УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СВЯЗИ, МОНИТОРИНГА И КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
DEVICE AND METHOD OF COMMUNICATION, MONITORING AND CONTROL OF RAILWAY TRAFFIC

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству связи, мониторинга и контроля движения, в частности, железнодорожных составов.
Изобретение также относится к способу мониторинга и контроля движения средства железнодорожного транспорта.
Уровень техники
Как известно, в настоящее время контроль и мониторинг движения железнодорожных вагонов осуществляется в основном пассивными или частично пассивными железнодорожными системами.
Упомянутые системы, неизменные в течение многих лет, позволяют фактически очень приблизительно отслеживать состояние железнодорожного движения и не осуществляют эффективных автоматических действий по контролю остановки составов в случае опасности.
Рассмотрим, например, случай, когда состав находится на определенном путевом участке сразу после подтверждения его отправления или его прохождения, со станции, где начинается путевой участок, и при этом служащий станции, находящейся в конце путевого участка, еще не сообщил о его прибытии или прохождении. Таким образом, невозможно знать точное положение этого состава и, кроме того, невозможно знать, движется ли он по этому путевому участку или остановился где-то на нем.
Кроме того, что касается действий, которые могут быть предприняты извне пассивными системами для остановки состава, эти действия в основном состоят в предотвращении прохождения через конкретный путевой участок путем подачи соответствующих сообщений на концах участка, тогда как в определенных точках участка, например точках, где два разных пути сливаются в один путь, были обеспечены особые устройства, путевые знаки, предназначенные для автоматической остановки состава при выполнении определенных конкретных условий.
Создается впечатление, что упомянутые системы контроля и мониторинга не в полной мере позволяют избегать возможных опасных ситуаций и, что важнее, не способны эффективно действовать в случае необходимости.
В последнее время были разработаны новые системы для определения положения состава с использованием системы позиционирования, например GPS, благодаря чему можно вносить, например, быстрые изменения в расписание и добиваться повышения безопасности в условиях эксплуатации.
В US 2003/236598, в порядке примера, раскрыта система контроля движения и мониторинга для железных дорог, которая позволяет быстро регулировать рабочие параметры в соответствии с изменениями в системе и предоставлять планировщикам и диспетчерам информацию обратной связи в реальном времени, касающуюся последствий любого предложенного изменения запланированных расписаний и/или условий эксплуатации. Для решения таких задач предусмотрен центральный компьютер, находящийся в диспетчерском центре, управляющем участком движения, и бортовые модули обработки данных и связи, установленные в каждом контролируемом вагоне. Каждый вагон принимает информацию по разным радио- и проводным каналам данных, а также принимает информацию о текущем положении от спутника GPS.
Заметим, однако, что каждый вагон снабжен приемником GPS, но не может передавать информацию через спутник. Фактически информация положения передается в центр управления через радиоантенну, придорожный ретранслятор и оптоволоконную сеть. Кроме того, это решение не предусматривает прямой связи между вагонами.
Все вышесказанное подтверждает, что раскрытая система сосредоточена на оптимизации составления расписаний поездов, но не рассматривает аспект безопасности в качестве основного вопроса. В системах контроля составов, разработанных Rockwell International Corporation и описанных в статье Бернса (Burns) и др. "Safety and productivity improvement of railroad operations by advanced train control systems", материалы конференции, 25 апреля 1989, мы находим, по существу, такое же средство связи, что описано в US 2003/236598, для получения тех же результатов повышения производительности и контроля в железнодорожных системах.
Наконец, в US 2002/0091483 подняты вопросы определения положения составов в железнодорожной системе и обеспечения выдачи предупреждающего сигнала в случае опасности, для повышения безопасности. Такие задачи решаются с использованием придорожных приемопередающих модулей, осуществляющих связь по радио или кабелю с центральной станцией, а также осуществляющих связь с устройствами, установленными в вагонах. Бортовые устройства снабжены дуплексными приемопередающими модулями, которые также способны обмениваться предупреждающими сигналами с другим вагоном на небольшом удалении. Как известно, дуплексные модули неэффективны, поскольку не позволяют передавать и принимать одновременно. Это значит, что "прямую" связь между двумя вагонами в этом случае невозможно установить быстрым и безопасным способом, что не позволяет гарантировать полной безопасности в условиях эксплуатации.
Вышесказанное определяет необходимость решений, способных повышать уровень безопасности упомянутого средства общественного транспорта, в частности поездов, как с точки зрения того, что можно быстро сделать в случае опасности, так и с превентивной точки зрения и собирать данные и информацию, полезные для реконструкции возможных аномальных ситуаций.
Также желательно иметь возможность использовать, в особенности в отношении железнодорожного движения, услуги, базирующиеся на возможности подключения к сетям связи, которые также могут быть доступны пассажирам и которые также могут обеспечивать прямую связь между средством транспорта и центрами контроля и управления или даже другими соответствующими организациями.
Сущность изобретения
Главной задачей настоящего изобретения является устройство и соответствующий способ полного и детального мониторинга движения средства общественного транспорта, в частности поездов, и автоматического управления средством транспорта со станций централизованного управления.
Другой задачей настоящего изобретения является устройство и соответствующий способ, допускающие прямой обмен данными и информацией между средствами общественного транспорта, в частности поездами, для мониторинга их положения и для автоматического управления средством транспорта при возникновении тех или иных опасных ситуаций.
Еще одной задачей изобретения является устройство для средства общественного транспорта, обладающее высокой универсальностью в отношении предоставления возможностей и услуг связи, с особым упором на безопасность, благодаря, в частности, сбору данных и информации, полезных для реконструкции возможных аномальных ситуаций.
Для решения упомянутых задач предусмотрено устройство для мониторинга и контроля движения средства общественного транспорта, в частности поездов, содержащее централизованные электронные и компьютеризированные модули, предназначенные для контроля соседних участков движения, имеющих определенные конфигурацию и протяженность, а также содержащее устройства, установленные в каждом контролируемом вагоне, причем устройства связаны посредством спутниковых сетей связи с централизованными модулями, которые непрерывно принимают, момент за моментом, идентификационные данные вагона от каждого устройства, и, обработав эти данные согласно особым алгоритмам, хранящимся в модулях, они отображают на конкретном средстве визуализации отличительные данные, относящиеся к положению и другим характеристикам каждого вагона, находящегося на отслеживаемом участке движения, а также обеспечивают, в случае обнаружения ситуаций аномального движения, передачу соответствующих сигналов предупреждения на устройства, а также сигналов для приведения в действие средства управления вагона, причем средство управления сопряжено с устройствами. Устройства, установленные на каждом отслеживаемом средстве транспорта, преимущественно содержат средство передачи и приема (посредством радиосвязи, телефонной связи или другой технологии), способное, помимо прочего, непосредственно соединять сами устройства с другими устройствами, установленными в вагонах, которые находятся в пределах определенного расстояния друг от друга, причем устройства также содержат микрокомпьютерные модули, сопряженные с датчиками и устройствами, установленными вдоль железнодорожного пути, а также с датчиками и устройствами, установленными в поездах, причем микрокомпьютерные модули способны активировать модули сигнализации и управлять средством управления для обеспечения остановки вагона после автоматического обнаружения ситуаций аномального движения.
Упомянутые устройства, установленные на каждом средстве транспорта, обеспечивают сохранение возможных выявленных нарушений, а также данных и параметров, относящихся к функционированию состава, причем сохранение выполняется в зашифрованном, а также незашифрованном виде. Средство памяти для хранения данных и исторических параметров преимущественно содержится в контейнере, устойчивом к ударам, высокой температуре, воде и пыли, для сохранения самих данных для дальнейшего анализа или инспекции.
Способ мониторинга и контроля движения средства общественного транспорта, в частности поездов, содержит этапы, на которых устанавливают на средстве транспорта особые устройства, способные принимать и передавать данные и сигналы со спутников и на них, распределяют на участке, где требуется мониторинг движения, централизованные электронные и компьютеризированные модули, предназначенные для контроля соседних участков движения с определенными конфигурацией и протяженностью, передают, посредством устройств, на централизованные модули данные, относящиеся к средству транспорта, на котором установлены устройства, осуществляют, посредством централизованных модулей, определенные процедуры для обработки данных таким образом, чтобы иметь возможность:
- определять положение средства транспорта, находящегося на участке мониторинга,
- отображать на конкретном средстве визуализации географическое положение средства транспорта на участке мониторинга,
- обнаруживать возможные ситуации аномального движения согласно сохраненным параметрам движения,
- посылать на устройства, установленные в вагонах, вовлеченных в возможные ситуации аномального движения, сигналы, которые активируют процедуры сигнализации и средство сигнализации,
- посылать на устройства, в случае сохранения аномальной ситуации, сигналы, которые запускают средство торможения вагонов, сопряженное с устройствами.
Способ в соответствии с изобретением преимущественно обеспечивает прямую передачу, по радио или другими средствами, данных и информации между устройствами, установленными в вагонах, находящихся в пределах определенного расстояния друг от друга, а также обеспечивает автоматическую активацию процедур сигнализации и средств управления составов в случае возникновения ситуаций аномального движения, например автоматических сигналов остановки или угрозы столкновения. Из раскрытого выше следуют преимущества устройства и способа, соответствующих настоящему изобретению, относящиеся, в частности, к полной возможности мониторинга и контроля движения, которые можно осуществлять посредством устройства, а также относящиеся к возможности эффективного и быстрого автоматического действия, в случае необходимости, над отслеживаемым средством транспорта.
Краткое описание чертежей
Так или иначе, для лучшего понимания особенностей и преимуществ настоящего изобретения перейдем к описанию, в порядке примера, варианта осуществления самого изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг.1 - схема взаимодействия различных компонентов устройства, отвечающего настоящему изобретению, применительно к железнодорожному движению;
фиг.2 - пример визуализации данных и информации в средстве отображения, установленном в некоторых частях фиг.1;
фиг.3 и 4 - две блок-схемы, относящиеся к двум разным компонентам устройства, отвечающего изобретению;
фиг.5 - блок-схема другого варианта осуществления одного из компонентов устройства.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг.1 схематически показана конфигурация устройства 10, отвечающего изобретению, в отношении конкретного участка движения; также схематически показаны взаимодействия компонентов устройства.
Устройство содержит, на каждом конкретном участке движения, модуль 11, предназначенный для мониторинга и контроля участка, и устройство 12, установленное на каждом отслеживаемом средстве транспорта.
Централизованный модуль 11 и периферийные устройства 12 оборудованы спутниковым средством передачи и приема, в данном варианте осуществления изобретения, средством радиосвязи, которое работает на дальности и частотах, которые позволяют соединять каждое устройство 12, находящееся на участке мониторинга, с централизованным модулем 11. Средство радиопередачи и приема, в частности, пригодно для соединения друг с другом устройств, установленных в средствах транспорта, находящихся друг от друга в пределах определенного расстояния.
Централизованный модуль 11, подробно показанный на фиг.3, содержит один или несколько модулей 13 обработки, подключенных по локальной сети к модулю 14 приема/передачи типа GPS и к модулям 15 радиоприема/передачи. Модули 13 обработки действуют согласно конкретным процедурам, предназначенным для контроля этого участка с использованием сохраненных данных и параметров, относящихся к этому конкретному участку, например графикам движения, средней скорости движения, идентификационным кодам составов и пр. Модули 13 обработки подключены к особому средству 16 отображения и к устройствам 18, предназначенным для автоматической подачи сигналов и команд управления при обнаружении определенных или необычных ситуаций движения или при обнаружении опасных ситуаций, относящихся к эксплуатационной пригодности железнодорожных путей, причем эти опасные ситуации определяются путем передачи соответствующих сигналов на централизованные модули 11 от конкретных пультов или органов, отвечающих за контроль территории, с точки зрения защиты окружающей среды.
На фиг.2 показана возможная визуализация, на средстве 16 отображения, данных, обработанных соответствующим модулем 11; в частности, можно видеть схематически изображенный железнодорожный путь, находящийся на участке мониторинга, и для каждого ответвления отображаемого путевого участка показаны возможные вагоны, движущиеся по нему, где вблизи точки, указывающей его положение, отображаются некоторые специфические идентификационные данные самого вагона, например его номер, его скорость, время последнего получения информации или другие данные или информация.
Периферийные устройства, установленные на каждом отслеживаемом средстве транспорта, содержат микрокомпьютерный модуль 20, подключенный к спутниковым модулям 21 приема/передачи GPS и к модулям 22 радиоприема/передачи, содержащимся в устройстве. Последнее также содержит средство сопряжения для соединения с различными датчиками, расположенными вдоль вагона, в котором установлено устройство 12, и средство 24 сопряжения для соединения с устройствами сигнализации, установленными в вагоне, а также со средством управления самого вагона.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения периферийные устройства 12' содержат, согласно блок-схеме, изображенной на фиг.5:
- средство (22') радиоприема/передачи;
- спутниковое средство (21') приема/передачи GPS;
- по меньшей мере, один микрокомпьютерный модуль (20');
- средство (30) приема для приема сигналов от устройств и датчиков, распределенных вдоль железнодорожного полотна;
- средство (23') приема для приема сигналов от датчиков и устройств (31), установленных на средстве транспорта;
- средство (24') запуска для активации устройств (32), находящихся на средстве транспорта;
- средство (33) памяти для хранения данных, событий и исторических параметров, позволяющих определить, как работало средство транспорта;
- средство (34) связи, предназначенное для управления средством транспорта;
- средство (35) приема/передачи для осуществления связи по беспроводным сетям и средство (36) связи, предназначенное для использования пассажирами.
Микрокомпьютерный модуль 20' и соответствующее средство сопряжения и средство памяти для хранения данных и параметров преимущественно заключены в толстый металлический контейнер, снабженный соответствующими средствами защиты, позволяющими выдерживать сильные механические нагрузки и тепловые удары, например столкновения с ускорением до 3G, температуры свыше 1000°C и гидравлические давления свыше 10 атм, для безопасного сохранения данных в случае аномальных и непредвиденных событий, что позволяет в дальнейшем реконструировать событие для предотвращения или общего исследования.
Средство 22' радиоприема/передачи работает на выделенных частотах и каналах связи, например в диапазоне 450 МГц, пригодном для покрытия участков, где находятся железнодорожные пути, подлежащие мониторингу, чтобы гарантировать, в каждой точке пути средства транспорта, прямое соединение с устройствами 12, 12', установленными в разных вагонах, находящихся в пределах определенного расстояния, и, таким образом, обеспечивать быстрый обмен информацией, чрезвычайно полезной в экстренных ситуациях, а также соединение с устройствами, распределенными вдоль железнодорожного пути, устройствами, обеспеченными для автоматического определения рабочего состояния самого железнодорожного пути, например положения стрелочных переводов, положения семафоров и возможного включения шлагбаумов или других условий и ситуаций. Средство приема/передачи 35 типа WR позволяет подключаться к беспроводным сетям, которые, через соответствующие стационарные ретрансляторы, покрывают определенные участки и ответвления железнодорожной сети, тем самым предоставляя пассажирам некоторые услуги и преимущества.
На микрокомпьютерный модуль 20', через средство 30 сопряжения, поступают данные, относящиеся к сигналам, выдаваемым датчиками и устройствами, установленными вдоль ответвлений железнодорожного пути, для автоматического обнаружения возможных аномалий или просто для сообщения условий эксплуатации, как указано выше.
На микрокомпьютерный модуль 20', через средство 23' сопряжения, также поступают данные, относящиеся к сигналам, выдаваемым датчиками и устройствами 31, которые находятся в вагонах поезда, в котором установлено устройство 12'. Датчики и устройства содержат модули для обнаружения состояния различных механических деталей, например тормозных систем, средства крепления поезда и т.д.
Устройства для обнаружения данных или изображений, например веб-камера и т.п., предназначенные, например, для полицейского наблюдения за публикой, подключены к средству связи 35, передающему в беспроводные сети, к которым также подключены терминалы 36, находящиеся в распоряжении пассажиров для доступа к услугам, например POS, интернет-соединение и пр.
Микрокомпьютерный модуль 20' управляет, через средство 24' сопряжения, устройствами 32, находящимися в вагоне, предназначенными для активации, например, тормозных систем, устройств сигнализации, систем пожаротушения или любой другой системы, обеспеченной для повышения безопасности вагона.
Способ мониторинга и контроля движения средства общественного транспорта, в частности железнодорожных составов, осуществляемый посредством вышеописанного устройства, предусматривает:
- передачу в непрерывном режиме, периферийными устройствами 12, 12', на централизованные модули 11 специфических идентификационных данных средства транспорта, на котором они установлены;
- выполнение, централизованными модулями 11, конкретных вычислительных процедур для обработки данных с целью:
- определения положения средства транспорта, находящегося на участке мониторинга;
- отображения на соответствующем средстве визуализации географического положения средства транспорта на отслеживаемом участке движения;
- обнаружения возможных ситуаций аномального движения в сравнении с параметрами движения, хранящимися в централизованных модулях;
- отправки на устройства 12, 12' средства транспорта, связанного с возможными ситуациями аномального движения, сигналов, активирующих процедуры и средство сигнализации;
- отправки на устройства 12, 12', в случае сохранения ситуации аномального движения, сигналов, активирующих средство торможения вагона, сопряженного с устройствами.
В частности, положение средства транспорта, которое находится на отслеживаемом участке движения, определяют через спутниковую систему позиционирования.
Способ, отвечающий изобретению, также предусматривает прямую передачу, по радио или другими средствами, данных и информации между устройствами 12, 12', установленными в вагонах, которые движутся в пределах определенного расстояния друг от друга, и также предусматривает автоматический запуск процедур сигнализации и приведение в действие средства торможения вагонов, в случае обнаружения ситуаций аномального движения, например автоматических сигналов остановки или угрозы столкновения в однопутных ответвлениях железной дороги. Кроме того, централизованные модули 11 способны запускать процедуры сигнализации и приводить в действие средство торможения вагонов в результате конкретных сигналов, поступающих на сами модули от конкретных пультов или органов, отвечающих за контроль территории, с точки зрения защиты окружающей среды.
Также следует отметить, что при включении устройств 12, 12', которое, скорее всего, происходит, когда средство транспорта, где они установлены, начинает работать, требуются данные, идентифицирующие вагон и привод или приводы, и после запоминания данных устройство 12, 12' осуществляет полную проверку работоспособности датчиков и средства активации, которые подключены к нему и которые находятся под управлением самого устройства, и в случае обнаружения аномалий или неисправностей основного оборудования и систем направляется отчет и отправление вагона запрещается; в противном случае устройство разрешает нормальную работу средства транспорта, передавая в центр управления участка соответствующие идентификационные данные, позволяющие осуществлять определение положения и мониторинг согласно вышеприведенному раскрытию.
При выключении устройства 12, 12' оно автоматически передает в центр управления участка данные, относящиеся к возможным аномалиям относительно датчиков и средства активации, обнаруженным при движении вагона, чтобы, помимо прочего, усовершенствовать как рутинные, так и специальные процедуры обслуживания, выполняемые компаниями, которые распоряжаются вагонами.
Использование устройства и соответствующего способа, отвечающих настоящему изобретению, обеспечивает преимущества полной безопасности даже при наличии модификаций и изменений конфигурации устройства и этапов раскрытого выше способа.
Например, изменения могут касаться типа и количества централизованных модулей обработки различных отслеживаемых участков движения; эти последние, очевидно, могут меняться в связи с их протяженностью и формой, в соответствии с плотностью движения конкретного участка и эффективностью контроля, который может осуществляться на этом участке.
Средство передачи данных, информации и сигналов может, как указано выше, отличаться от средства радиосвязи, показанного в описанных вариантах осуществления, и они могут содержать, например, средство мобильной телефонной связи, GSM, GPRS, EDGE или иное средство.
В изобретение можно вносить другие изменения или модификации, отвечающие объему защиты, определенному нижеследующей формулой изобретения.