Система интервального регулирования движения поездов
SYSTEM FOR TRAIN TRAFFIC COLLISION AVOIDANCE

Изобретение относится к системам автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, а именно к системам интервального регулирования движения поездов на станциях и перегонах.
Известна система интервального регулирования движения поездов, содержащая включенное в систему реального времени, заключенное в общий блок, расположенный в кабине машиниста, микропроцессорное устройство обработки информации, соединенное цифровым интерфейсом с комплексным локомотивным устройством безопасности, заключенным в общий блок, расположенный на последнем вагоне железнодорожного состава, приемник спутниковых навигационных сигналов, объединенный с цифровой радиостанцией УКВ диапазона, схема микропроцессорного устройства обработки информации выполнена с возможностью воздействия через усилитель на электропневматический клапан экстренного торможения, возможностью анализа принятых от других модулей данных и принятия окончательного решения о скоростном режиме движения железнодорожного состава, а также с возможностью контроля целостности железнодорожного состава (RU78757, B61L25/04, 10.12.2008).
Недостатком известной системы интервального регулирования движения поездов является  невозможность оптимизации   регулирования движения  комплекса поездов, в результате чего не достигается  оптимизация пропускной способности  участка и  направления  в целом по дороге.
Известна система интервального регулирования движения поездов, которая обеспечивает безопасный  и устойчивый интервал следования поездов друг за другом в соответствии с графиком движения  поездов  за счет использования системы ГЛОНАСС/GPS и канала подвижной связи, установленных на локомотиве (Ст. «Оптимизация управления инфраструктурой на основе спутниковых технологий» С.Е Ададуров, Е.Н. Розенберг,  И.Н. Розенберг,  «Автоматика Информатика и связь №9, 2009 г. стр. 3, рис. 1). Передача данных в известной системе  осуществляется по цифровой радиосвязи стандарта TETRA. При этом машинист имеет возможность отслеживать координаты и скорость впереди идущего поезда, а диспетчер центра управления перевозками управляет несколькими  локомотивами в соответствии с графиком движения.
Недостатком известной системы интервального регулирования движения поездов, является малое количество поездов управляемых одновременно, из-за небольшого количества выделенных каналов применяемого стандарта цифровой связи.
Наиболее близким аналогом является  известная  система управления движением поезда  с  передачей полномочий  поезду самостоятельного движения     в зависимости от  состояния устройств   централизованного управления стрелками и сигналами (GB2430528, B61L19/06, B61L21/08, B61L27/00,  28.03.2007). В известной системе состояние  железной дороги, установка  маршрутов и местоположение поездов передаются из центра управления  или из  системы взаимодействия с  устройствами централизации.   Состояние   участка железной дороги  оценивается с целью  предоставления  соответствующей информации радио-блок центром, который  предоставляет полномочия  по ведению поезда по радио. Проверка   интервалов движения  поездов  по участку   производится  по состоянию  железной дороги.  Для обеспечения достоверных сведений  информация передается на радио-блок центр, в соответствии с которой  принимаются меры   в случае  возникновения  нестандартных ситуаций.  Система   может  осуществлять  самостоятельную проверку   дополнительных полномочий помимо тех,  которые были получены ранее.
Известная система  управления  движением поездов  предусматривает  использование  радио-блок центра в качестве   контрольно–управляющего устройства, обеспечивающего   передачу полномочий  непосредственно поезду и слежение за  выполнением  оптимальных   условий его движения. Однако, в системе отсутствует возможность  оперативной передачи информации   между диспетчерским центром управления и поездами по каналам связи  в зависимости от степени её важности, что снижает  объемы и  эффективность интервального регулирования движения поездов на  участке.
Технический результат изобретения заключается в  увеличении количества обслуживаемых поездов при сохранении числа используемых  радио-блок центров за счёт  установки дополнительного сервера. Использование двух серверов в каждом радио-блок центре позволяет  оптимально перераспределять   передаваемую информацию между ними, а, следовательно, увеличить количество  обслуживаемых поездов.
Технический результат достигается тем, что в системе интервального регулирования движения поездов, содержащей  установленные  на станциях и перегонах  устройства микропроцессорной электрической централизации и  автоблокировки  с рельсовыми цепями, на поездах – комплексные локомотивные устройства безопасности с приемниками спутниковой радионавигации ГЛОНАСС/GPS, связанные с устройствами микропроцессорной электрической централизации и  автоблокировки через цифровые радиоканалы связи GSM-R и радио-блок центры, каждый из которых содержит сервер, соединенный через порт проводной связи с первым портом  маршрутизатора, согласно изобретению в каждый радио-блок центр введены второй сервер, связанный с комплексными локомотивными устройствами безопасности поездов через цифровые радиоканалы связи GSM, а через порт проводной связи соединен со вторым портом маршрутизатора,  и блок контроля и управления, включенный  между портами первого и второго  серверов, а в автоматизированное рабочее место  пользователя диспетчерского центра управления   введены два  блока  памяти,  соединенные через блок   распределения информации с процессором аппаратно-программного устройства  автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, который через приемо-передающее устройство  по каналу связи соединен с  маршрутизаторами радио-блок центров.
Вторые  серверы  радио-блок центров  могут быть связаны между собой по радиоканалам.
Комплексное  локомотивное устройство безопасности может включать в себя модуль контроля    технического  состоянии  поезда, соединенный по каналу радиосвязи со вторым сервером.
Стандарт GSM-R использует полосы 4 МГц в диапазонах 876-880 МГц / 921-925 МГц. Европейский институт стандартизации в области связи (ETSI) выделил для GSM-R две полосы частот в диапазоне 876–880 МГц и 921–925 МГц. Чтобы не конфликтовать с работой коммерческих сетей GSM, предусмотрено использование 19 дуплексных частотных каналов, примыкающих к полосе, выделенной для E-GSM. С учетом этих ограничений и ограничений по вычислительной мощности стандартные радио-блок центры таких фирм как, например, Thales, Alstom, Ansaldo (см.,  например,  журнал Signal + Draft 7+8/2007 статью Das Thales – RBC der dritten Generation) позволяют по каналам связи GSM-R управлять движением 30 поездов, при скоростях их движения до 300 км/час. Количество доступных каналов GSM значительно превышает количество каналов связи GSM-R и может быть свыше 50.
На чертеже приведена структурная схема реализации системы интервального регулирования движения поездов.
Система интервального регулирования движения поездов содержит  установленные  на станциях и перегонах  устройства 1 микропроцессорной электрической централизации и  автоблокировки (ЭЦ и АБ)  с рельсовыми цепями 2, на поездах 3 – комплексные локомотивные устройства 4 безопасности с приемниками 5 спутниковой радионавигации ГЛОНАСС/GPS, связанные с устройствами 1 микропроцессорной электрической централизации и  автоблокировки через цифровые радиоканалы связи GSM-R и радио-блок центры 6, каждый из которых содержит сервер 7, соединенный через порт проводной связи с первым портом  маршрутизатора 8, в каждом радио-блок центре 6 второй сервер 9, связан с комплексными локомотивными устройствами 4 безопасности поездов через цифровые радиоканалы связи GSM, а через порт проводной связи второй сервер 9 соединен со вторым портом маршрутизатора 8,  блок 10 контроля и управления включен между портами первого 7 и второго 9 серверов, в автоматизированном рабочем месте (АРМ) 11  пользователя диспетчерского центра управления   два  блока 12 и 13  памяти соединены через блок 14 распределения информации с процессором 15 аппаратно-программного устройства  автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, который через приемо-передающее устройство 16  по каналу связи соединен с  маршрутизаторами 8 радио-блок центров 6.
Вторые  серверы 9 радио-блок центров  могут быть связаны между собой по радиоканалам.
Комплексное  локомотивное устройство 4 безопасности может включать в себя модуль контроля  технического  состоянии  поезда (на чертеже не показан), соединенный по каналу радиосвязи со вторым сервером.
Система интервального регулирования движения поездов функционирует следующим образом.
Управление движением поездов осуществляется командами, передаваемыми от поездного диспетчера или автодиспетчера по проводным линиям диспетчерского контроля и управления движением поездов в радио-блок центры 6.
Зона ответственности радио-блок центра 6 ограничена его вычислительными ресурсами и зоной радио покрытия связей GSM-R и GSM. В радио-блок  центре 6 через маршрутизатор 8 осуществляется разделение команд и оперативных данных для контроля и управления на две группы. Данные этих групп в зависимости от  требований важности и оперативности доставки и исполнения обрабатываются серверами 7 и 9. Разделение команд и оперативных данных позволяет распределить вычислительные ресурсы радио-блок центра 6 первого сервера 7  по каналам радиосвязи с  устройством 1 микропоцессорной электрической централизации и с  комплексным локомотивным устройством 4 безопасности системы связи  GSM-R,  и  второго сервера 9  по каналу связи  GSM  с  комплексным локомотивным устройством 4 безопасности таким образом, чтобы увеличить количество поездов, находящихся под его контролем и управлением. В обратном направлении маршрутизатор 8 передает по каналу связи на приемо-передающее устройство 16 автоматизированного рабочего места 11  диспетчерского центра  управления и контроля движения поездов сообщения и данные диагностики и  контроля, которые также распределены по приоритетам очередности их передачи. Кроме того, маршрутизатор 8 при невозможности отсылки сообщения сообщает об этом участникам связи с указанием причины события.  Маршрутизатор 8 контролирует устойчивость связи серверов 7 и 9 с устройствами 1 микропроцессорной  электрической централизации  и   комплексным локомотивным устройством 4 безопасности поезда 3. При потере связи одного из серверов 7 или 9 и невозможности доставить сигнал  по назначению через заданный сервер  маршрутизатор 8 выдает команду блоку 10 контроля и управления  серверами  на переключение  маршрута  с одного сервера на другой.
Диспетчер АРМ 11 с помощью процессора 15  вводит в блок 12 памяти информацию, соответствующую требованиям безопасного функционирования поездов  уровня SIL4, а  в  блок 13 памяти  вводит    информацию управления  движением,  соответствующую более низким уровням безопасности. Блок 14 распределения информации в зависимости от того, из какого сервера  7 или 9 радио-блок центра 6 поступила информация  и какого она уровня безопасности, выбирает  установленные ответные команды из блоков 12 или 13, отображает их на мониторе блока  17 отображения информации и по команде пользователя или автоматически (если это периодически запрашиваемая информация) направляет их  через последовательно соединенные процессор 15,  приемо-передающее устройство 16 и  маршрутизатор 8 радио-блок центра 6  либо на первый  сервер 7, либо на второй  сервер 9. Это позволяет оптимизировать   нагрузку между серверами 7 и 9 и  увеличивает их пропускную способность.
При необходимости,  пользователь АРМ 11 может изменить  порядок  и приоритет   передачи информации.  Аналогичное взаимодействие осуществляется и между другим радио-блок центром 6 по каналу связи с  приемо-передающим устройством  16 АРМ 11. Обмен информацией при переходе  поезда в зону действия  соседнего  радио-блок  центра 6 осуществляется    между вторыми серверами 9, как наименее загруженными.
Аппаратная и программная реализация первых серверов 7  и связанного с ними  оборудования обеспечения безопасности движения поезда  (на чертеже не показано) соответствует требованиям безопасного функционирования уровня полноты безопасности SIL4 за счет дублирования и резервирования аппаратных и программных модулей.
Аппаратная и программная реализация вторых серверов 9  и связанного с ними оборудования  контроля  локомотива и др.   (на чертеже не показано) для удешевления системы может соответствовать более низким уровням безопасности и, соответственно, иметь меньшую аппаратную и программную избыточность.  В  качестве   такой информации  могут быть результаты  контроля  технического состояния поезда (контроль давления в тормозной магистрали,  состояние  генераторов и компрессора локомотива и др.), которые передаются модулем контроля комплексного локомотивного устройства 4 безопасности по радиоканалу во второй сервер 9.
Сеть  GSM-R,  также как и   сеть GSM  имеет общие зоны радио  покрытия (соты)  базовыми станциями,  которые могут использоваться   для передачи информации  между     комплексным локомотивным   устройством 4 безопасности движущегося поезда 3  и радио-блок центром 6. Базовые станции обычной сотовой связи GSM в районах с достаточной плотностью проживания абонентов сети GSM имеют зону радио покрытия, обеспечивающую непрерывную связь вдоль сети проходящих там железных дорог. Использование двух серверов 7 и 9 и двух каналов связи с  комплексными локомотивными  устройствами 4 безопасности  позволяет  существенно расширить зону интервального регулирования  поездов из одного радио-блок центра 6. Для полной реализации этой возможности все перегоны и станции в зоне диспетчерского управления должны быть оборудованы  многозначной АЛС непрерывного типа (например, АЛС-ЕН).
К командам и данным первой группы относятся, прежде всего, команды и данные, служащие обеспечению безопасности движения. К командам и данным второй группы относятся, например, периодические  сведения о   техническом состоянии  средств управления локомотивом, если   значения параметров оборудования не выходят за критические значения,  команды и данные, для оптимизации движения по комплексному показателю, включающему как выполнение задач своевременной доставки пассажиров и грузов, так и минимизации расходов на эксплуатацию транспорта.
Команды и данные первой группы непосредственно связанны с условиями безопасного движения поездов и передаются только по каналам GSM-R. Остальные команды и оперативные данные, отнесенные ко второй группе, передаются, в зависимости от свободности каналов и приоритетов внутри своей группы, либо по свободным каналам GSM.
Решения об использовании для  контроля и управления каналов 9 GSM-R на поездах принимаются  комплексными локомотивными устройствами 2 безопасности на основании поездной ситуации по данным  сигналов АЛС из устройств 1 микропроцессорной электрической централизации и автоблокировки по рельсовой линии 5,  и по данным о координатах местонахождения поезда, поступающих от приемников 3 спутниковой радионавигации ГЛОНАСС/GPS.
Решение об использовании для  контроля и управления каналов GSM-R центром диспетчерского управления принимается в соответствии с поездной ситуацией, скоростью движения поездов, приоритетом сообщений и допустимой задержкой в передаче сообщения.
При отклонении от графика диспетчер или автодиспетчер вносит корректирующие изменения, позволяющие восстановить движение по графику. Эти изменения могут затрагивать движение одного поезда в пределах части или полной нитки его графика движения, а могут затрагивать и группу поездов. В любом случае информация об изменениях в графике движения поездов трансформируется в команды управления движением локомотивов, которые обрабатываются радио-блок центрами 6 и передаются по каналам GSM-R и GSM на поезда, находящиеся в зоне ответственности соответственно  радио-блок центров 6. В основном, эти приказы могут передаваться командами второй группы.
Предлагаемая система обеспечивает увеличение количества управляемых поездов от одного радио-блок центра при меньших затратах по сравнению с известными аналогичными системами.