Система интервального регулирования движения поездов
SYSTEM FOR INTERVAL REGULATION OF TRAIN TRAFFIC

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для диагностики и мониторинга условий движения и интервального регулирования движения поездов по перегону.
Известна cистема интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала, содержащая стационарные центры радиоблокировки, подключенные к ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями радиоканала через сеть передачи данных, а на перегоне между соседними станциями через оптоволоконный кабель и радиоканал, на вовлеченных в систему поездах - бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена цифровыми данными комплексное локомотивное устройство безопасности, блок определения местоположения локомотива, выполненный на основе спутникового навигатора, блок измерения скорости и пройденного расстояния, блок расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными со стационарными центрами радиоблокировки по радиоканалу, вихретоковое устройство текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости, дисплей машиниста, блок головного полукомплекта непрерывного контроля целостности тормозной магистрали поезда, соединенный с блоком полукомплекта хвостового вагона состава поезда через тормозную магистраль поезда, а также через локомотивное радиоприемопередающее устройство и бортовой локальный радиоканал с радиоприемопередающим устройством блока полукомплекта хвостового вагона состава поезда, которое по цепи питания связано с первым выходом автономного источника электропитания, выполненного на базе пневмоэлектрогенератора, вход для подачи воздуха которого подключен к тормозной магистрали поезда, при этом второй выход автономного источника электропитания соединен с входом электропитания блока светового сигнала конца состава поезда, оптоволоконный кабель выполнен в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути, с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути и содержащего внутренние элементы механической связи между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами с изменяющимися оптическими параметрами при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна соединены с первыми портами связи перегонных блоков формирования и анализа импульсных световых сигналов, вторые порты связи которых подключены к портам связи напольных блоков видеонаблюдения, в составе которых имеется блок автоматической регистрации светового сигнала конца состава поезда, а другими концами соединены с соответствующими первыми портами станционного блока формирования и анализа импульсных световых сигналов, второй порт связи которого через сеть передачи данных соединен с ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления (RU 2556133, B61L27/04, 10.07.2015).
Известная система практически не применима на малодеятельных линиях из-за ее сложности, обусловленной наличием базовых станций радиоканала на перегоне. Также она характеризуется большим потреблением электроэнергии для непрерывной работы перегонных рельсовых цепей.
В качестве прототипа принята система интервального регулирования движения поездов на базе радиоканала, содержащая стационарные центры радиоблокировки, подключенные к ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления и соединенные между собой и с перегонными базовыми станциями радиоканала через сеть передачи данных, а на перегоне между соседними станциями через радиоканал и оптоволоконный кабель, выполненный в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути, с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути, и содержащего внутренние элементы механической связи между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами с изменяющимися оптическими параметрами при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна соединены с первым портом сопряжения станционного блока формирования и анализа импульсных световых сигналов, второй порт сопряжения которого через сеть передачи данных соединен с ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления, к процессору которого подключены программный модуль моделирования поездной ситуации на перегонах, программный модуль мониторинга условий движения на перегонах, программный модуль комплексной обработки данных, принимаемых им от упомянутых программных модулей моделирования и мониторинга, и сеть передачи данных, связанная с радиоканалом, при этом на вовлеченных в систему поездах - бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена цифровыми данными комплексное локомотивное устройство безопасности, блок определения местоположения локомотива, выполненный на основе спутникового навигатора, блок измерения скорости и пройденного расстояния, блок расчета допустимой скорости, кривых торможения и обмена данными со стационарными центрами радиоблокировки по радиоканалу, вихретоковое устройство текущего контроля фактического состояния рельсов и уточненного измерения скорости, дисплей машиниста и локомотивное радиопередающее устройство, на каждом перегоне путевые участки снабжены бесстыковыми рельсовыми цепями тональной частоты, в каждой из которых к передающему концу рельсовой цепи подключен выход передатчика соответствующего блока напольной аппаратуры питающего конца, а к приемному концу рельсовой цепи подключен вход приемника соответствующего блока напольной аппаратуры приемного конца, при этом шины питания этих блоков напольной аппаратуры подключены к двух проводной линии силового электропитания, размещенной в комбинированном оптоволоконном кабеле, информационные выходы передатчика и приемника блоков напольной аппаратуры через соответствующие блоки оптоэлектрического преобразования соединены со связевыми оптическими волокнами оптоволоконного кабеля, которые через сеть передачи данных соединены с процессором ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления.  (RU 2685109, B61L27/04, 16.04.2019).
Недостатком известной системы является то, что она практически не применима на малодеятельных линиях из-за ее сложности, обусловленной наличием на перегоне базовых станций цифрового радиоканала связи, а на локомотивах наличием спутниковых навигационных устройств и вихретокового устройства текущего контроля фактического состояния рельсов.  В гористой местности спутниковые навигационные устройства, из-за плохой видимости спутников, работают недостаточно надежно. Эта система также не применима для управления локомотивами, имеющими только старые устройства АЛСН числового кода, которые еще часто встречаются на удаленных и малодеятельных линиях.
Технический результат изобретения заключается в упрощении системы и обеспечении ее применимости для управления всеми типами локомотивов, в том числе не имеющими современные устройства АЛСН числового кода.
Технический результат достигается тем, что в системе интервального регулирования движения поездов, содержащей ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления к процессору которой подключены программный модуль моделирования поездной ситуации на перегонах, программный модуль мониторинга условий движения на перегонах, программный модуль комплексной обработки данных, принимаемых им от упомянутых программных модулей моделирования и мониторинга, оптоволоконный кабель, выполненный в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути и содержащего внутренние элементы механической связи между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами с изменяющимися оптическими параметрами при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна соединены с первым портом сопряжения станционного блока формирования и анализа импульсных световых сигналов, второй порт сопряжения которого через станционную цифровую  сеть передачи данных соединен с ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления, на каждом перегоне путевые участки снабжены рельсовыми цепями, в каждой из которых к передающему концу рельсовой цепи подключен выход передатчика соответствующего блока напольной аппаратуры питающего конца, а к приемному концу рельсовой цепи подключен вход приемника соответствующего блока напольной аппаратуры приемного конца, при этом входы питания этих блоков напольной аппаратуры подключены к двух проводной линии силового электропитания, размещенной в комбинированном оптоволоконном кабеле, информационные выходы передатчика и приемника блоков напольной аппаратуры через соответствующие блоки оптоэлектрического преобразования соединены со связевыми оптическими волокнами оптоволоконного кабеля, которые через станционную цифровую сеть передачи данных соединены с процессором ЭВМ центра диспетчерского контроля и управления, при этом на вовлеченных в систему поездах установлено бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена цифровыми данными локомотивное устройство безопасности, блок измерения скорости и пройденного расстояния, блок расчета допустимой скорости, дисплей машиниста и локомотивное радиопередающее устройство, согласно изобретению в каждый из блоков напольной аппаратуры приемного конца рельсовой цепи введен блок формирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН и АЛС-ЕН, порт  информационного обмена которого соединен с блоком оптоэлектрического преобразования, а выход - через выход блока напольной аппаратуры приемного конца подключен к концу своей рельсовой цепи.
На чертежах приведены структурные схемы стационарного (фиг. 1) и локомотивного (фиг. 2) оборудования системы интервального регулирования движения поездов.
Система интервального регулирования движения поездов содержит ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления к процессору 2 которой подключены программный модуль 3 моделирования поездной ситуации на перегонах, программный модуль 4 мониторинга условий движения на перегонах, программный модуль 5 комплексной обработки данных, принимаемых им от упомянутых программных модулей 3 и 4 моделирования и мониторинга, оптоволоконный кабель 6, выполненный в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, уложенного на перегоне вдоль железнодорожного пути с обеспечением передачи на его внешнюю оболочку воздействий внешних сил от конструктивных элементов железнодорожного пути и содержащего внутренние элементы 7 механической связи между внешней оболочкой оптоволоконного кабеля и размещенными в нем сенсорными оптическими волокнами 8 с изменяющимися оптическими параметрами при их деформации, при этом одним концом сенсорные оптические волокна соединены с первым портом сопряжения станционного блока 9 формирования и анализа импульсных световых сигналов, второй порт сопряжения которого через станционную цифровую  сеть 10 передачи данных соединен с ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления, на каждом перегоне путевые участки снабжены рельсовыми цепями 11, в каждой из которых к передающему концу рельсовой цепи подключен выход передатчика 12 соответствующего блока 13 напольной аппаратуры питающего конца, а к приемному концу рельсовой цепи 11 подключен вход приемника 14 соответствующего блока 15 напольной аппаратуры приемного конца, при этом входы питания этих блоков 13 и 15 напольной аппаратуры подключены к двух проводной линии 16 силового электропитания, размещенной в комбинированном оптоволоконном кабеле 6, информационные выходы передатчика 12 и приемника 14 блоков напольной аппаратуры через соответствующие блоки 17 и 18 оптоэлектрического преобразования соединены со связевыми оптическими волокнами 19 оптоволоконного кабеля 6, которые через станционную цифровую сеть 10 передачи данных соединены с процессором 2 ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления, каждый из блоков 15 напольной аппаратуры приемного конца рельсовой цепи 11 снабжен блоком 20 формирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН и АЛС-ЕН, порт  информационного обмена которого соединен с блоком 18 оптоэлектрического преобразования, а выход - через выход блока 15 напольной аппаратуры приемного конца подключен к концу своей рельсовой цепи 11, на вовлеченных в систему поездах установлено бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс 21 локомотива обмена цифровыми данными локомотивное устройство 22 безопасности, блок 23 измерения скорости и пройденного расстояния, блок 24 расчета допустимой скорости, дисплей 25 машиниста и локомотивное радиопередающее устройство 26.
Система интервального регулирования движения поездов функционирует следующим образом.
В предлагаемой системе важным методом контроля состояния путевых участков на перегоне является слежение в почти реальном времени за местонахождением и целостностью составов поездов и за целостностью рельсов на перегоне с помощью оптоволоконого кабеля 6, выполненного в виде комбинированного сенсорного и связевого кабеля, и электрических рельсовых цепей 11.
Блок 13 напольной аппаратуры питающего конца рельсовой цепи 11 получает из кабеля 6 через связевые оптические волокна 19 оптический сигнал управления от ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления для начала формирования силового сигнала контроля рельсовой цепи 11. Этот сигнал преобразуется блоком 17 оптоэлектрического преобразования в электрический сигнал управления передатчиком 12 электрических сигналов контроля рельсовых цепей 11, который формирует силовой электрический сигнал контроля рельсовой цепи 11, имеющий заданные параметры амплитуды, частоты и модуляции. В блоке 15 напольной аппаратуры приемного конца этой рельсовой цепи 11 происходит аналого - цифровое преобразование мгновенной амплитуды электрического сигнала на входе приемника 14 электрических сигналов контроля рельсовых цепей 11 с записью результатов в буфер его памяти. Буфер памяти освобождается во время периодической передачи пакета данных о мгновенных значениях амплитуды принимаемого сигнала из блока 15 напольной аппаратуры приемного конца в ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления. Передача данных из блока 15 напольной аппаратуры приемного конца в ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления производится через связевые оптические волокна 19 оптоволоконного кабеля 6, для чего в процессе передачи каждое цифровое мгновенное значение амплитуды электрического  сигнала,  хранящееся в упомянутом буфере, блоком 18 оптоэлектрического преобразования преобразуется в соответствующий оптический информационный сигнал. Принятие решений о свободности рельсовых цепей 11 осуществляет ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления, анализирующая оцифрованные мгновенные значения амплитуды сигналов на входе блоков 15 напольной аппаратуры приемного конца.
Для снижения энергопотребления передатчики 12 электрических сигналов контроля рельсовых цепей 11 включаются ЭВМ 1 центра на перегоне поочередно с частотой и длительностью включения, которые обеспечивают безопасное интервальное регулирование движения каждого из поездов, следующих по перегону. ЭВМ 1 центра выбирает различные последовательности и продолжительности включения питания силовых каскадов аппаратуры рельсовых цепей 11, передавая для этого сигналы управления в блоки  13  напольной аппаратуры питающего конца каждой рельсовой цепи 11. Также ЭВМ 1 центра непосредственно перед занятием каждым поездом очередной рельсовой цепи 11 обеспечивает передачу навстречу локомотиву поезда из напольной аппаратуры приемного конца рельсовой цепи 11 сигналы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН и АЛС-ЕН. Для этого из  кабеля 6, через связевые оптические волокна 19, адресный  оптический сигнал  управления от ЭВМ 1 центра поступает в порт информационного обмена блока 20 формирования сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН и АЛС-ЕН.
Включение питания силовых каскадов аппаратуры рельсовых цепей 11 также производится при проведении различных типов периодического тестирования. Остальное время аппаратура рельсовых цепей 11 работает в режиме с малым потреблением тока, когда в блоках 13 напольной аппаратуры питающих концов и блоках 15 напольной аппаратуры приемных концов включены только маломощные каскады контроля и управления. Обмен управляющей и контрольной информацией между ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления и напольными устройствами рельсовых цепей 11 осуществляется  по цифровой линии передачи данных, проходящей, в частности, через связевые  оптические волокна 19 оптоволоконного кабеля 6. Оптические каналы передачи информации позволяют без ретрансляции распространяться информационным и тестовым сигналам на расстояние до 40 км.
Другим источником первичной информации о положении на перегоне поездов в предлагаемой системе, кроме сигналов электрического контроля рельсовой линии, является фиксация  координат границ шумового следа от движения каждого поезда с помощью сенсорных оптических волокон 8 оптоволоконного кабеля 6. Определение координат границ шумового следа осуществляет станционный блок 9 формирования и анализа импульсных световых сигналов оптических тестовых сигналов, отраженных от мест механического воздействия на оптоволоконный кабель 6.
Этот кабель 6 позволяет зафиксировать места присутствия рядом с ним движущегося транспорта и многие другие изменения механического напряжения конструкций железнодорожного пути, вызванные изломами рельсов, сдвигами в конструкции пути, падением предметов (грузов, деревьев и т.д.), вторжением людей и животных, а также шумы, создаваемые дефектными частями движущегося подвижного состава и дефектными элементами пути.
В системе используется логический контроль проследования каждого поезда по перегону посредством контроля занятости и освобождения рельсовых цепей 11. От устройств электрической централизации в систему передается признак поезда при его отправлении на перегон. При следовании поезда по перегону система контролирует последовательное занятие рельсовых цепей 11 и параллельно осуществляет контроль занятия путевых участков с точностью до 50 метров на основании анализа акустических сигналов.
При остановках поезда на перегоне система фиксирует последнюю информацию о месте нахождения поезда и линейные размеры поезда (запоминает последний «акустический портрет»). Система логически переводит в состояние занятости рельсовые цепи на месте остановки поезда, так как акустические шумы отсутствуют. При возобновлении движения поезда после остановки, система продолжает отслеживать объект, сравнивая «акустический портрет» до остановки и после.
Станционный блок 9 формирования и анализа импульсных световых сигналов, с помощью встроенного лазерного источника когерентных импульсных световых сигналов (на чертеже не показан) периодически формирует тестовые импульсные световые сигналы, поступающие в сенсорное оптическое волокно 8. При воздействии на кристаллическую решетку оптоволокна внешних сил давления, которые передаются от оболочки кабеля 6 через внутренние элементы 7, происходит деформация этой кристаллической решетки и возникают световые импульсы обратного отражения. Для лучшего распознавания и измерения параметров отраженных сигналов последовательности формируемых импульсных световых сигналов могут отличаться частотой, длительностью и поляризацией импульсов света. События, влияющие на отражения световых сигналов в сенсорном волокне 8 оптоволоконного кабеля 6 регистрируются блоком 9, который анализирует время прихода отраженных импульсов и определяет расстояния до мест внешнего давления на кабель 6, а также формирует шумовые портреты участков распределенного внешнего механического воздействия движущихся по перегону поездов на оболочку кабеля 6. ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления осуществляет анализ пересылаемых от блока 9 данных  и  позволяет в почти реальном времени осуществлять  мониторинг состояния железнодорожного пути и границ занимаемых на перегоне поездами.
В ЭВМ 1 центра во взаимодействии с процессором 2 функционируют программный модуль 3 моделирования поездной ситуации на перегонах, программный модуль 4 мониторинга условий движения на перегонах и программный модуль 5 комплексной обработки данных от программных модулей 3 и 4. ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления выдает разрешение на отправление второго поезда на перегон при удалении первого поезда на расстояние, обеспечивающее безопасное интервальное регулирование по комбинированным сигналам АЛСН, АЛС-ЕН.  Остальное время мониторинг свободности участков перегона от состава и посторонних предметов осуществляется ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления на основании  передаваемой от блока 9 информации об отраженных световых импульсов, как реакций на деформации волоконно-оптического кабеля 6 под воздействием деформаций рельсового пути на распространение по этому кабелю 6 отраженных тестовых световых импульсов.
Сигналы АЛС, передаваемые каждому поезду, учитывают запомненное в ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления место положения движущегося или остановившегося предыдущего поезда. Контроль целостности составов поездов осуществляется по отсутствию на перегоне оторвавшихся вагонов. Положение на перегоне оторвавшихся вагонов, если они появляются, фиксируется в ЭВМ 1 центра по шумовому следу пока они еще находятся в движении, а затем после их остановки по давлению, которым они воздействуют на рельсовый путь и по занятию ими рельсовых цепей 11.
Использование для интервального регулирования сигналов АЛСН и АЛС-ЕН позволяет использовать систему для управления движением локомотивов с любыми бортовыми устройствами обеспечения безопасности движения и не требует наличия на них спутниковых навигаторов. Отсутствие на перегоне необходимости в радиосвязи между удаленными поездами и радиосвязи со станцией и отсутствие необходимости в спутниковой  навигации упрощает  систему и делает ее лучше приспособленной к использованию в пустынных местностях с плохими условиями для технической эксплуатации напольной инфраструктуры, например, в районах крайнего Севера.
Обмен управляющей и контрольной информацией между ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления и блоками 13 напольной аппаратуры питающих концов,  блоками15 напольной аппаратуры приемных концов рельсовых цепей 11 осуществляется по цифровой линии передачи данных, проходящей и через связевые  оптические волокна 19 оптоволоконного кабеля 6.
Быстродействующие оптические каналы цифровой передачи данных обеспечивают поступление от ЭВМ 1 центра команд управления локомотивами по АЛСН практически в реальном времени.
Электропитание напольных электронных устройств системы может осуществляться от двух проводной линии 16 силового электропитания, проложенной в том же оптоволоконном кабеле 6 или опционально от отдельно проложенной линии, а также от автономных источников питания. Двухпроводная линия 16 обеспечивает нормальное питание блоков напольной аппаратуры питающих концов только на расстоянии 10-20 км, поэтому эта двухпроводная линия 16 поделена в кабеле 6 на секции, электропитание которых осуществляется от своих первичных источников электропитания (на чертеже не показано).
Процессор 2 ЭВМ 1 центра диспетчерского контроля и управления за счет совместной обработки данных оптических тестовых сигналов от станционного блока 9 формирования и анализа импульсных световых сигналов, а также за счет работы программного модуля 5 комплексной обработки данных, с необходимой достоверностью   классифицирует события, на которые реагирует жила сенсорного оптического волокна 8 оптоволоконного кабеля 6.
Совместная обработка процессором 2 данных о занятости рельсовых цепей 11 и шумовых портретов позволяет использовать в полной мере большую информационную избыточность принимаемых первичных сигналов для проверки параметров изменения шумового следа поезда и соответствия его положения моментам времени прохождения состава поезда границ рельсовых цепей 11.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение перегонной и локомотивной аппаратуры и обеспечивает применимость ее для управления локомотивами, не имеющими современные устройства АЛСН числового кода, что дает возможность использовать систему в малонаселенных районах с тяжелыми условиями эксплуатации напольной аппаратуры.