Арктическая система вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта
ARCTIC SYSTEM OF GROUND TRANSPORT DRIVING AND NAVIGATION SUPPORT

Изобретение относится к системам управления вождением наземных транспортных средств в арктических условиях.
В дальнейшем, при характеристике разработанного технического решения, будет использован термин «металломинерализированные грунтовые дорожки». В контексте данной заявки он означает грунтовые дороги, в составе покрытия которых есть признаки любого детектируемого металла или металл в любом виде, например в виде гранул, обедненной металлосодержащей руды и т.д.
Арктический сектор РФ характеризуется тяжелыми метеоклиматическими и рельефно-почвенными условиями, а также сложностью навигационного обеспечения в высоких географических широтах. К этому следует добавить экстремально низкие температуры, длительные туманы, значительные снежные осадки и сильные ветры, при которых дороги и их обозначения становятся трудно различимыми, практически непригодными для эксплуатации в навигационном отношении. Эти обстоятельства, особенно в условиях малой населенности, существенно отягощаются в период полярной ночи при отсутствии средств навигации, коммуникации, инфраструктуры жизнеобеспечения.
Между тем, программа освоения арктического сектора РФ актуализирована и имеет целью развитие населенного жизнедеятельного пространства для эффективного использования значительной природно-ресурсной базы, а также в интересах повышения военно-оборонного потенциала.
Известна (RU патент 2515128, опубл. 10.05.2014) автоматизированная система на автотранспорте, включающая в себя устройство записи и воспроизведения информации на магнитных носителях, магнитофон, компьютер, жидкокристаллический монитор, звуковой динамик, ультракоротковолновый передатчик, причем в качестве магнитного носителя информации служит дорожное покрытие автодороги с ферромагнитным материалом, головка воспроизведения и обратная связь устанавливаются на автомобиле перпендикулярно дорожному покрытию и регистрируют изменение магнитного поля в момент движения автотранспорта по специально оборудованным участкам дороги с магнитным носителем, колебания магнитного поля, преобразованные электромагнитной головкой, поступают на микропроцессор, автотранспортное средство, двигаясь по дорожному покрытию с ферромагнитным наполнителем, считывает записанную на этом отрезке дороги информацию, обрабатывает ее и направляет к исполнительным устройствам автотранспортного средства, электронному датчику идентификационного кода (vin), устройствам оповещения, монитору и звуковому динамику, а также к бортовому компьютеру автотранспортного средства, информация, получаемая при движении автотранспортного средства согласно устанавливаемым алгоритмам программы, автоматически ограничивает скорость движения, делает невозможным выезд на полосу встречного движения, принудительно останавливает автотранспортное средство при проезде перекрестков и железнодорожных переездов на запрещающие сигналы светофора и идентифицирует автотранспортное средство.
Известная система сложна в изготовлении и обслуживании, используемое оборудование механически не прочно и требует дорожного покрытия высокого качества.
Известна (RU патент 2596244, опубл. 10.09.2016) арктическая подводная навигационная система для вождения и навигационного обеспечения надводных и подводных объектов навигации в стесненных условиях плавания, содержащая проложенный по дну ведущий кабель, береговой генератор тока и судовую аппаратуру, при этом дополнительно вдоль трассы кабеля установлены, по меньшей мере, два гидроакустических маяка с различающимися частотами излучения импульсных сигналов, синхронизированных по тому же кабелю, при этом судовая аппаратура выполнена с возможностью определения положения объекта вдоль кабеля по гиперболическим изолиниям, соответствующим измеренным разностям времен прохождения сигналов от пары гидроакустических маяков, координаты которых заведомо известны.
Недостатком известного технического решения следует признать узкую область применения - только судовождение.
Известна (RU заявка 2015139940, решение о выдаче патента от 13.02.2017) навигационная система маршрутного пилотирования летательных аппаратов в арктических акваториях, содержащая проложенный между взлетно-посадочными пунктами материково-островной акватории подводный токоведущий кабель низкой частоты питания, а на летательных аппаратах установлено забортное приемное устройство, состоящее, по меньшей мере, из трех ортогонально расположенных магнитоприемников, оси чувствительности которых направлены по трем главным осям летательного аппарата, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подводным токоведущим кабелем.
Недостатком известного технического решения следует признать узкую область применения - только летательные аппараты.
Техническая задача состоит в разработке транспортной системы вождения и навигационного обеспечения маршрутных дорог магистрального и регионального назначения, надежно функционирующей, всепогодной, круглогодичной, устойчивой к различным внешним воздействиям, к физическим полям естественной природы или искусственного их происхождения с целью противодействия, в частности, радиоэлектронными средствами, работающей автономно и не требующей спутниковых или других навигационных систем, например инерциальных.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной системы, состоит в создании единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного транспорта в арктическом секторе РФ, не зависящей от спутниковых и навигационных систем навигации, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную арктическую систему вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта. Для навигационного обеспечения и вождения транспорта по магистральным дорогам она содержит подземный токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока, причем указанный токоведущий кабель выполняет функцию навигационного обозначения трассы.
Дополнительно система содержит бортовую регистрирующую аппаратуру, включающую два ортогонально расположенных в горизонтальной плоскости транспортного средства индукционных магнитоприемника, и бортовое устройство регистрации параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, генерируемого подземным токоведущим кабелем.
Для навигационного обеспечения и вождения транспорта по региональным дорогам она содержит расположенные вдоль дороги металломинерализированные грунтовые дорожки, железобетонные плиты с ориентированной вдоль дороги арматурой, обесточенные кабели и другие металлосодержащие подземные коммуникации, а также бортовую аппаратуру, содержащую детектор металлов, и бортовое устройство регистрации параметров детекции, подключенное к указанному детектору.
При реализации разработанной системы для группы островов архипелага, а также организации трассы между островами и материком, также использован токоведущий кабель, подключенный к генератору переменного тока и обеспечивающий вождение водоизмещающих транспортных средств типа амфибии, например, тягача с положительной плавучестью, а также неводоизмещающих транспортных средств, например экранопланов, при этом навигационное сопровождение дополнительно обеспечено телеметрической информацией обозначения.
В настоящее время основными средствами наземного транспорта Арктики являются вездеходы, снегоболотоходы, например легкие плавающие типа «Тайга» или ТТМ4902 в различных модификациях - пассажирские, грузовые, специализированные для обслуживания промышленных, производственных или военных объектов и другие. Их дополнительное оборудование бортовой регистрирующей аппаратурой, не содержащей уникальных узлов и блоков, достижимо.
Сущность изобретения состоит в том, что вождение и навигационное обеспечение арктического наземного транспорта магистрального назначения будет осуществляться по токоведущему подземному кабелю, а для региональных дорог - по дорожным «ведущим» полосам, выполненным вдоль дороги в виде траншей или каналов, засыпанных металломинерализованным грунтом, бетонным плитам с металлической арматурой, ориентированной вдоль дороги, подземным обесточенным кабелям и другим металлосодержащим подземным коммуникациям, которые детектируются по принципу «металлоискателя».
При этом по магистральной трассе дополнительно размещают датчики измерения толщины снежного покрова, а также датчики радиолокационного обзора и средства трансляции информации по кабельной линии связи в пункты управления и мониторинга.
Для навигационной ориентации на всей прилегающей прибрежной области континентальной Арктики, включая наземное и воздушное пространство со всеми объектами и субъектами навигации, по трассе ведущего кабеля устанавливают радиомаяки, координаты которых заведомо известны.
Кроме того, для обозначения объектов инфраструктуры, дорожных знаков предупреждения, навигационных ориентиров, например километровых отметок пройденного расстояния, станций технического обслуживания, топливозаправочных станций, мест отдыха и обогрева, а также и других обозначений используют установленные вдоль ведущего кабеля телеметрические датчики, соответствующая информация с которых попадает в блок управления бортового устройства для визуального отображения или звуко-голосового сопровождения навигации.
Для передачи экстренной телеметрической информации, например для связи с пунктами мониторинга и управления, или для приема предупреждений МЧС, а также для передачи прочей телеметрической информации используют модулированный в ведущем кабеле сигнал, информацию с которого передают для визуального отображения или звуко-голосового информирования.
На Фиг. 1 приведена функциональная блок-схема одного из вариантов выполнения приемного устройства для вождения по магистральным маршрутам и бортового прибора, содержащих индукционный приемник 1, предварительный усилитель 2, блок усилителей и преобразователей 3, модуль управления транспортом 4, преобразователь телеметрической информации 5, автомат предупреждения заноса 6, блок предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, аппарат связи 8, интерфейс 9, вычислительное устройство 10, блок отображения информации 11 и блок питания 12, при этом выход индукционного приемника 1 через последовательно установленные предварительный усилитель 2 и блок усилителей и преобразователей 3 подключен к модулю управления транспортом 4, к которому также подключен автомат предупреждения заноса 6, к входу которого подключен модуль управления транспортом 4, к блоку отображения информации 11 подключены модуль управления транспортом 4, преобразователь телеметрической информации 5, блок предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, интерфейс 9, вычислительное устройство 10, второй выход блока предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7 подключен к интерфейсу 9, второй выход интерфейса 9 подключен к вычислительному устройству 10, блок питания 12 подключен к блоку усилителей и преобразователей 3, модулю управления транспортом 4, преобразователю телеметрической информации 5, автомату предупреждения заноса 6, блоку предупреждения о дорожных знаках и инфраструктуре 7, аппарату связи 8, интерфейсу 9, вычислительному устройству 10, блоку отображения информации 11.
На Фиг. 2 приведена функциональная блок-схема одного из вариантов реализации приемного устройства и бортового прибора, содержащая излучатель электромагнитного поля 13, индукционные магнитоприемники 14 и 15, предварительные усилители 16 и 17, усилители 18 и 19, блоки преобразования 20 и 21, блок отображения информации 22 и блок питания 23, при этом индукционный магнитоприемник 14 через предварительный усилитель 16, усилитель 18 и блок преобразования 20 подключен к блоку отображения информации 22, а индукционный магнитоприемник 15 через предварительный усилитель 17, усилитель 19 и блок преобразования 21 также подключен к блоку отображения информации 22, излучатель электромагнитного поля 13, индукционные магнитоприемники 14 и 15, предварительные усилители 16 и 17, усилители 18 и 19, блоки преобразования 20 и 21 и блок отображения информации 22 подключены к блоку питания 23.
Излучатель 13 установлен на борту транспортного средства, он излучает электромагнитный сигнал, и в случае, если под излучателем расположена металлосодержащая поверхность (блоки с арматурой, обесточенный кабель и т.д.), приемник детектирует ответный сигнал от такой поверхности. По наличию ответного сигнала и по уровню сигнала и происходит вождение.
На фиг. 1 приведен вариант реализации разработанной системы для случая магистральной трассы с токоведущим кабелем, сигнал от которого детектируется бортовым устройством, и по этому сигналу и происходит вождение и навигационное обеспечение. На Фиг. 2 приведен вариант с региональной дорогой, где нет токоведущего кабеля, но есть металлосодержащая поверхность, бортовая аппаратура излучает сигнал, принимает ответный сигнал от поверхности и по этому сигналу и происходит вождение и навигационное обеспечение.
Осуществление изобретения и его практическое использование можно ожидать в следующих основных направлениях:
1. Проведение проектно-изыскательских работ по выбору и обоснованию магистральной трассы и региональных дорог маршрутного транспорта, включая и объекты инфраструктуры, а также разработка типовых проектов региональных и местных дорог для объектов и субъектов навигационного обеспечения.
2. Опытно-конструкторская разработка бортовой аппаратуры наземного транспорта и средств навигационной ориентации индивидуального или группового пользования.
3. Разработка модуля автоматизированного управления вождением маршрутного грузового транспорта по «ведущему кабелю» в виде опции для самостоятельной поставки.
4. Следует отметить перспективу создания единой интегрированной системы навигационного обеспечения наземного, надводного, подводно-подледного (RU патент 2596244 ,опубл. 10.09.2016) и воздушного пространства арктического сектора РФ (RU, заявка 2015139940, решение о выдаче патента от 13.02.2017) не зависящее от спутниковой навигационной системы, не подверженной средствам радиоэлектронного противодействия, надежно работающей в особых климатических и навигационных условиях высоких широт.