутации мобильной связи (MSC) системы GSM-R и через шлюз 16 El/Ethernet канал первичных мультиплексоров 12, используемых для подключения пультов 11 дежурных по станциям системы GSM-R, сеть ОбТС и РМТС.
Информационно-логическое взаимодействие подключенных к локальной сети IP объектов с пультами 2 диспетчера и дежурных по станциям 11 осуществляется по протоколу SIP.
При такой интеграции обеспечиваются все необходимые связи диспетчеров и дежурных по станциям в системах GSM-R и цифроаналоговой поездной радиосвязи.
Учитывая современную тенденцию по созданию переговорно-вызывных и управляющих устройств на основе компьютерной технологии, интеграцию цифро-аналоговой системы радиосвязи и радиосвязи по стандарту GSM-R на переговорно-вызывном пульте диспетчера 2 целесообразно осуществлять при построении пульта на базе компьютера с монитором по технологии Touch-Screen с использованием для каждого вида связи отдельной экранной формы (страницы). Экранные формы соответствующих видов связи должны быть изображены в виде кнопочных информационно-управляющих панелей с обозначенными наименованиями абонентов (объектов).
На каждой странице должно быть предусмотрено окно с постоянной для соответствующего рабочего места информацией обо всех видах связи, организуемых с помощью пульта 2.
Так, например, для пульта 2 поездного диспетчера должны быть сформированы, как минимум, следующие экранные формы:
- поездная радиосвязь в системе GSM-R;
- поездная радиосвязь в цифро-аналоговой системе;
- связь с руководителями ремонтных подразделений;
- связь с абонентами ОбТС.
На каждой странице должно быть также окно со всеми, необходимыми для данного вида связи, функциональными клавишами (посылка вызывных сигналов, постановка абонента на ожидание, отбой и др.).
Включение конкретного вида связи осуществляется кратковременным прикосновением к соответствующей клавише, которая при этом окрашивается в определенный цвет (например, зеленый), сигнализируя пользователю о включенном состоянии информационно-управляющей панели требуемого вида связи.
Посылка вызова для установления соответствующего соединения, разъединение и другие функции осуществляются прикосновением к соответствующим клавишам информационно-управляющего поля и служебного окна данного вида связи.
Переключение на другой вид связи осуществляется пользователем прикосновением к другой клавише служебного окна видов связи.
При этом на мониторе гаснет предыдущая страница и включается новая, соответствующая нажатой клавише.
При появлении вызова от абонента (объекта), расположенного на закрытой в данный момент странице, клавиша данного вида связи в окне служебной информации видов связи светится в мигающем режиме в сопровождении акустического сигнала.
В этом случае для подключения к вызывающему абоненту пользователь должен нажать на данную клавишу, а затем на клавишу, отображающую вызывающего абонента.
Переключение на страницу, по которой поступил вызов возможно как с нарушением соединений, установленных на предыдущей странице, так и с сохранением их, с возможностью возврата к прерванным переговорам.
Пульт снабжен переговорным устройством 24, содержащим микротелефонную трубку с тангентой, громкоговоритель с ручным регулятором громкости и вынесенный электретный микрофон.
Аппаратно-программный комплекс, на основе которого построена система GSM-R, дает возможность создания компьютерных пультов, обладающих высокими эргономическими показателями, обеспечивающими возможность оперативного соединения с требуемым абонентом (объектом), что является особенно актуальным в нештатных, аварийных ситуациях.
Предусмотренная в системе GSM-R регистрация мобильных абонентов, взаимодействующих с соответствующей базовой станцией 3, с передачей условного номера абонента и номера базовой станции 3 в блок коммутации 4 подвижной связи, с которым связаны пульты 2 диспетчеров и дежурных по станциям 11, дает возможность получения графического изображения на экранной форме пульта поездных локомотивов с обозначенными номерами поездов в зонах конкретных базовых станций.
При перемещении подвижного объекта (локомотива) в зону связи с другой базовой станцией 3 изображение локомотива исчезает в зоне предыдущей базовой станции и появляется в зоне базовой станции 3, через которую установлена связь.
Кроме связи с машинистами поездных локомотивов, диспетчер имеет возможность вызвать бригадира поезда и передать по поездной громкоговорящей сети сообщение для пассажиров.
Аналогичные пульты могут быть предоставлены энергодиспетчеру и локомотивному диспетчеру.
При использовании компьютерных пультов на дисплее каждого диспетчера отображаются занятые переговорами с другими диспетчерами подвижные объекты.
На пульте 2 диспетчера может быть предусмотрен вход в сеть GSM для связи с машинистами локомотивов. Для этой цели должна быть сформирована соответствующая страница (экранная форма), а к сети IP узла интеграции должен быть подключен шлюз 16 GSM.
Возможна организация и других станиц (экранных форм) для выхода диспетчера в сеть парковой связи, информации о перемещении подвижных объектов и т.п.
Для реализации функции «Экстренная остановка поезда» должна быть выделена отдельная экранная форма.
Подключение пультов 11 дежурных по станции к блоку 4 коммутации подвижной связи, через который осуществляется соединение их с базовыми станциями 3 и в итоге с пультами машинистов локомотива осуществляется с помощью первичных мультиплексоров 12, соединенных между собой по кольцевой схеме первичными цифровыми каналами (Е1).
Для обеспечения автоматического перехода на обходной тракт кольца в первичном мультиплексоре 12 предусмотрено следующее:
- канал В от каждого пульта 11 подключен в каждом мультиплексоре 12 к соответствующему каналу ОЦК через цифровой сумматор, обеспечивающий возможность работы пульта в обоих направлениях;
- для передачи сигналов информационно-логического взаимодействия пульта с блоком 4 коммутации подвижной связи при работе по основному или обходному направлению кольца используется входящий в мультиплексор распределитель, обеспечивающий передачу сигналов в оба направления по двум канальным интервалам;
- для исключения самовозбуждения в кольцевой схеме каналы ОЦК основного направления связи разъединены в одном из мультиплексоров 12 (установленном, как правило, в центре управления железной дороги) с каналами, образующими обходной тракт кольца. Объединение каналов основного и обходного направлений при нарушении связи в основном направлении кольца осуществляется входящим в состав мультиплексора 12 контрольным сигнализирующим устройством, осуществляющим также передачу соответствующей информации в систему СМА и ЕСМА;
- сопряжение первичного мультиплексора 12 с локальной сетью IP осуществляется с помощью внешнего или входящего в состав мультиплексора шлюза 13 сопряжения El/Ethernet 10/100;
- сопряжение пульта 11 дежурного по станции с первичным мультиплексором организуется с использованием основного доступа BRI (2B+D) по интерфейсу So или Uko с протоколом производителя пульта.
- в качестве протокола информационного обмена по D каналу в линейном тракте может использоваться стандартный протокол LAP-D.
При использовании компьютерной технологии пульт 11 дежурного по станции должен быть построен аналогично пульту 2 диспетчера.
Возможно применение у дежурного по станции более простого пульта, представляющего собой цифровой телефонный аппарат, содержащий клавиши группового вызова машинистов локомотивов, тастатуру для набора номера вызываемого локомотива при индивидуальном вызове и другие функциональные клавиши и индикаторы.
Переговоры дежурного по станции с машинистами поездных локомотивов в сети цифро-аналоговой поездной радиосвязи в этом варианте осуществляются с помощью штатного пульта ДСП, подключенного непосредственно к аналоговой радиосвязи.
Такой вариант организации связи дежурного по станции является наиболее надежным, т.к. при нарушении связи в одной из сетей остается действующей другая.
Однако, применение компьютерного пульта с экранной формой, отображающей наличие конкретных поездов и ремонтных подразделений, зарегистрированных на базовых приемопередатчиках своей и соседних железнодорожных станций, значительно повышает оперативность установления связи дежурного по станции с машинистами локомотивов, что положительно влияет на обеспечение безопасности движения.
Кроме того, отображаемая на экране компьютера занятость машиниста конкретного локомотива переговорами с диспетчером ориентирует дежурного по станции на соблюдение соответствующего регламента переговоров.
Установить строгую очередность переговоров диспетчера и дежурного по станции с определенным машинистом практически невозможно, особенно в чрезвычайных ситуациях. Для согласования действий диспетчера и дежурного по станции в этих случаях должна использоваться поездная диспетчерская телефонная связь.
Возможен вариант построения компьютерного пульта дежурного по станции с формированием в нем, кроме экранной формы связи с машинистами поездных локомотивов в сети GSM-R, также экранной формы, отображающей организацию связи с машинистами поездных локомотивов в аналогово-цифровой сети поездной радиосвязи.
В этом случае интерфейс для подключения пульта 21 ДСП стационарной радиостанции должен быть подключен через соответствующий шлюз к локальной станционной сети IP, к которой должны быть также подключены компьютерный пульт 11 ДСП сети GSM-R и вход линейного комплекта первичного мультиплексора 12. Такой вариант может быть целесообразен при наличии на станции локальной сети IP технологической связи.
Должна быть организована поездная радиосвязь между машинистами поездных локомотивов, моторвагонных поездов, специального самоходного подвижного состава и поездным диспетчером, дежурными по станциям, депо и переездам; машинистами встречных и вслед идущих поездов, другими абонентами, оснащенными носимыми и возимыми радиосредствами.
Кроме того, целесообразно обеспечить связь таких абонентов как:
- энерго- и локомотивный диспетчер;
- диспетчер ситуационного центра;
- диспетчерский аппарат ремонтных служб.
В качестве абонентских устройств стационарных абонентов должны использоваться:
- специализированные пульты управления, входящие в состав диспетчерской системы и подключаемые по каналам связи (проводной пульт);
- абонентские стационарные радиостанции со специализированными пультами управления (радиопульт). Для обеспечения требуемых показателей надежности системы и одновременно оптимизации абонентской нагрузки целесообразно абонентам различных категорий предоставлять в зависимости от выполняемых ими функций различные виды абонентских устройств. Абоненты, выполняющие наиболее ответственные функции по управлению движением, такие как поездной, энерго- и локомотивный диспетчеры, дежурные по станциям и некоторым другим категориям должны быть оснащены пультами управления, подключаемыми специально организованными проводными каналами к диспетчерской системе. Остальным стационарным абонентам могут быть предоставлены так называемые радиопульты, представляющие собой абонентскую станцию со специализированным пультом управления.
При проектировании цифровой системы радиосвязи стандарта GSM-R должны быть рассмотрена целесообразность оснащения абонентов различными видами радиосредств:
- диспетчерский аппарат и дежурные по станциям могут пользоваться носимыми радиостанциями (РН) при нахождении вне служебного помещения; при этом возможно использовать режим переадресации вызовов с пультов управления на эти радиостанции;
- машинисты могут пользоваться носимыми радиостанциями при выходе из кабины или нахождении в нерабочей кабине локомотива (пульт управления в нерабочей кабине находится в выключенном состоянии и может использоваться только для переговоров между кабинами);
- начальник поезда может пользоваться носимой радиостанцией при перемещении внутри поезда, на платформах, на территории вокзалов.
Для организации каналов передачи данных между абонентами и устройствами системы GSM-R должны использоваться два режима:
- режим коротких сообщений;
- режим передачи данных с коммутацией каналов.
Режим коротких сообщений предполагает, что содержание этих сообщений заранее вносится в программное обеспечение радиостанции или пульта управления (диспетчерской системы). Инициатива передачи коротких сообщений может принадлежать абоненту-диспетчеру, дежурному по станции, машинисту. Наиболее востребованным может стать передача команды «Остановка поезда», которая должна формироваться средствами пульта управления ДНЦ и диспетчерской системы. Использование этого режима скорее всего будет востребовано в период до полного оснащения участка системой управления движением с использованием радиоканала. При поступлении на локомотивную радиостанцию эта команда должна вызвать срабатывание устройств торможения на локомотиве (то есть при разработке локомотивной радиостанции, предназначенной для работы в интегрированной системе, должна быть обеспечена возможность сопряжения ее с устройствами управления движением локомотива).
Положительный результат от предложенного технического решения состоит в том, что при использовании системы интегрированной цифроаналоговой железнодорожной радиосвязи обеспечивается интеграция новых и существующих систем радиосвязи с целью удовлетворения требований технологических процессов по управлению движением поездов и обеспечения уверенной радиосвязи всех абонентов поездной радиосвязи - поездных диспетчеров, дежурных по станциям, машинистов и др., реализация новых возможностей интегрированной системы, и также обеспечивается эффективное управление сетью связи и создание современной системы ее эксплуатации.