Система предупреждения машиниста локомотива об опасном сближении и о возможном столкновении с железнодорожным составом

В настоящее время, с дальнейшим развитием ж/дор. транспорта, с увеличением скорости движения поездов, проблемной становится угроза опасного сближения поездов или их столкновения, а также столкновения с преградой на ж./дор. пути. Увеличение скорости движения приближается к 200 км/час, а в перспективе к еще большим скоростям движения, возрастает угроза и вероятность столкновения скорых пассажирских, товарных и спец. назначения поездов, а также других видов ж/дор. транспорта. Техническая задача состоит в том, что необходимо определить: есть ли впереди на удалении 2-3-х км. преграда, которая находится (или движется) на ж/дор. пути, по которому движется ж/дор. состав (пассажирский или товарный, или подвижный состав другого назначения), в каком направлении движется и на каком удалении находится от следующего по тому же пути ж/дор. состава.
В существующих в настоящее время системах безопасности ж/дор. движения не имеется каких-либо средств, которые позволяли бы решить техническую задачу своевременного предупреждения машиниста о преграде на пути следования ж/дор. состава и исключить возможность столкновения ж/дор. составов, следующих попутно или навстречу друг другу по одному пути, кроме визуальных сигналов светофора, которых машинист может и не заметить в условиях плохой видимости (задымления или тумана) и при движении на большой скорости (100-150 км/час). По этим причинам в многих странах только за последние годы произошло несколько крупных ж/дор. катастроф, в результате которых этим государствам нанесен значительный урон-потери перевозимых средств, подвижного состава, разрушения ж/дор. путей, а также человеческих жертв. Несколько крупных катастроф на ж/д. транспорте произошло в Индии. Большинство катастроф и аварий произошло по той причине, что локомотивы (электровозы и тепловозы) не имеют средств обнаружения преграды на пути следования поезда и устройств световой и звуковой сигнализации о преграде машинисту с целью принятия соответствующих мер для снижения скорости движения состава или торможения.
Из патентной технической документации известна система оповещения о приближении подвижного состава, содержащая, установленный на подвижном составе, передатчик с модулятором из последовательно соединенных мультивибратора и ключевого каскада, резонансный усилитель в режиме класса В, блок развязки и генератор несущей частоты с кварцевой стабилизацией, а приемник, имеет два последовательно включенных резонансных усилителя, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, неинвентирующий и инвентирующий усилители низкой частоты, блок контроля уровня напряжения и блок сигнализации, выполненный в виде звукового сигнализатора с пьезоэлектрическим преобразователем по Патенту №2070124, В61 23/06, 10.12.1996 г.
Недостатком, как указано, этого технического решения является обязательность наличия на подвижном составе соответствующего передатчика. Кроме того, система не работает в случае отказа в работе передатчика или приемника. Есть указание и на другие системы, которые предназначены для работников (рабочих) занятых обслуживанием ж/дор. путевой инфраструктуры или ремонтом ж/дор. путей. Но такие системы не предназначены и не могут быть применимы для обеспечения безопасности движения следующих друг за другом ж/дор. составов, ведомых машинистами, для которых необходимо знать и видеть возможные преграды на ж/дор. пути, по которому движется подвижный состав-поезд пассажирский или товарный, или специального назначения. Диспетчерские службы на ж/дор, станциях и вокзалах, хотя имеют в своем распоряжении диаграммы движения поездов и должны управлять движением поездов, не всегда справляются с этой задачей по тем или иным причинам, что и приводит к авариям или к катастрофам. Машинисты стоя на своем посту у окна кабины локомотива, внимательно вглядываясь и вдаль, и перед локомотивом, но никак не застрахованы от возможных столкновений с преградами: с попутными ж./дор. составами и даже с встречными составами, и с преградами на ж/дор. переездах с нерегулируемым движением.
Учитывая огромные потери, которые в случае катастрофы, несут то или иное государство, железная дорога и ж/дор. транспорт инфраструктура и даже природа, а затем следуют расходы на восстановление ж/д движения и окружающей среды, предлагаю Полезную модель: Систему предупреждения машиниста локомотива об опасном сближении и возможном столкновении с преградой или с железнодорожном составом, которая обеспечивает исключение указанных потерь или позволяет снизить до минимума такие потери.
Широкое применение, например, в авиации получили радиолокаторы (РЛС), которые позволяют летчику видеть цель на больших расстояниях в зоне контроля пространства и спланировать свои действия. Есть еще и телевизионные системы видения.
Но, как стало известно, и те и другие системы могут создавать радиопомехи, сами подвержены радиопомехам, а радиолокаторы могут еще своим излучением вредить здоровью человека.
Поэтому радиолокационную систему видения в данном случае можно принять, как аналог к заявляемой Полезной модели.
Предлагаю устанавливать и применять на электровозах, тепловозах, для определения наличия преграды на ж/дор. путях, заявляемую Полезную модель „Систему предупреждения машиниста локомотива об опасном сближении и о возможном столкновении с железнодорожным составом„ представляющую собой лазерно-оптическую активно-импульсную систему видения.
Данная Полезная модель, при ее реализации, избавит железнодорожный траспорт от тяжелых катастроф, позволит исключить столкновения поездов с какими-либо преградами на ж/дор. пути следования того или иного ж/дор. состава. К тому же для машиниста и для системы торможения, в экстремальном случае, останется время на срабатывание системы автоматического торможения для остановки движения ж/д. состава.
Специалисты по ж/дор. транспорту могут выбрать наиболее безопасное и удобное для ж/дор. движения, из двух предложенных систем безопасности, средство и. возможно, в комплексе с известной, уже внедряемой, системой. Главное - чтобы была решена основная техническая задача: обеспечения безопасности движения по железной дороге. Прототип представлен на Фиг. 1.
Далее по тексту: физическая сущность, устройство и работа.
В условиях плохой видимости - сумерки или полная темнота, дождь туман, метель - системы видеонаблюдения плохо различают объекты, находящиеся на сколько-нибудь заметном удалении. Как оказалось, этот недостаток преодолим. Сотрудники НПО,, Геофизика-НВ разработали Круглосуточную всепогодную, активно-импульсную систему видения. Активные видео-системы существуют и даже получили довольно широкое распространение. От систем пассивных их отличает как раз способность отсекать «лишние» сигналы и вычленять только корректные. Именно это и позволяет таким системам работать в условиях плохой видимости.
Суть работы активно-импульсной системы заключается в том, что объект наблюдения подсвечивается короткими лазерными импульсами, длительность которых значительно меньше времени распространения света до объекта и обратно. Замечено, что луч лазера определенной частоты легко пробивает и дым и туман. Отраженное от объекта излучение регистрируется приемным оптическим каналом на базе ЭОПа (электронно-оптического преобразователя) третьего поколения, оптически сопряженного с ПЗС-матрицей (аналогичной применяемым в цифровых фотоаппаратах). При этом затвор ЭОПа открывается в такт с посылкой лазерных импульсов на определенное время и, таким образом, осуществляется прием излучения, отраженного именно от объекта, а не от частиц пыли, тумана, дождя, снега, в пространстве между системой и объектом. В этом случае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и моментом открывания затвора равна времени, необходимому для прохождения светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Этот метод также называют методом стробирования по дальности. Благодаря настройке временной задержки становится возможным просматривать пространство послойно, а поскольку изображение объекта наблюдения появляется только при определенной величине задержки включения приемной системы, то по этой величине можно вычислять дальность до объекта.
При этом, в отличие от обычных лазерных дальномеров, исключена возможность выдачи ложного значения дальности за счет реакции на случайные предметы, находящиеся между объектом и системой, поскольку эти ложные сигналы отсекаются задержкой.
В качестве источника подсветки объекта используется лазерный осветитель, снабженный телескопом - формирователем светового пучка (потока). Осветитель построен на основе полупроводникового лазерного излучателя, работающего в импульсном режиме.
На представленном фото (Фиг. 1) показан один из вариантов активно-импульсной системы наблюдения. Такие системы могут быть использованы и для неподвижных, и для подвижных объектов. Они полезны для водителей специальной техники, работающей в пыли или в темноте и в условиях плотного тумана, а если вывести видеосигнал на очки или экран защитного шлема, то аппарат будет незаменим для пожарных и спасателей. Данная система видения может быть и основной визуальной и дублирующей для другого типа систем, чаще применяемых, но не столь надежных для своевременного предупреждения машиниста локомотива и его помощника.
В описании данной системы указано, что не менее интересно применение ее для обеспечения посадки самолетов в условиях плотного тумана, а это означает, что такую всепогодную активно-импульсную систему можно применять и на железно-дорожном транспорте, для установки на локомотиве (на электровозе и на тепловозе).
Заявляемая полезная модель направлена на создание системы устройств для обеспечения безопасности движения ж/дор. составов, исключения случаев столкновений составов, столкновений с какими-либо преградами на ж/дор. пути, для предупреждения машиниста локомотива об опасном сближении и возможном столкновении с ж/дор. составом, а также на расширение арсенала технических средств для обеспечения безопасности движения ж/дор. составов и более полного решения поставленной технической задачи.
На Фиг. 2 представлена блок-схема полезной модели, 7 содержащей следующие устройства:
1 - Лазерный излучатель с блоком питания - 1а;
2 - Телескоп с ПЗС-матрицей - 2а, оптически сопряженные
3 - Платформа ориентации лазерно-оптического блока с механизмом поворота платформы относительно вертикальной и горизонтальной осей (механизм поворота на схеме не показан);
4 - Электропривод механизма ориентации платформы;
5 - Электрощиток с переключателями (кнопками)-указателями направления поворота платформы „налево-направо, вверх-вниз„ (кнопки на схеме не показаны), размещен на пульте управления машиниста;
6 - Электронно-оптический преобразователь (ЭОП);
7 - Видеопреобразователь (видео-блок);
8 - Блок согласования;
9 - Блок управления и коммутации с реле включения блок-схемы (реле на схеме не показано);
10 - Пульт световой и звуковой сигнализации;
11 - Пульт управления машиниста;
12 - Блок управления торможением подвижного состава, включающий две подсистемы: ручного управления торможением подвижного состава и автоматического управления торможением.
Примечание: По размещению и креплению на платформе ориентации, лазерный излучатель и телескоп с ПЗС-матрицей можно называть объединенным оптическим блоком, т.к. у них единая ориентация на объект наблюдения, один излучает оптические сигналы, а другой принимает отраженные сигналы от наблюдаемого объекта.
Система предупреждения машиниста о обнаружении преграды на пути следования ж/дор. состава имеет две исполнительные подсистемы:
1. Подсистема регулирования тяги ж/д. состава,
2. Подсистема торможения (остановки), которая тоже состоит из 2-х частей:
2а - управляемой машинистом и
2б - управляемой автоматикой - для автоматического торможения ж/д. состава, которая срабатывает через 5 сек., если подсистема торможения, управляемая машинистом, по какой-либо причине не сработала. Автоматическая подсистема торможения может срабатывать последовательно сразу же после срабатывания подсистемы (2а), управляемой машинистом, что обеспечит большую надежность торможения всего ж/д. состава, а следовательно и повысит безопасность этого состава.
Работа Полезной модели.
Блок-схема системы предупреждения машиниста о наличии преграды на пути следования ж/дор. состава работает следующим образом: Лазерный излучатель - 1 запитывается эл. током с расчетными параметрами от блока питания - 1а, для импульсного излучения в пространство перед движущемся ж/д. составом. Соответственно, оптическое приемное устройство - телескоп - 2 совместно с ПЗС-матрицей - 2а принимает отраженное от объекта его видимое изображение, преобразует с помощью фотокатода электронного преобразователя (ЭОП) - 6 в электронные сигналы и подает их в видеопреобразователь (видео-блок) - 7, который преобразует эти сигналы в видимое на люминесцентном экране видео-блока 7 изображение наблюдаемого объекта. Блок согласования-8 обеспечивает согласованную работу эл. цепей лазерного излучателя и электронно-оптического преобразователя. Блок управления и коммутации-9 обеспечивает работу всей активно-импульсной системы по расчетной программе, переключая или отключая соответствующие электроцепи системы. В случае обнаружения на пути следования подвижного состава какой-либо преграды или при сближении с идущим впереди другим подвижным составом срабатывает световая и звуковая сигнализация на Пульте сигнализации - 10.
На пульте управления машиниста - 11 находятся все основные органы управления локомотивом и подвижным составом, а также и электрощиток - 5 с кнопками управления платформой ориентации лазерно-оптического блока для наблюдения за объектами-преградами. На пульте машиниста размещены органы управления блоком управления торможением - 12, на выходе которого имеются две подсистемы: 1 - ручного управления торможением подвижного состава и 2 - автоматического управления торможением.
Машинист также управляет и тягой локомотива, что тоже оказывает тормозящий эффект снижением скорости движения ж/д. состава.
В кабине (на удобном для машиниста месте) установлено сигнальное табло, которое сигнализирует машинисту о наличии на путях преграды загоранием двух-трех сигнальных ламп желтого цвета (Внимание!). Одновременно с сигнальными лампами включается и звуковой сигнал, воспроизводимый динамиком радиосвязи или др. устройством, например - электрозвонком. Таким образом сигнальная система не позволит машинисту не заметить сигналы о преграде.
Существенными признаками Полезной модели являются:
1. Подсвечивание объекта наблюдения короткими импульсами лазерного излучателя.
2. Для наблюдения за объектом необходимо Лазерный излучатель вместе с телескопом устанавливать и крепить на прочной платформе, снабженной механизмом поворота этих устройств относительно вертикальной и горизонтальной осей.
3. Лазерный излучатель и телескоп могут быть установлены на переднем козырьке крыши кабины машиниста в прочном герметичном обтекателе с прозрачным переднем стеклом, с необходимыми для него свойствами, или в кабине машиниста перед обзорным стеклом кабины выше необходимой зоны обзора машиниста.
4. В кабине на удобном видном месте для машиниста установлен и крепится видео-блок с люминисцентным экраном, на котором отображается вид наблюдаемого объекта.
5. Для наблюдения за объектом машинист поворачивает с помощью автоматики платформу с приборами так, чтобы изображение наблюдаемого объекта было в центре экрана (в перекрестии на экране).
6. На экране видео-блока имеется шкала Д (дальности) с указателем опасной дальности сближения с объектом на ж/д. пути.
7. Система предупреждения содержит в своем составе блок согласования, для обеспечения совместной работы лазерного излучателя с электронно-оптическим преобразователем; блок управления и коммутации для согласованной работы всей системы.
8. Система предупреждения содержит пульт сигнализации с табло сигнальных ламп и звуковым сигнализатором, которые предупреждают машиниста о наличии преграды на пути следования состава.
9. В состав системы предупреждения машиниста входит также блок управления торможением подвижного состава, обеспечивающий торможение или остановку его, т.е. обеспечивается безопасность подвижного состава.
В статическом состоянии система находится в режиме ожидания С началом движения ж/д. состава все составные части активно-импульсной системы запитываются от электрических источников расчетными величинами эл. тока необходимого напряжения и готовы к работе.
Лазерный излучатель и ОЭП (оптико-электронный преобразователь) включены и находятся в режиме слежения; в процессе движения ж/д. состава с учетом поворотов ж/д. пути, оптический видоискатель вместе с лазерным излучателем отслеживают наличие преграды на ж/д. пути, по которому движется локомотив, тянущий за собой ж./д. состав.
Машинист и его помощник наблюдают за экраном видео-блока. Как только на люминесцентном экране видео-блока появится изображение любой преграды, активно-импульсная система переходит в динамическое состояние: одновременно с появлением на экране видео-блока изображения преграды на пути, по которому движется ж/д. состав, на пульте сигнализации срабатывают звуковая и визуальная(световая) сигнализация - загораются две сигнальные лампы желтого цвета, которые попеременно мигают, и слышен звуковой сигнал из радиодинамика. Предупрежденные этими сигналами, машинист и его помошник выполняют свои обязанности по снижению скорости и торможению ж/д. состава, строго соблюдая при этом необходимые меры безопасности.
В особо опасных ситуациях машинист или его помошник принимают меры для экстренного торможения или для остановки ж/д. состава и действуют согласно Инструкции, которая находится на видном месте в кабине локомотива.