СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРАНСПОРТА ВНУТРИ ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF RUNNING TRANSPORT VEHICLES INSIDE PIPELINES

Область применения
Изобретение относится к безрельсовому транспорту, в частности к способам, обеспечивающим перемещение внутри трубопроводов.
Способ может быть использован для перемещения пассажирского и грузового транспорта внутри трубопроводов.
Уровень техники
Известно устройство для перемещения внутри трубопровода, содержащее цилиндрический корпус, установленный на ходовых колесах, контактирующих с внутренними стенками трубопровода (см. патент ФРГ №1759476, кл. 47 F1, 21/00, 1969). Недостатками данного устройства являются низкое тяговое усилие, ограниченное силами сцепления гладких колес с гладкими стенками трубопровода, невозможность дистанционного перемещения, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам.
Известно также устройство для перемещения внутри трубопровода, содержащее два телескопических цилиндра с закрепленными на их наружных поверхностях упругими элементами, контактирующими с внутренней поверхностью трубопровода, причем телескопические цилиндры соединены между собой приводом возвратно-поступательного перемещения, а каждый упругий элемент выполнен в виде проволочных щеток, наклоненных в обратную сторону движения всего устройства (см. авт. св. СССР №510672, кл. G01N 29/04).
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, невозможность дистанционного перемещения, недостаточная тяга, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам.
Известно также устройство для перемещения внутри трубопровода, включающее два телескопических цилиндра с закрепленными на их наружных поверхностях упругими элементами, контактирующими с внутренней поверхностью трубопровода и выполненными в виде гибкой эластичной цилиндрической оболочки с жесткими торцами, соединенной с распределителем давления текучей среды (см. а.с. СССР №679466).
Недостатками данного устройства являются значительная сложность как самой конструкции подвижной части, так и невозможность дистанционного перемещения без непосредственного контакта с подвижной частью устройства, значительные энергозатраты на перемещение, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам.
Из уровня техники известно устройство (патент RU 2161752, кл. F17D 5/00) для перемещения внутри трубопровода, содержащее цилиндрический корпус с закрепленным на нем упругим элементом в виде гибкой эластичной цилиндрической оболочки с жесткими торцами, контактирующей с внутренней поверхностью трубопровода, отличающееся тем, что в устройство введены размещенный вне трубопровода электромагнит с упругоустановленным сердечником в виде постоянного магнита и инерционная масса цилиндрической формы из немагнитного материала, при этом корпус выполнен из ферромагнитного материала и сплошным, а гибкая эластичная оболочка герметично заполнена воздухом и растянута в исходном состоянии до бочкообразной формы, причем один из торцов оболочки прикреплен к торцу корпуса, а другой - к торцу инерционной массы.
Недостатками данного устройства являются значительная сложность как самой конструкции подвижной части, так и значительные энергозатраты на перемещение, невозможность транспортировки по трубопроводу, уложенному под землей, поскольку необходимо использовать снаружи трубопровода электромагнит, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам. Из уровня техники известно устройство для перемещения по трубопроводу, включающее привод возвратно-поступательного движения в виде двигателя вращения, кинематически связанного с регулировочными клиньями и щеткодержателем, а также механизм перемещения по внутренней поверхности трубопровода в виде салазок, соединенных с изогнутыми в форме полуволн синусоиды упругими элементами (см. авт. св. СССР 1054767, кл. G01N 29/04, 1982).
Недостатками данного устройства являются низкая надежность, сложность конструкции и ограниченные эксплуатационные возможности (невозможность дистанционного перемещения), обусловленные необходимостью перемещения двигателя с приводом возвратно-поступательного движения по трубопроводу вместе с контрольной аппаратурой, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам.
Известно устройство (патент RU 2210765) для перемещения по трубопроводу, включающее привод возвратно-поступательного движения и механизм перемещения по внутренней поверхности трубопровода, отличающееся тем, что механизм перемещения выполнен в виде свободно размещенной внутри трубопровода цилиндрической оболочки из кордной ткани с вывернутыми внутрь концевыми частями, при этом торцы вывернутых внутрь концевых частей герметично соединены друг с другом по контуру с образованием замкнутой кольцевой упругой камеры, частично заполненной ферромагнитной жидкостью, а привод возвратно-поступательного движения выполнен в виде постоянного магнита, размещенного снаружи трубопровода с возможностью перемещения относительно последнего в продольном и поперечном направлениях, а также ферромагнитного диска, установленного концентрично в осевом отверстии кольцевой камеры с возможностью упругого продольного перемещения между ограничителями в пределах длины камеры.
Недостатками данного устройства являются значительная сложность как самой конструкции подвижной части, так и значительные энергозатраты на перемещение, ограниченные эксплуатационные возможности (невозможность дистанционного перемещения), невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам.
Известно самоходное устройство (патент RU 2234992) для перемещения внутри трубопровода, содержащее источник крутящего момента, корпус, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода по винтовой линии, отличающееся тем, что подпружиненные фрикционные ролики установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей, корпус соосно соединен с валом источника крутящего момента, а источник крутящего момента жестко связан с узлом, гасящим реактивный крутящий момент, движение устройства и вращение фрикционных роликов осуществляется за счет вращения корпуса, фрикционные ролики оснащены приводом изменения угла их наклона, с помощью которого путем изменения угла может регулироваться как скорость движения устройства, так и его направление. Недостатками данного устройства являются низкое тяговое усилие, ограниченное силами сцепления гладких колес с гладкими стенками трубопровода, невозможность дистанционного перемещения, значительная сложность как самой конструкции подвижной части, так и значительные энергозатраты на перемещение, невозможность перемещения на значительных скоростях и по разветвленным трубопроводам. Наиболее близким аналогом является Система перемещения транспорта внутри трубопровода (патент на полезную модель РФ №67225), содержащая трубопровод, отличающаяся тем, что внутри трубопровода установлены Т-образные рельсы, а транспортное средство, выполненное с возможностью перемещения внутри трубопровода, имеет подвижные крепления за Т-образные рельсы, которые контактируют с ними посредством колес.
Недостатками данной системы являются потребность вставки рельсов внутри трубопровода, из-за чего система становится очень дорогой.
Технический результат состоит в реализации возможности безрельсового перемещения пассажирского и грузового транспорта внутри трубопроводов и по разветвленным трубопроводам со сниженным риском столкновения транспортных средств.
Сущность устройства
Заявленный технический результат достигается тем, что способ перемещения транспорта внутри трубопровода, характеризующийся использованием транспортных средств, перемещающихся в нем и управляемых бортовым компьютером, использованием серверного компьютера, управляющего движением транспортных средств и передающего сигналы на бортовые компьютеры транспортных средств посредством радиосвязи, отличается тем, что на стенках трубопровода устанавливают метки, снабжая их индивидуальным кодом, который считывают бортовым компьютером транспортного средства.
Сущность способа поясняется схемами: на Фиг. 1 изображена диаграмма алгоритма работы адресной маршрутизации для данной системы перемещения транспортных средств (ТС); на Фиг. 2 показан пример алгоритма реализации выбора маршрута ТС сервером; на Фиг. 3 представлена схема прохождения слияний потоков транспортных средств (ТС); на Фиг. 4 - схема прохождения расхождений потоков транспортных средств (ТС); на Фиг. 5 - схема остановки (для мест посадки и высадки пассажиров) транспортных средств (ТС); на Фиг. 6 показан принцип сохранения положения ТС при движении внутри трубы; на Фиг. 7 показан принцип разделения/слияния потоков внутри трубопровода.
Алгоритм работы адресной маршрутизации для данной системы перемещения транспортных средств основан на реализации следующих этапов и действий (см. диаграмму на Фиг. 1).
Сначала пользователь производит запрос на ТС (терминал станции). В нем проверяется, есть ли ТС в наличии. Если есть, то высвечивается время прибытия. Ближайшее свободное ТС получает маршрут к месту нахождения пользователя у терминала в соответствии с правилами маршрутизации. Если ТС нет в наличии (все заняты), запрос пользователя встает в очередь ожидания ТС (в соответствии с некоторыми техническими ограничениями).
После того, как ТС приезжает на станцию и пользователь вводит код пункта назначения, бортовой компьютер отправляет этот код в центральный компьютер района. Если центральный компьютер недоступен, то его дублирует резервный компьютер на вышестоящем уровне.
Районный компьютер проверяет лимиты на транзитный пропуск через район ТС из других районов (лимиты спускаются вышестоящим компьютером, анализирующим загрузку системы районов - и так далее по иерархии).
В соответствии с этими лимитами районный компьютер ставит заявку в очередь (все заявки обрабатываются строго последовательно) и определяет для нее маршрут. Пример алгоритма реализации выбора маршрута ТС сервером показан на диаграмме Фиг. 2.
Маршрут определяется с учетом положения всех предыдущих смаршрутизированных ТС (это важно). Таким образом, районный компьютер знает перспективную загрузку каждого участка «трубы» и при маршрутизации не допустит перегрузки на любом из участков!
Т.е. в случае, если на каком-то «слиянии» плотность потока будет 60 или более машин в минуту (т.е. больше либо равно 1 метки/секунду на машину), то все маршрутизируемые ТС будут направляться по другим участкам в обход загруженного.
Маршрут (последовательность точек, которые надо пройти, с выделением тех, на которых необходимо отклониться «по уровню») загружается в бортовой компьютер и дается команда «старт».
Так как 1 метка проходится за 1 секунду, то положение ТС в системе будет известно на любой момент времени.
Если на каком-то участке возникла чрезвычайная или аварийная ситуация, то все новые маршрутизации в районе прекращаются, а все машины, которые должны были пройти через аварийный участок перемаршрутизируются на другие пути.
После этого маршрутизация новых ТС восстанавливается, но аварийный участок уже не используется для определения маршрута до момента устранения аварии техническим персоналом.
Застрявшие на участке ТС механически эвакуируются. В случае необходимости люди эвакуируются из трубы самостоятельно - если есть опасность для жизни. Эвакуация людей из трубы может осуществляться, например, через специальные люки, установленные через определенный интервал по расстоянию.
Способ основан на управлении серверным компьютером транспортными средствами (ТС) (1), подчиняющимися модели движения (далее будем называть ее «дырочной моделью»), основанной на фиксации расстояния между метками (2), имеющими свой код, который вычисляется бортовым компьютером транспортного средства (1) на основании известной топологии сети. Способ функционирует в совокупной структуре трубопроводов (3) с магистралями, обусловливающей постановку ситуационных задач: контроль взаимного расположения, прохождение слияний потоков, прохождение разветвлений потоков и остановка. Каждая из задач делится, в свою очередь, на следующие составляющие: первая - подчинение транспортных средств (1) правилу прохождения первой метки (2) за секунду, попадание транспортных средств (1) между метками (2) и перестроение данного транспортного средства (1) на предыдущей метке (2); вторая - параллельное расположение (4) магистралей (3), соединение (5) двух магистралей (3) в одну, образование (6) магистрали (3) в нормальную трубу, встраивание и перестроение (7, 8, 9, 10, 11, 12) выбившихся из «дырочной модели» транспортных средств (1); третья - движение (13) транспортных средств (1) в одной магистрали (3), осуществление (14) расхождения к краю трубы с магистралью (3) транспортных средств (1), которое отслеживается положением уровня (15), профилирование (16) трубы с магистралью (3), сохранение (17) параллельного расположения труб с магистралями (3) и расстояния между метками (2); четвертая - установкой индикаторов в точках (18, 19 и 20) для контроля регулирования и управления плотности потоков транспортных средств. Бортовой компьютер ТС всегда стремится к тому, чтобы сохранять положение ТС внутри трубопровода по уровню отвеса (направлению силы тяжести). Данный принцип показан на Фиг. 6. Из Фиг. 6(a) видно, что отвесная линия (21) всегда совпадает с линией (22) перпендикуляра плоскости днища ТС при сохранении движения ТС строго по колее трубы. При отклонении от колеи по разным причинам (например, при заносе) (см. Фиг. 6(б)) бортовой компьютер фиксирует угол отклонения линий (21) и (22) и дает команду на поворот рулевых колес (23) на требуемый угол, чтобы линии (21) и (22) совпали. Тогда поворот рулевых колес прекращается до момента, пока эти линии опять не разойдутся. Это может быть реализовано на базе того, что ТС оснащают автоматической системой блокировки колес при заносах и системой управления рулевыми колесами по выходу из заноса.
Способ работает следующим образом.
Каждая метка (2) имеет свой код, вычисляемый бортовым компьютером. Реализация данного считывания кода с метки может быть осуществлена различными путями, например, по аналогии сканирования штрих-кода, когда метка представляет собой штрих-код, а на ТС (1) содержится сканер. Также это может быть реализовано, например, путем считывания информации с чипа с метки, по аналогии с системой считывания данных с бесконтактных карт в Московском метрополитене, установленной на пропускных турникетах. Данный принцип считывания информации с метки и ее устройство не являются предметом защиты настоящего устройства и поэтому не рассматриваются в контексте решения основной задачи.
Можно реализовать список кодов, на которых допустима остановка и открывание дверей. Транспортному средству (1) задается начальная метка (2) в виде кода той метки (2), в которой произошла посадка, и кода метки конечной точки. Компьютер просматривает топологию сети и выбирает тот маршрут, при котором количество проходимых меток (2) минимально, а время прохождения каждой метки зафиксировано строго в виде 1 секунды. Маршрут, таким образом, является набором параметров - после какой метки в какую сторону отклонить колеса транспортного средства (1), отслеживая отклонение по уровню.
Перед каждым транспортным средством ставятся задачи: контроль взаимного расположения, прохождение слияний потоков, прохождение разветвлений потоков и остановка.
Контроль взаимного расположения внутри магистрали определяется двумя параметрами: 1. Каждое транспортное средство (1) подчиняется правилу прохождения первой метки (2) в секунду, причем ровно в определенный момент долей секунды. Это означает, что устройства, считывающие метки, у соседних транспортных средств (1) всегда будут располагаться на расстоянии первой метки (2). То есть метки (2) в трубе с магистралями (3) размещаются на расстоянии больше, чем длина транспортного средства (1), и тем самым теоретически полностью исключается возможность контакта транспортных средств (1) внутри магистрали (3).
2. В случае слияния потоков транспортное средство (1) может попасть между метками, и тогда вклинившееся транспортное средство должно будет расположиться на предыдущей метке (2). Если предыдущая метка уже была занята впереди идущим транспортным средством, то следующее за ним транспортное средство изменяет свою скорость, чтобы перестроиться на 1 метку назад - за 20 следующих меток. Для этого в местах слияния потоков метки располагают на расстоянии не менее 2 длин одного транспортного средства. При этом все транспортные средства предполагается выполнять одинаковой длины.
При слиянии двух потоков метки (2) каждого потока располагаются на расстоянии не менее 2Х (где X - длина транспортного средства (1)) и на расстоянии 2Х между метками разных потоков. Таким образом, сливая два потока в один, транспортные средства из разных потоков принудительно разделены так, чтобы не столкнуться при схождении в одну линию. У присоединяемого потока сбивается настройка 1 метка/сек. Это компенсируется механизмом отставания транспортного средства на одну метку. Прохождение слияний потоков состоит в следующем (см. Фиг. 3).
Параллельное расположение (4) магистралей (3) - две магистрали (3) располагаются параллельно, расстояние между метками одинаковое, и скорости транспортных средств одинаковые, но метки на соседних магистралях (3) располагаются в шахматном порядке, причем расстояние между метками не менее двух корпусов транспортных средств. Соединение (5) двух магистралей (3) в одну - две магистрали соединяются в одну, имеющую на коротком участке ровную нижнюю половину.
Образование (6) магистрали (3) в нормальную трубу - профиль образовавшейся магистрали постепенно становится кругом, то есть магистраль (3) постепенно становится нормальной трубой, в этом случае транспортные средства (1) из двух соседних магистралей вытесняются в положение минимальной потенциальной энергии, и соответственно траектории их движения совпадают. Метки (2) второй магистрали (3) заканчиваются, и у транспортного средства из второй магистрали начинается торможение - так как при перестроении транспортного средства в метки из первой магистрали переключение между метками составило 0,5 секунды, а не 1 секунду, что должно вызвать торможение до пересечения со следующей меткой.
Встраивание и перестроение (7, 8) «выбившихся из дырочной модели» транспортных средств - транспортное средство из второй магистрали (3) в результате в «дырочной» модели движения оказывается между дырками, то есть в состоянии N тысячных секунды не пересекает метку (2), и, включив торможение, это транспортное средство (1) начинает вытеснять транспортное средство (1) из первой магистрали (3), находящееся в дырочной модели. Второе транспортное средство, определив, что расстояние до впереди идущего первого транспортного средства меньше, чем проходимое за 1 секунду время, начинает притормаживать на 5%, чтобы через 20 меток перестроиться на 1 положение назад - в дырочной модели. Если допускается, что во второй магистрали две ближайшие «дырки» были заполнены, соответственно третье транспортное средство, идущее по второй магистрали, перестроившись, упирается во второе транспортное средство, которое начинает отставать на 5%, чтобы перестроиться в следующую «дырку». Третье транспортное средство, при перестроении получившее «сбой алгоритма» и изначально имеющее скорость -5% - для встраивания в дырочную модель, получает второй сигнал о необходимости уменьшения скорости и еще раз уменьшает на 5%. Итого остается 90,1% от начальной скорости. Таким образом, движение происходит безостановочно. Встраивание и перестроение (9, 10, 11, 12) показывают, как происходит встраивание «выбившихся из дырочной модели» транспортных средств обратно. Единственное ограничение, которое накладывается на такого рода перестроение, состоит в том, что плотность выходящего потока не может быть больше 100% от возможного, а суммарная теоретическая плотность двух входящих потоков - 200%. Соответственно серверный компьютер будет изменять маршрут транспортного средства, которое запрашивалось через участки с прогнозируемой плотностью более 100% так, чтобы не допустить последнего.
Прохождение расхождений потока производится исключительно на горизонтальных участках с помощью отслеживания расположения транспортного средства внутри трубы с магистралями (3) по уровню (15). В местах расхождения магистраль принимает форму сдвоенной трубы, которая потом расходится на две - правую и левую. Соответственно транспортное средство (1) попадет в ту трубу с магистралью (3), в сторону которой было произведено отклонение на горизонтальном участке, а данное отклонение фиксируется по уровню (15).
Расхождение потоков транспортных средств состоит в следующем (см. Фиг. 4). Движение (13) транспортных средств в одной магистрали (3).
Осуществление (14) расхождения к краю трубы с магистралью транспортных средств - после N-ой метки (2), заложенной в алгоритме каждого транспортного средства (1), транспортные средства начинают «прижиматься» к тому краю трубы с магистралью (3), в какую сторону им необходимо повернуть. С технической точки зрения это может быть реализовано разными путями, например отслеживаться по положению уровня (15) или путем считывания информации с метки, где будут сведения о том, что скоро начнется разветвление трубы; результатом чего являются команды бортового компьютера ТС на «прижимание» к той стороне трубы, куда следует повернуть согласно маршруту. На Фиг.7 показан принцип разделения/слияния потоков внутри трубопровода (вид с торца трубы). Видно, что ТС (25) прижимается к правой стороне трубы (3), а ТС (26) прижимается к левой стороне трубы (3). Таким образом, при разветвлении или схождении потоков движения ТС они всегда будут двигаться по своей заданной колее трубы до того момента, пока движение ТС не начнется только внутри одной трубы. Тогда процесс «прижимания» ТС к какой-то из сторон трубы прекратится. Между колеями двух труб устанавливают скатную перегородку (24), которая постепенно вырастает до верха трубы при разделении потоков и снижается до нулевой высоты при схождении потоков. Ее функция - препятствовать случайному съезду ТС с колеи и боковым столкновениям между ТС, идущими параллельно.
Профилирование (16) трубы с магистралью (3) - после расхождения начинается профилирование труб с магистралями, вследствие чего транспортное средство оказывается только в той магистрали, в которой ему необходимо было оказаться для продолжения маршрута.
Сохранение (17) параллельного расположения труб с магистралями и расстояния между метками (2).
Остановки для места посадки и высадки пассажиров располагаются на ответвлениях от основной трассы. Скорость транспортных средств на ответвлениях невысока - около 10-40 км/ч, но остановки могут располагаться в ряд. Остановки обладают некоторыми конструктивными особенностями:
Повернуть на остановку (см. Фиг. 5) могут все транспортные средства, за исключением того случая, когда индикатор, находящийся в точке (18), показывает остановку транспортного средства в точке (19) перед ним. Это означает, что вся ветка заполнена транспортными средствами, и серверный компьютер подает сигнал о том, что поворота на эту ветку не существует.
При повороте на эту ветку транспортное средство доезжает либо до остановки и высаживает пассажиров, либо доезжает до впередистоящего транспортного средства и затормаживает на 5%, потом на 10%, потом на 15% и так до полной остановки, если впередиидущее транспортное средство тоже остановилось. Каждую секунду бортовой компьютер транспортного средства 1 будет фиксировать перескакивание на - 1 секунду в дырочной модели.
В точке (20) установлен второй индикатор, при показаниях которого плотности потока более 90% от максимального старта транспортного средства остановки не производится.
В целом способ позволяет реализовать безопасное с уменьшением риска столкновения перемещение пассажирского и грузового транспорта внутри трубопроводов и по разветвленным трубопроводам.