СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ И НАВИГАЦИИ ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА

Техническое решение относится к области средств беспроводной связи, а именно, радиосвязи между абонентами, по крайней мере, один из которых расположен в средстве передвижения, и может быть использовано для обеспечения поезда, предпочтительно, пассажирского, беспроводной адресной аварийной сигнализацией и связью, в том числе и внутренней для пассажирского поезда, а также связью с удаленными абонентами, в том числе, и организацией автоматической передачей информации, характеризующей состояние и местонахождения поезда, диспетчерской службе.
Разработанное техническое решение относится к области сложных систем.
В дальнейшем при характеристике разработанного технического решения будут использованы следующие термины:
- система контроля безопасности и связи пассажирского поезда. Указанная система содержит центральную управляющую систему и базовые станции DECT, причем каждая базовая станция подключена к центральной управляющей системе, при этом к каждой базовой станции DECT через ВЧ разъемы кабелем подключена кросс-поляризованная антенна, установленная на крыше вагона в антенном модуле, по меньшей мере, одно устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор от систем аварийной сигнализации железнодорожного вагона путем формирования голосовых сообщений для передачи их проводнику вагона и начальнику поезда, подключенное к выходам систем аварийной и пожарной сигнализации вагона, по меньшей мере, один носимый терминал для получения сигналов об авариях и двухсторонней автоматической телефонной связи, и не менее одной кнопки сигнализации опасности, отличающаяся тем, что центральная управляющая система содержит блок питания, материнскую плату, выполненную с возможностью обеспечения взаимодействия всех устройств передачи аварийных сигналов - ретрансляторов, используемых в системе, посредством базовых станций DECT, и плату расширения, непосредственно присоединенную к материнской плате и выполненной с возможностью обеспечения работоспособности одновременно четырех базовых станций DECT, установленных в два антенных модуля, блок питания центральной управляющей системы выполнен с возможностью обогрева двух антенных модулей при наружной отрицательной температуре воздуха, причем каждый антенный модуль содержит, по меньшей мере, две базовые станции DECT, две кросс-поляризованных антенны, расположенные внутри антенного модуля таким образом, чтобы радиосигнал охватывал все вагоны состава, при этом базовая станция DECT подключена двумя ВЧ кабелями к кросс-поляризованной антенне, антенный модуль подключен к центральной управляющей системе с обеспечением работоспособности базовых станций DECT, в каждом вагоне поезда установлено устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор для передачи аварийных сигналов от систем аварийной сигнализации железнодорожного вагона, причем в штабном вагоне устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор подключено к внутренней антенне DECT, а в остальных вагонах оно подключено к внешней антенне DECT, представляющую собой штыревую антенну с подставкой, подключенную к устройству передачи аварийных сигналов - ретранслятору фидером, к каждому устройству передачи аварийных сигналов - ретранслятору подключены система контроля нагрева буксовых подшипников, система пожарной сигнализации, а также кнопка сигнализации опасности, устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор содержит гнездо для зарядки и регистрации носимого терминала проводника и выполнено с возможностью формирования голосовых сообщений для передачи их проводнику вагона и начальнику поезда, при этом система дополнительно содержит, по меньшей мере, один носимый терминал для получения сигналов об авариях и двухсторонней автоматической телефонной связи проводника и начальника поезда;
- центральная управляющая система контроля безопасности и связи пассажирского поезда. Система содержит металлический корпус с герметичными вводами и разъемами, внутри которого установлена на подставках материнская плата, на которой установлен контроллер базовых станций DECT, над материнской платой расположена металлическая платформа, на платформе размещены источник питания материнской платы, источник питания подогрева антенных модулей, устройство защиты от переполюсовки, а также колодки крепления кабелей антенных модулей, при этом источник питания материнской платы и источник питания подогрева антенных модулей подключены к устройству защиты от переполюсовки, выполненному с возможностью подключения к системе электрического питания вагона, а материнская плата содержит разъемы подключения к антенным модулям и системному телефону;
- устройство передачи аварийных сигналов - ретранслятор (УПАС-ретранслятор) пассажирского вагона. Устройство содержит корпус, включающий заднюю панель корпуса, лицевую панель корпуса, контактную колодку, источник питания, плату источника питания, материнскую плату, периферийный радиомодуль, динамик и микрофон, причем на корпусе с внутренней стороны на задней панели закреплены материнская плата, плата источника питания с размещенным на ней источником питания, выполненным с возможностью подключения к линии электропитания пассажирского вагона, и периферийный радиомодуль, к выходам которого подключены динамик и микрофон, закрепленные на лицевой панели корпуса внутри него, на периферийном радиомодуле расположен также ВЧ - разъем для подключения посредством ВЧ - кабеля и фидера, расположенного вне корпуса, антенны DECT, плата источника питания и периферийный радиомодуль подключены к материнской плате, при этом материнская плата расположена таким образом, что клавиши быстрого вызова членов поездной бригады, а так же клавиша регистрации носимого терминала, установленные на лицевой панели корпуса УПАС-ретранслятора, попадают упорами на соответствующие клавиши материнской платы внутри, на лицевой панели корпуса УПАС-ратранслятора установлены гнезда для подзарядки и регистрации носимого терминала DECT, в лицевой панели корпуса выполнено средство подведения к контактной колодке, закрепленной на материнской плате, выходов линий сигнализаций, установленных в пассажирском вагоне.
Известен (RU, патент 49663) корабельный комплекс УКВ радиосвязи, содержащий в своем составе групповой пульт управления, шину сопряжения и антенно-развязывающие устройства, при этом комплекс связи выполнен в виде модулей - антенного модуля, приемопередающего модуля и группового пульта управления, причем в антенный модуль входит передающий антенный модуль, приемный антенный модуль и коммутируемый усилитель-разветвитель, в приемопередающий модуль входит набор усилитель мощности, радиоприемное устройство и возбудитель, а в групповой пульт управления входит автоматизированное рабочее место оператора, сетевой коммутатор, управляемый коммутатор, блок формирования и обработки информации, блок модемов, блок питания, вычислительная система центрального процессора и шина сопряжения, причем передающий антенный модуль через коммутируемый усилитель-разветвитель, усилитель мощности и возбудитель соединен с управляемым коммутатором и с шиной управления, при этом шина управления через радиоприемные устройства соединена с приемным антенным модулем, а также с блоком формирования и обработки информации и с вычислительной системой центрального процессора, которая через шину сопряжения соединена с комплексом связи с системой управления и блоком формирования и обработки информации, который, в свою очередь, соединен с шиной управления и шиной сопряжения через блок модемов.
Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала, что может привести к нарушению связи.
0
1
2
1
2
0
1
0
П
2
0
ст
П
ст
Известен (RU, патент 2210845) антенный модуль для приема сигналов спутниковых систем, содержащий антенный блок с основанием, куполом и размещенным на основании под куполом приемно-усилительным узлом, причем основание антенного блока, служащее антенным экраном, выполнено из токопроводящего материала, а купол, служащий обтекателем, выполнен из диэлектрического радиопрозрачного материала, причем антенный блок своим основанием размещен в чашеобразном углублении диэлектрической подставки, обеспечивающей электрическую изоляцию основания антенного блока от металлической трубчатой опоры, при этом в чашеобразном углублении диэлектрической подставки в зоне, свободной от размещения антенного блока, выполнены отверстия для водостока, металлическая трубчатая опора соединена своей верхней частью с выступом, выполненным в нижней части диэлектрической подставки, а в выступе выполнено сквозное отверстие для размещения закрепленного на основании антенного блока первого высокочастотного соединителя, предназначенного для отвода принятых и усиленных антенным блоком сигналов и подвода к нему внутреннего напряжения питания антенного модуля, с антенным блоком соединен расположенный внутри металлической трубчатой опоры усилительный блок, предназначенный для дополнительного усиления сигналов посредством собственного усилителя, а также для формирования внутреннего напряжения питания антенного модуля для усилителей антенного и усилительного блоков посредством ограничителя-стабилизатора постоянного напряжения, усилительный блок имеет второй и третий высокочастотные соединители, расположенные на противоположных концах его токопроводящего корпуса, электрически изолированного от металлической трубчатой опоры, причем второй высокочастотный соединитель соединен с первым высокочастотным соединителем, а третий высокочастотный соединитель предназначен для подключения высокочастотного коаксиального кабеля, служащего для отвода принятых и усиленных антенным модулем сигналов и подвода внешнего напряжения питания от внешнего источника питания, при этом основание антенного блока, корпус усилительного блока и наружные проводники всех высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под общим электрическим потенциалом Е - потенциалом "Земля", внутренний проводник третьего высокочастотного соединителя в рабочем режиме находится под электрическим потенциалом Е - потенциалом "Питание внешнее", а внутренние проводники первого и второго высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под электрическим потенциалом Е - потенциалом "Питание внутреннее", где E>E>E, Е-Е=U, Е-Е=U, U - внешнее напряжение питания, поступающее от внешнего источника питания, U=const - внутреннее напряжение питания антенного модуля, формируемое в усилительном блоке ограничителем-стабилизатором постоянного напряжения и предназначенное для питания усилителей антенного и усилительного блоков.
Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала, что может привести к нарушению радиосвязи.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке конструкции системы связи и навигации, применимого для обеспечения надежной внешней радиосвязи из вагонов и локомотива пассажирского поезда.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении безопасности эксплуатации поезда путем обеспечения устойчивой передачи информации, характеризующей техническое состояние и местонахождения поезда, удаленным адресатам, в том числе, диспетчерской службой движения и органам охраны правопорядка.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную систему спутниковой связи и навигации пассажирского поезда. Разработанная система содержит корпус, в котором установлены источник питания промышленного компьютера, источник питания станции спутниковой связи, схема защиты от переполюсовки, выполненная с возможностью подключения к системе электрического питания вагона, GSM(GPRS)-модем, приемник - ГЛОНАСС/GPS сигналов, трансивер станции спутниковой связи и промышленный компьютер с сенсорным монитором, вынесенным на поверхность корпуса, на корпусе размещены разъемы для подключения антенны спутниковой связи, антенны приемника ГЛОНАСС/GPS сигналов и центральной управляющей системы пассажирского поезда, причем источники питания подключены к выходам схемы защиты от переполюсовки, при этом программное обеспечение промышленного компьютера выполнено с возможностью отображения на мониторе местоположения пассажирского поезда в масштабе реального времени, обеспечения возможности начальнику поезда отправить экстренное сообщение на пульт диспетчера, сбора и представления начальнику поезда и диспетчеру информации от датчиков, установленных в пассажирском поезде, передачи информации о местоположении пассажирского поезда на пульт диспетчера по каналам спутниковой связи или по каналам GSM. Предпочтительно система может дополнительно содержать блок контроллеров, обеспечивающий возможность использование каналов GSM при передаче информации о местонахождении поезда и другой служебной информации. Разработанное программное обеспечение промышленного компьютера предпочтительно дополнительно выполнено с возможностью предоставления начальнику поезда возможности использования канала спутниковой связи для телефонной связи в телефонной сети общего пользования, передачи на пульт диспетчера зарегистрированные аварийные случаи в вагонах, отображения состояние оборудования линейных вагонов. Кроме того, программное обеспечение промышленного компьютера может быть дополнительно выполнено с возможностью выполнения функций черного ящика. Также программное обеспечение промышленного компьютера дополнительно может быть выполнено с возможностью функций по контролю за посадкой пассажиров, электронной продаже биллетов, а также мониторингу состояния вагонного оборудования.
Система связи и навигации пассажирского поезда представляет собой устройство, объединяющее в себе промышленный компьютер с монитором, станцию спутниковой связи стандарта Inmarsat BGAN, GSМ(GPRS)-модем, приемник - ГЛОНАСС/GPS сигналов. Система связи и навигации пассажирского поезда разработана и предназначена для работы в составе системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда (далее СКБиСПП).
В базовом варианте реализации система связи и навигации пассажирского поезда содержит корпус, источник питания промышленного компьютера, источник питания станции спутниковой связи, схему защиты от переполюсовки, приемник ГЛОНАСС/GPS сигналов, трансивер станции спутниковой связи, промышленный компьютер с сенсорным монитором, различные внутренние соединительные линии.
Система связи и навигации пассажирского поезда выполняет следующие функции:
- отображение на мониторе местоположения пассажирского поезда в масштабе реального времени. Кроме отображения местонахождения на монитор поступает информация, характеризующая скорость поезда, время нахождения его в пути, расчетное время прибытия. Отображение может быть осуществлено как на географической карте, так и на карто-схеме ГИС ОАО «РЖД»;
- предоставление возможности начальнику поезда отправить экстренное сообщение (голосовое или текстовое) на пульт диспетчера;
- разработанное программное обеспечение выполнено с возможностью сбора информации с остальных модулей, входящих в состав СКБиСПП (ЦУС, УПАС-ретранслятор, антенные модули) различную служебную информацию, с последующим автоматическим ее анализом, компоновкой и отправкой на сервер диспетчерской службы (по каналу спутниковой связи либо по каналу GSM (GPRS)) в целях сопровождения СКБиСПП и ее поддержания в исправном состоянии;
- совместно с ЦУС разработанное программное обеспечение предоставляет начальнику поезда возможность воспользоваться каналом спутниковой связи для телефонной связи в телефонной сети общего пользования;
- совместно с ЦУС разработанное программное обеспечение передает на пульт диспетчера зарегистрированные УПАС-ретрансляторами аварийные случаи на вагонах;
- совместно с ЦУС разработанное программное обеспечение отображает состояние (готов/не готов) оборудования СКБиСПП линейных вагонов (вагонов без радиокупе);
- содержит архив событий, который выполняет роль черного ящика.
Разработанное программное обеспечение, установленное в промышленном компьютере системы, позволяет гибко надстраивать СКБиСПП различными новыми функциями. В частности, оно обеспечивает возможность осуществления функций по контролю за посадкой пассажиров, электронной продаже биллетов, мониторингу состояния вагонного оборудования (заряд батарей, напряжение стабилизаторов напряжения, уровень хладогена в кондиционерах и др.).
Использование разработанной аппаратуры спутниковой связи и навигации пассажирского поезда обеспечивает повышение безопасности эксплуатации поезда путем обеспечения устойчивой передачи информации, характеризующей техническое состояние и местонахождения поезда, удаленным адресатам, в том числе, диспетчерской службой движения и органам охраны правопорядка.