Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля
SYSTEM OF INTERVAL REGULATION OF TRAIN TRAFFIC ON BASIS OF SATELLITE NAVIGATION FUNDS AND DIGITAL RADIO CHANNEL WITH COORDINATE METHOD OF CONTROL

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на железнодорожных станциях, оборудованных аппаратурой системы интервального регулирования для повышения безопасности движения и увеличения скорости прохождения поездов по станции.
Известна система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств, содержащая на локомотивах блоки электроники, индикации, коммутации и ввода данных, расположенные в кабине машиниста. Блок электроники выполнен с возможностью определения допустимого скоростного режима и осуществления контроля за его соблюдением за счет фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста, внутреннего фонового тестирования каждого модуля, а также двухканальной обработки информации, и включает в себя два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана. Локомотивный блок отображения информации машинисту выполнен с возможностью подготовки информации, необходимой машинисту, ее регистрации и индикации, взаимодействия с машинистом посредством рукоятки безопасности и кнопок ввода информации, введения и отображения локомотивных и поездных характеристик, текущего времени, фактической скорости и их сохранения при отключении электропитания и включает в себя модуль регистрации, модуль управления и локомотивный блок отображения информации машинисту (RU 2248899, B61L 25/04, 27.03.2005).
Недостатком известной системы является низкая пропускная способность и отказоустойчивость, отсутствие возможности принудительной остановки подвижной единицы по команде дежурного по станции или поездного диспетчера, а также ограниченная функциональность и высокое влияние человеческого фактора на безопасность движения.
Из известных систем интервального регулирования движения поездов наиболее близким к предлагаемой по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля, содержащая на локомотивах бортовые устройства, выполненные на основе комплексного локомотивного устройства безопасности, которое включает в себя блок электроники, навигационное оборудование которого соединено с антенной GPS/ГЛОНАСС, первый вход/выход блока электроники подключен к выходу/входу бортового радиомодема, который через дуплексный фильтр соединен с первой антенной, первый выход блока электроники подключен к блоку индикации, второй и третий выходы соединены с тормозной магистралью соответственно через приставку крана машиниста и через электропневматический вентиль, а четвертый выход соединен с цепью управления тягой локомотива, первый и второй входы блока электроники подключены соответственно к выходу кнопки «Тревога» и к выходу блока обмена данными о координате хвоста поезда, соединенного со второй антенной, при этом стационарное устройство состоит из установленного на автоматизированном рабочем месте персонального компьютера, соединенного с радиомодемом, второй порт которого подключен к дуплексному фильтру, соединенному с антенной радиоканала и входом газоразрядника, к персональному компьютеру автоматизированного рабочего места подключен выход навигационного приемника, вход которого соединен с антенной, и выход устройства сопряжения - с системой электрической централизации (RU 93766, B61L 25/04, 10.05.2010).
Недостатком известной системы является то, что метод контроля движения по правильному маршруту не обладает достаточным уровнем полноты безопасности из-за отсутствия в настоящее время на локомотивах спутниковых навигаторов и отсутствия на станции устройств дифференциальной коррекции координаты с технической реализацией на уровне полноты безопасности SIL4. Точность метода определения текущей координаты только по GPS/ГЛОНАСС также может снижаться из-за экранирования сигналов от некоторых спутников до уровня, который уже не позволяет отличать друг от друга соседние железнодорожные пути. Поэтому в дополнение к спутниковой навигации для обеспечения требуемого уровня полноты безопасности SIL4 локомотивные устройства в настоящее время должны использовать данные от дополнительных независимых источников информации о правильности маршрута следования поезда по станции для движения по установленному маршруту по станции с максимальной разрешенной скоростью.
Такими дополнительными источниками данных на станции могут быть каналы индуктивной или цифровой радиосвязи. Каналы индуктивной связи могут быть обеспечены использованием кодовых рельсовых цепей, передающих в кодовом сигнале номера рельсовых цепей, или использованием шлейфов индуктивной связи системы САУТ перед входными светофорами с передачей по ним всей информации для контроля правильного движения по маршруту. Способы, связанные с индуктивной передачей данных с пути на локомотивы, требуют усложненной путевой аппаратуры, которая во многих случаях отсутствует и экономически ее не выгодно устанавливать. Каналы цифровой радиосвязи между стационарным устройством и локомотивами, использующие адресную передачу данных, также позволяют передать на локомотивы контрольные данные для обеспечения правильного движения по маршруту, но обладают низкой помехоустойчивостью и ограничениями по количеству вовлеченных в систему такой связи локомотивов.
В известной системе функция безопасного подтверждения машинистам при движении по станции о том, что их локомотивы следует по правильному маршруту приема на станцию, реализуется либо путем чрезмерного усложнения и удорожания системы путевых устройств, либо путем чрезмерного усложнения протокола и снижения надежности передачи данных путем цифровой радиосвязи.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и безопасности движения поездов по станциям за счет снижения требований к аппаратуре станционных путевых устройств и повышения надежности передачи данных с помощью цифровой радиосвязи для выполнения в системе функции контроля проследования локомотивов по правильным маршрутам приема на станцию.
Технический результат достигается тем, что в систему интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля, содержащую на локомотивах бортовые устройства, выполненные на основе комплексного локомотивного устройства безопасности, которое включает в себя блок обработки информации, навигационное оборудование которого соединено с антенной GPS/ГЛОНАСС, вход/выход блока обработки информации подключен к выходу/входу бортового радиомодема, который через дуплексный фильтр соединен с первой антенной, первый выход блока обработки информации подключен к блоку отображения информации машинисту, второй и третий выходы соединены с тормозной магистралью соответственно через приставку крана машиниста и через электропневматический вентиль, а четвертый выход соединен с цепью управления тягой локомотива, первый и второй входы блока обработки информации подключены соответственно к выходу кнопки «Тревога» и к выходу блока обмена данными о координате хвоста поезда, соединенного со второй антенной, при этом стационарное устройство состоит из персонального компьютера автоматизированного рабочего места оператора с подключенным к нему источником бесперебойного электропитания, к первому входу персонального компьютера подключен приемник GPS/ГЛОНАСС сигналов, а его вход/выход подключен к выходу/входу стационарного радиомодема, соединенного через дуплексный фильтр с антенной, согласно изобретению персональный компьютер автоматизированного рабочего места оператора снабжен программным модулем формирования данных реального времени о свободных станционных рельсовых цепях и программным модулем формирования и управления передачей информации на локомотивы через стационарный радиомодем, при этом второй вход персонального компьютера подключен к выходу блока периодического опроса, соединенного с аппаратурой электрической централизации станции, а каждый локомотив снабжен программным модулем проверки соответствия интервалов времени занятия локомотивом рельсовых цепей путевых участков маршрута движения поезда, который подключен к дополнительному входу блока обработки информации.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля.
Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля содержит на локомотивах бортовые устройства, выполненные на основе комплексного локомотивного устройства безопасности (КЛУБ) 1, которое включает в себя блок 2 обработки информации, навигационное оборудование которого соединено с антенной 3 GPS/ГЛОНАСС, вход/выход блока 2 обработки информации подключен к выходу/входу бортового радиомодема 4, который через дуплексный фильтр 5 соединен с первой антенной 6, первый выход блока 2 обработки информации подключен к блоку 7 отображения информации машинисту, второй и третий выходы соединены с тормозной магистралью соответственно через приставку 8 крана машиниста и через электропневматический вентиль 9, а четвертый выход соединен с цепью управления тягой локомотива, первый и второй входы блока 2 обработки информации подключены соответственно к выходу кнопки «Тревога» 10 и к выходу блока 11 обмена данными о координате хвоста поезда, соединенного со второй антенной 12, при этом стационарное устройство 13 состоит из персонального компьютера 14 автоматизированного рабочего места оператора с подключенным к нему источником бесперебойного электропитания 15, к первому входу персонального компьютера 14 подключен приемник GPS/ГЛОНАСС 16 сигналов, а его вход/выход подключен к выходу/входу стационарного радиомодема 17, соединенного через дуплексный фильтр 18 с антенной 19. Персональный компьютер 14 автоматизированного рабочего места оператора снабжен программным модулем 20 формирования данных реального времени о свободных станционных рельсовых цепях и программным модулем 21 формирования и управления передачей информации на локомотивы через стационарный радиомодем 17, при этом второй вход персонального компьютера 14 подключен к выходу блока 22 периодического опроса, соединенного с аппаратурой электрической централизации станции, а каждый локомотив снабжен программным модулем 23 проверки соответствия интервалов времени занятия локомотивом рельсовых цепей путевых участков маршрута движения поезда, который подключен к дополнительному входу блока 2 обработки информации.
Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля реализует следующие функции:
- надежный контроль проследования локомотивов по правильным маршрутам приема на станцию;
- предотвращение проезда на запрещающий сигнал светофора на некодируемом участке по команде с персонального компьютера 14 автоматизированного рабочего места оператора системы интервального регулирования;
- передача команды на разрешение проследования запрещающего сигнала светофора с использованием поездной радиосвязи;
- передача координат хвоста впередиидущего поезда с целью проследования светофора с желтым показанием без снижения скорости;
- прием сигнала «Тревога» на персональном компьютере 14 с любой подвижной единицы;
- адресное принудительное торможение одного локомотива по команде с персонального компьютера 14;
- адресная отмена принудительного торможения тягового подвижного состава по команде с персонального компьютера 14;
- одновременное принудительное торможение всех локомотивов по команде с персонального компьютера 14;
- отмена одновременного принудительного торможения всех тяговых подвижных составов по команде с персонального компьютера 24.
Система интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала с координатным методом контроля работает следующим образом.
Стационарное устройство 13 начинает работать сразу после включения источника бесперебойного электропитания 15, после чего с персонального компьютера 14 по последовательному интерфейсу на стационарный радиомодем 17 в антенну 19 передаются сообщения в соответствии с алгоритмом взаимодействия.
Локомотивное устройство безопасности 1 начинает работать сразу после включения источника питания. Радиотелеграммы от стационарного устройства 13 передаются по радиоканалам и принимаются на каждом из локомотивов через первую антенну 6 и дуплексный фильтр 5 в бортовой радиомодем 4. А оттуда после декодирования поступают в блок обработки информации 2 в соответствии с алгоритмом взаимодействия. По радиоканалам связи через вторую антенну 12 в блок 11 обмена данными о координате хвоста поезда поступают данные от локомотива впередиидущего поезда или от связанных с ним стационарных устройств 13 (данные поступают, если второй поезд приближается к хвостовому вагону первого поезда на расстояние, которое требует снижения скорости движения второго поезда). Сигналы от антенны 3 GPS/ГЛОЫАСС поступают на навигационный приемник блока 2 обработки информации, который формирует данные о местоположении устройства (широта, долгота). Затем эти данные преобразуются в блоке 2 обработки информации в положение локомотива в железнодорожных координатах на электронной карте маршрута для расчетов кривых торможения и отображения положения поезда на локомотивном блоке 7 отображения информации машинисту.
При возникновении на локомотиве чрезвычайной ситуации машинист или помощник машиниста при следовании в зоне связи со станцией нажатием кнопки 4 «Тревога» передает на стационарное устройство 13 сигнал о необходимости принудительной остановки локомотива. После получения со стационарного устройства 13 сигнала на принудительную остановку происходит разбор тяги локомотива и начинается служебное торможение через приставку 8 крана машиниста, электропневматический вентиль 9 произведет автостопное торможение локомотива, а на локомотивном блоке 7 отображения информации машинисту отображается признак принудительной остановки локомотива. После полной остановки локомотива машинист с использованием поездной голосовой радиосвязи выясняет с дежурным по станции или с поездным диспетчером причину остановки.
После отмены команды на принудительную остановку электропневматический клапан 9 устанавливается в рабочее положение. Передача команды проезда запрещающего сигнала по команде с персонального компьютера 14 производится в следующей последовательности.
Дежурный по станции или поездной диспетчер, убедившись в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами и в остановке подвижной единицы перед светофором с красным показанием, подает команду разрешения проследования запрещающего сигнала через персональный компьютер 14. После получения разрешения проезда запрещающего сигнала на блоке 7 отображения информации машинисту до начала движения значение допустимой скорости подвижной единицы установится равным 20 км/ч, а сигнал «КЖ» на блоке 7 отображения информации машинисту изменяется на сигнал «БМ».
Передача стационарным устройством 13 на локомотив временных ограничений скорости, а также расчет и отработки локомотивом кривой торможения до места ограничения скорости движения производится в следующей последовательности:
- Дежурный по станции или поездной диспетчер вводит характеристики ограничений скорости и убеждается в наличии режима устойчивой радиосвязи с подвижными единицами.
- После получения от стационарного устройства 13 временного ограничения локомотивное устройство безопасности 1 отрабатывает рассчитанную кривую торможения при подъезде к месту ограничения скорости движения.
Адресный обмен данными между локомотивным устройством безопасности 1 и стационарным устройством 13 состоит из 2-х этапов:
- процедура идентификации локомотивного устройства 1;
- обмен между стационарным устройством 13 и локомотивным устройством безопасности 1 после идентификации.
Процедура идентификации локомотивного устройства безопасности 1 осуществляется следующим образом.
Интервал между сообщениями стационарного устройства 13 при адресном обмене информацией с локомотивами определяется при настройке программы и изменяется от 200 мс до 10000 мс.
Процедура идентификации локомотивного устройства безопасности 1 для адресного обмена информацией происходит при ответе локомотивного устройства безопасности 1 на приглашение. После передачи приглашения стационарное устройство 13 не передает сообщения в течение 3-х интервалов. Локомотивное устройство безопасности 1, используя процедуру случайных чисел, отвечает на приглашение.
Приглашение передается штатно (при наличии зарегистрированных локомотивных устройств безопасности 1) и не штатно (при отсутствии зарегистрированных локомотивных устройств безопасности 1). В штатном режиме каждые 60 (согласно настройке) интервалов передается приглашение. В не штатном режиме приглашение передается постоянно (с соблюдением оговоренного промежутка).
Для всех адресных сообщений предусмотрено обязательное квитирование. В случае передачи широковещательного сообщения (команда на остановку/отмены остановки для всех локомотивов, оборудованных локомотивным устройством безопасности 1, находящихся в зоне радиосвязи) квитирование не происходит.
В предлагаемой системе широковещательное сообщение дополнительно используется для решения поставленной технической задачи повышения уровней надежности и безопасности контроля правильности следования поездов по установленным маршрутам приема на станции. Упрощение и повышение надежности использования каналов цифровой радиосвязи достигается за счет описанного выше упрощенного протокола передачи и приема широковещательных сообщений, не требующего регистрации локомотивных устройств безопасности 1 и квитирования. Упрощение и удешевление аппаратуры достигается в предлагаемой системе тем, что информация о текущей свободности станционных рельсовых цепей, передаваемая в этих широковещательных сообщениях, позволяет повысить уровень достоверности контроля самим локомотивным устройством безопасности 1 правильности следования поезда по маршруту приема, установленному для него дежурным по станции или поездным диспетчером до уровня требований SIL4 без использования дополнительных путевых устройств. Для этого рельсовые цепи на станции могут не иметь кодирование, а перед светофорами нет необходимости размещать путевые устройства САУТ.
Формирование, передача и обработка широковещательных телеграмм с массивами данных реального времени о текущей свободности станционных рельсовых цепей в заявляемой системе осуществляется следующим образом.
Аналоговые сигналы, снимаемые с контактов повторителей путевых приемников станционных рельсовых цепей, поступают из аппаратуры электрической централизации в блок 22 периодического опроса. Блок 22 периодического опроса с заданной периодичностью преобразует аналоговые сигналы в логические сигналы 1 для замкнутых контактов и 0 для разомкнутых контактов повторителей путевых приемников и формирует массивы данных номеров станционных рельсовых цепей, имеющих разомкнутые контакты повторителей путевых приемников. С периодичностью, например, 3-5 с из блока 22 периодического опроса эти массивы данных поступают в персональный компьютер 14 автоматизированного рабочего места оператора системы интервального регулирования. Там эти массивы анализируются программным модулем 20 формирования данных реального времени о свободных станционных рельсовых цепях и номера свободных станционных рельсовых цепей преобразуются в массивы. Затем эти массивы номеров свободных станционных рельсовых цепей передаются в модуль 21 формирования и управления рассылкой широковещательных телеграмм на локомотивы, которые, например, каждые 2-4 с упаковывает эти данные в формат широковещательных телеграмм, которые из персонального компьютера 14 посылаются в стационарный радиомодем 17 и передаются по радиоканалам связи одновременно на все локомотивы, движущиеся по станции.
Поскольку протокол приема широковещательных телеграмм значительно проще и надежнее, чем протокол адресного обмена между станционным устройством 13 и локомотивами, эти широковещательные телеграммы принимаются и декодируются на локомотивах с высоким уровнем надежности. В бортовом радиомодеме 4 каждого локомотива эти телеграммы декодируются и поступают из него в блок 2 обработки информации для обработки данных телеграмм программным модулем 23 проверки соответствия интервалов времени занятия рельсовых цепей. После декодирования из широковещательных телеграмм пакеты данных используются для текущего отображения состояния свободности путевых участков всей станции на экране блока 7 отображения информации машинисту.
Программный модуль 23 проверки соответствия интервалов времени занятия рельсовых цепей в блоке 2 обработки информации проверяет соответствие интервалов времени занятия локомотивом рельсовых цепей путевых участков маршрута движения поезда, определяемых на самом локомотиве, интервалам времени занятия этих же рельсовых цепей, фиксируемых в персональном компьютере 14 стационарного устройства 13, по данным изменения состояний контактов повторителей путевых приемников этих рельсовых цепей. Интервалы времени занятия локомотивом рельсовых цепей путевых участков маршрута движения поезда определяются в блоке 2 обработки информации на самом локомотиве по отслеживанию текущей координаты локомотива в системе координат GPS/ГЛОНАСС с привязкой к электронной карте текущего маршрута движения поезда. Синхронизация времени в стационарном устройстве 13 осуществляется от стационарного приемника 16 GPS/ГЛОНАСС, а на локомотивах осуществляется по сигналам приемника GPS/ГЛОНАСС навигационного оборудования блока 2 обработки информации. Если, например, с допуском в 1 с моменты размыкания фронтовых контактов повторителя путевого приемника очередной рельсовой цепи из-за вступления на нее передних колес локомотива совпадают с моментом пересечения локомотивом координаты начала этой же рельсовой цепи на электронной карте маршрута, то это фиксируется в программном модуле 23, и в блоке 2 обработки информации получается подтверждение с достоверностью на уровне требований SIL4 (совпадение трех независимых условий - данные о номерах рельсовых цепей из маршрутного задания, данные о совпадении временных интервалов и факта занятия этих рельсовых цепей по путевой и по локомотивной аппаратуре) факта следования локомотива по правильному маршруту приема. Система автоматически исправляет ошибки машиниста при наборе маршрута. Если, например, на перегоне после голосового сообщения дежурного по станции или поездного диспетчера о маршруте приема на станцию машинист неправильно набрал его на функциональной клавиатуре блока 7 отображения информации, то эта ошибка после проследования поездом открытого входного светофора и занятия первой рельсовой цепи установленного маршрута движения по станции блоком 2 обработки информации автоматически будет исправлена, и на блоке 7 отображения информации будет отображаться правильная поездная ситуация и маршрут движения данного и других поездов по станции. При этом машинист будет извещен об автоматическом исправлении блоком 2 обработки информации его ошибки с одновременным требованием однократного подтверждения машинистом его бдительности нажатием рукоятки бдительности.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает повышение надежности и безопасности движения поездов по станциям путем упрощения требований к аппаратуре станционных путевых устройств и повышения надежности передачи данных с помощью цифровой радиосвязи для выполнения в системе функции контроля проследования локомотивов по правильным маршрутам приема на станцию.