Система автоматизированного регулирования скорости локомотива в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами
SYSTEM FOR AUTOMATED CONTROL OF LOCOMOTIVE SPEED IN APPROACH ZONE WITH UNGUARDED AND NON-SERVICED CROSSINGS

Система автоматизированного регулирования скорости локомотива в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами
Предполагаемая система относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в составе комплексного локомотивного устройства безопасности в локомотиве подвижного состава.
Из уровня техники известен безопасный локомотивный объединенный комплекс (патент на изобретение RU 2474507 С2 МПК B61L 25/04, опубликовано: 10.02.2013). Здесь предусматривается функция автоматического прицельного служебного торможения перед местом препятствия (переезд, граница блок-участка и т.п.). Эта функция реализуется на основе использования информации о текущей скорости и ординате поезда в зоне автоматического торможения, которая поступает от локомотивного электромеханического датчика пути и скорости. Кроме этого в состав системы входят: вычислитель системы автоматического управления торможением и модуль центрального обработчика. Вычислитель системы обеспечивает высисление программной кривой автоматического регулирования скорости в зоне сближения с препятствием с учетом плана и профиля пути в данной зоне и коэффициента сцепления «колесо-рельс». В модуле центрального обработчика производится сравнение фактической скорости движения поезда с программной скоростью в данной ординате пути в зоне сближения с препятствием. В случае обнаружения недопустимого отклонения между фактической и программной скоростью в модуле центрального обработчика формируется одна из двух команд: команда экстренного торможения или команда служебного торможения, которые далее отрабатываются исполнительными механизмами тормозной системы локомотива.
Модуль спутниковой навигационной системы с электронной картой пути также входит в состав безопасного локомотивного объединенного комплекса. Информация об измеренных радионавигационных и навигационных параметрах, полученная с помощью этого модуля, фактически используется только для индикации факта проследования путевых ординат объектов, которые зафиксированы в электронной карте, на табло машиниста, а также для оценки текущего времени при контроле исполненного графика движения. Информация с выхода модуля спутниковой навигационной системы не используется в процессе автоматического регулирования скорости движения в зоне сближения с препятствием.
Таким образом, недостатками указанного комплекса являются:
- аппаратура ГЛОНАСС/GPS (т.е. модуль спутниковой навигационной системы) не используются собственно в процессе автоматического регулирования скорости и оценки зоны автоматического торможения;
- высокая стоимость серийного оборудования локомотивов (по состоянию на настоящее время системой БЛОК оборудованно 1500 единиц локомотивов из 16000).
Известно технического решение - устройство предупреждения столкновения поездов и подобных транспортных систем (патент на изобретение RU 2 333 860 С2 МПК B61L 27/00, опубликовано: 20.09.2008), в котором с поезда производится автоматическая подача звукового сигнала в сторону переезда для оповещения о приближающемся поезде. Изобретение содержит устройство центрального процессора в виде блока контроля и управления, приемник со спутниковой антенной для приема сигналов глобальной системы позиционирования GPS, интерфейс локомотивной бригады требуемой мощности и диапазона с направленной антенной и системой ввода/вывода, устройство включения тормозного механизма, связанное с тормозным механизмом для управления скоростью локомотива, устройство отображения сообщений, имеющее средство аудио- и (или) визуальной сигнализации, и систему питания, предпочтительно состоящую из аккумуляторной батареи и трансформатора, все блоки и устройства системы функционально взаимосвязаны.
Данное техническое решение предполагает установку устройств предупреждения столкновений в локомотиве и тормозном вагоне, а также установку устройства предупреждения столкновений на переезде. Функция предупреждения столкновений реализуется за счет взаимодействия указанных устройств по радиоканалу с передачей необходимых команд управления в исполнительную часть тормозной системы поезда. Приемник сигналов спутниковой навигационной системы GPS с антенной используется для получения информации об исполненном графике движения, фактическом расстоянии между локомотивами разных поездов и если обнаружено движение локомотивов по одному пути, то указанная информация используется для автоматического аудио-визуального оповещения машинистов об опасной ситуации и автоматического включения торможения.
Недостатком этого технического решения является то, что предполагается использование дополнительно устройств предупреждения столкновения на охраняемых и неохраняемых переездах, что приводит к дополнительным нерациональным затратам на обслуживание объектов инфраструктуры на переездах.
Известен сигнально-контролирующий комплекс железнодорожного переезда (патент на полезную модель РФ №119 314, МПК B61L 29/00, опубликовано: 20.08.2012). Комплекс состоит из предупреждающего знака, видеокамер и опор горизонтальных красных огней, с дополнительно установленными вертикальными желтым и зелеными огнями в качестве заграждающе-предупредительных и контролирующих устройств со стороны автодороги. Комплекс обеспечивает безопасность движения через переезд за счет увеличения бдительности водителей транспортных средств.
Недостатками являются: высокая степень влияния субъективного фактора на безопасность движения на переезде; невозможность автоматизации контроля скорости подвижного состава при приближении к переезду; затраты на установку и обслуживание опор переездных светофоров на неохраняемых и необслуживаемых переездах.
Известна система защиты железнодорожных переездов (патент на полезную модель РФ №134889, МПК B61L 29/00, опубликовано: 27.11.2013). Система состоит из переездных светофоров, системы электромеханических заграждающих устройств, блока обнаружения препятствий, локомотивного речевого информатора, напольного громкоговорителя, путевой коробки и видеокамеры.
Недостатками являются: затраты на оборудование переезда системой контролирующих и заграждающих устройств и путевых датчиков, невозможность предотвращения тяжелых последствий при выезде автотранспорта на переезд с застреванием на путях; невозможность реализации автоматического регулирования скорости подвижного состава на участке приближения к переезду; высокая степень влияния субъективного фактора на безопасность движения на переезде.
Известен электротехнический комплекс для предупреждения аварийных ситуаций на железнодорожных переездах (патент на полезную модель РФ №94202, МПК B61L 29/00, опубликовано: 20.05.2010). Комплекс состоит из видеокамер с блоком обработки изображения с шумоподавлением для фиксации наличия (отсутствия) препятствия на переезде и для оценки ожидаемого времени вступления автотранспортного средства на переезд, блока управления переездной сигнализацией, блока регистрации поезда для определения скорости поезда и ожидаемого времени его вступления на переезд, блока анализа ситуации, в котором оценивается степень опасности текущей ситуации в зоне переезда и передатчика. Кроме этого комплекс дополнен локомотивными устройствами: приемником сигналов от переездной части, тремя светоиндикаторами предупредительной заградительной сигнализации (зеленый - переезд свободен, желтый - рекомендовано снижение скорости и красный - экстренное торможение перед переездом) и блоком регистрации аварийных ситуаций.
Недостатками являются: техническая сложность и высокая стоимость комплекса, что делает нецелесообразным его использование на неохряняемых и необслуживаемых переездах; недостаточный уровень безопасности движения в зоне переезда, как для автотранспорта, так и для подвижного состава; высокое влияние субъективного фактора на безопасность движения в зоне переезда; отсутствие функции автоматизации процесса регулирования скорости движения поезда на участке приближения к переезду.
Из представленных полезных моделей, следует вывод, что указанные методы и способы обеспечения безопасности на переездах имеют ряд общих недостатков: высокая степень влияния субъективного фактора на безопасность движения на переезде; отсутствие функции автоматизации регулирования скорости подвижного состава при приближении к переезду; большие затраты на установку и обслуживание дополнительных устройств и систем на неохраняемых и необслуживаемых переездах.
Наиболее близким по техническим решениям, выбранным в качестве прототипа, использовано последнее (патент на полезную модель РФ №134889, МПК B61L 29/00, опубликовано: 27.11.2013), поскольку в нем заложен принцип переноса основной ответственности за процесс регулирования скорости движения в зоне переезда с пути на локомотив. Это потенциально может быть использовано для снижения затрат на оборудование неохраняемых переездов и в то же время автоматизировать процесс регулирования движения в зоне переезда со снижением степени влияния субъективного фактора на безопасность движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах.
Задача предлагаемой системы автоматизированного регулирования скорости локомотива в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами заключается в обеспечении безопасности движения на нерегулируемых и необслуживаемых переездах, за счет автоматизированного снижения скорости подвижного состава на участке приближения к переезду, в зависимости от текущей ситуации на переезде, без установки на переезде дополнительных устройств, за счет использования средств спутниковой радионавигационной системы.
Указанная задача решается следующим образом.
Система автоматизированного регулирования скорости локомотива в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами, включает в себя блок памяти, в котором хранится цифровая карта пути, с ординатами переездов и контрольных точек на участке приближения к переезду, программу автоматического регулирования скорости, аппаратуру спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, с помощью которой определяют текущую путевую ординату и скорость, и блок управления, формирующий аналоговый сигнал управления для исполнительного механизма тормозной системы поезда; функция обеспечения безопасности движения через переезд полностью реализуется на локомотиве через блок управления путем автоматизированного снижения скорости на участке приближения к переезду до безопасного уровня на основе использования путевой ординаты и скорости, определенных с помощью аппаратуры ГЛОНАСС/GPS; используется подача автоматического звукового сигнала в сторону переезда, с проверкой контроля бдительности машиниста, и переход в полуавтоматический режим ведения локомотива в зоне прямой видимости переезда, с учетом фактической ситуации на переезде и принятием окончательного ситуационного решения машинистом в зоне переезда.
Предложенную систему поясняют чертежи.
На фиг. 1 представлена блок-схема последовательного функционирования системы автоматизированного регулирования скорости. На фиг. 1 обозначено: 1)- цифровая карта пути, включающая в себя 1.1 - путевые ординаты переездов, виртуальных заградительных светофоров и уровни рекомендованных скоростей; 2) навигационный приемник GPS - ГЛОНАСС, включающий в себя 2.1 текущие путевые ординаты поезда и его текущую скорость; 3) система автоведения; 4) программа регулирования скорости; 5) блок управления; 6) звуковой сигнал (свисток); 7) машинист локомотива; 8) контроль бдительности; 9) тормозная система; 10) двигатель локомотива.
На фиг. 2 показана схема движения локомотива к переезду с графиком изменения скорости подвижного состава. На фиг. 2 обозначено: - текущая путевая ордината подвижного состава; - начальная ордината подвижного состава; - - зона сближения с переездом; - - зона прямой видимости переезда; график регулирования скорости подвижного состава под действием автоматики и машиниста; варианты регулирования скорости, в зависимости от ситуации на переезде.
Объекты инфраструктуры и железнодорожные пути, а также зоны сближения с переездами и контрольные точки регулирования и снижения скорости переносятся на цифровую карту пути 1, которая хранится в блоке памяти системы автоматического регулирования скорости 3. Текущая путевая ордината поезда и скорость его движения оценивается в непрерывном времени с помощью аппаратуры спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС 2. Блоком управления 5 системы оценивается текущее местоположение поезда, его скорость и принимается решение о начале и окончании автоматического торможения поезда, а также выполняется оповещение машиниста о необходимости вмешаться в процесс ведения поезда, посредством запуска устройства контроля бдительности машиниста 8 с автоматической подачей звукового сигнала 6 (1 длинный свисток) в сторону переезда для оповещения водителей автотранспортных средств. На машиниста 7 возлагается принятие окончательного решения о начале увеличения скорости при проследовании переезда, либо о необходимости торможения перед переездом средствами служебного торможения в конце автоматического снижения скорости движения перед переездом до безопасного уровня. Таким образом, функция обеспечения безопасности движения переносится с переездных устройств на локомотив с автоматизацией автоматического снижения скорости перед переездом и с возможностью окончательного контроля ситуации на переезде машинистом.
Система автоматизированного регулирования скорости локомотива в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами математически опробована и графически выражена в приложении для математических и инженерных вычислений Mathcad.
В результате применения системы автоматизированного снижения скорости локомотива обеспечивается безопасность движения на переездах, увеличение пропускной способности на неохраняемых и необслуживаемых переездах и снижение тяжести последствий дорожно-транспортных происшествий на переездах.