СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПУТИ ВАГОНА-ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR DETECTION OF TRACK MEASUREMENT CAR LOCATION ON RAILWAY TRACK AND SYSTEM FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к технике железнодорожного транспорта, в частности к технике определения местоположения путеизмерительного средства на железнодорожном пути с помощью путевых устройств.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ определения местоположения на железнодорожном пути (далее возможно использование эквивалентного термина «путь») компьютеризированного вагона-лаборатории типа КВЛ-Э для испытаний контактной сети (далее - вагон-путеизмеритель), в котором в процессе движения вагона-путеизмерителя с железнодорожной станции регистрируют моменты появления путевых устройств и измеряют пройденное расстояние, полученные данные запоминают и с их помощью определяют местоположение вагона-путеизмерителя. Этот способ и система для его реализации приняты за прототип.
Система для реализации этого способа определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя включает путевые устройства и вагон-путеизмеритель, в состав которого входят датчик обнаружения путевых устройств, вычислитель, пульт управления, одометр (измеритель пройденного пути) и запоминающее устройство, причем, датчик обнаружения путевых устройств, одометр, запоминающее устройство и пульт управления соединены своими информационными портами с соответствующими информационными портами вычислителя.
В качестве путевых устройств в прототипе используют опоры подвески контактного провода, а в качестве датчика обнаружения путевых устройств применяют «Отметчик опор ДО» (рекламный листок «ОТМЕТЧИК ОПОР ДО» ©ЗАО НПЦ «ИНФОТРАНС», 2004, г.Самара; рекламный листок «Компьютеризированный вагон - лаборатория для испытания контактной сети КВЛ-Э» ©ЗАО НПЦ «ИНФОТРАНС», 2006, г.Самара). «Отметчик опор ДО» (датчик обнаружения путевых устройств) работает по принципу локации опор подвески контактного провода инфракрасным (ИК) лучом и выдает двоичную информацию типа «есть»-«нет» («1»-«0»).
При всех достоинствах этого способа и системы для его реализации следует заметить, что не исключены его сбои, вызванные сбоями датчика обнаружения путевых устройств ("Отметчика опор ДО"), например, при интенсивных атмосферных осадках, ведущих к пропуску регистрации моментов прохождения мимо него опор подвески контактного провода. Полученные с помощью датчика обнаружения путевых устройств данные содержат минимум информации и поэтому не могут быть использованы и скорректированы без привлечения информации о пройденном вагоном-путеизмерителем расстоянии, получаемой с помощью одометра.
Кроме того, способ и система для его осуществления не обеспечивают автоматической информационной «привязки» железнодорожных станций к пути (например, их географических координат и названий, принятого на железной дороге километража, и т.п.).
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемого способа и системы для его реализации, является обеспечение надежного автоматического определения местоположения вагона-путеизмерителя на железнодорожном пути.
Технический результат достигается тем, что в способе определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя, в котором в процессе движения вагона-путеизмерителя с железнодорожной станции регистрируют моменты появления путевых устройств, полученные данные запоминают и с их помощью определяют местоположение вагона-путеизмерителя, согласно изобретению оснащают методом случайной выборки путевые устройства читаемыми метками, считывают информацию с них, преобразуют эту информацию в двоичную кодовую последовательность пути, которую запоминают, в процессе определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя считывают информацию с читаемых меток, преобразуют эту информацию в двоичную кодовую последовательность местоположения, которую запоминают, вычисляют функцию взаимной корреляции двоичной кодовой последовательности местоположения и двоичной кодовой последовательности пути, находят ее абсолютный экстремум, при этом выявляют и корректируют возможные погрешности двоичной кодовой последовательности местоположения и определяют реальное положение вагона-путеизмерителя относительно путевых устройств по положению двоичной кодовой последовательности местоположения относительно двоичной кодовой последовательности пути, а по выявленным возможным погрешностям двоичной кодовой последовательности местоположения судят об исправностях путевых устройств,
а в системе для реализации способа определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя, включающей путевые устройства и вагон-путеизмеритель, в состав которого входят датчик обнаружения путевых устройств, вычислитель, пульт управления и запоминающее устройство, причем датчик обнаружения путевых устройств, запоминающее устройство и пульт управления соединены своими информационными портами с соответствующими информационными портами вычислителя, согласно изобретению путевые устройства оснащены читаемыми метками методом случайной выборки, датчик обнаружения путевых устройств выполнен с возможностью считывания читаемых меток, которые выполнены с равновероятными информационными содержаниями, соответствующими символам «0» или «1», причем читаемые метки путевых устройств железнодорожных станций выполнены с возможностью записи в них информации.
На чертеже представлена структурная схема системы, которая позволяет осуществлять способ определения местоположения вагона-путеизмерителя на железнодорожном пути с помощью путевых устройств, а в таблице приведены примеры вычисления значений функции взаимной корреляции двоичной кодовой последовательности пути и двоичной кодовой последовательности местоположения (см. ниже) и поиска экстремума этой функции.
Система состоит из следующих основных элементов: путевые устройства 1.1, 1.2, …1.k, …1.n, читаемые метки 2.1, 2.2, …2.k, …2.n, вагон-путеизмеритель 3, движущийся в направлении стрелки 4, датчик обнаружения путевых устройств 5, пульт управления 6, запоминающее устройство (ЗУ) 7, вычислитель 8 и локальный канал связи 9. Железнодорожный путь и железнодорожные станции условно на чертеже не показаны.
В системе вдоль железнодорожного пути расположены путевые устройства 1.1, 1.2, …1.k, …1.n, например опоры подвески контактного провода, на которых размещены читаемые метки 2.1, 2.2, …2.k, …2.n. Они (за исключением читаемых меток железнодорожных станций) содержат постоянную информацию, эквивалентную символам "1" или "0" так, чтобы обеспечивалась равновероятность выбора "1" или "0" при их установке на путевые устройства 1.1, 1.2, …1.k, …1.n.
В читаемые метки железнодорожных станций записана семантическая информация идентификации соответствующей железнодорожной станции, в том числе определяющая ее в сети дорог страны (например, наименование, «привязки» к километражу пути и географическим координатам, направление движения и т.д.). Эти читаемые метки выполнены с возможностью программирования и устанавливаются, например, непосредственно за выходным стрелочным переводом соответствующей железнодорожной станции.
Информация идентификации железнодорожных станций упрощает получение необходимых данных, в том числе, по требованиям потребителей и необходима для воспроизведения на пульте управления 6.
Датчик обнаружения путевых устройств 5 выполнен с возможностью считывания информации, записанной на любой из читаемой меток 2.1, 2.2, …2.k, …2.n. Локальный канал связи 9 (например, радиоканал) соединяет датчик обнаружения путевых устройств 5 и читаемую метку, например, 2.1 в тот момент, когда она попадает в поле зрения датчика обнаружения путевых устройств 5, определяемое диаграммами направленности датчика обнаружения путевых устройств 5 и читаемой метки.
Способ определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя реализуется системой для его осуществления, представленной на чертеже и в приведенном выше ее описании.
Сперва создают своеобразную «карту» железнодорожного пути (ниже она обозначена как двоичная кодовая последовательность пути - ДКПП) и запоминают ее в запоминающем устройстве 7.
В этом процессе с помощью движущегося с определенной железнодорожной станции (она является исходным пунктом маршрута - ИПМ) в направлении 4 вагона-путеизмерителя 3 последовательно считывают информацию с читаемых меток 2.1, 2.2, …2.k, …2.n датчиком обнаружения путевых устройств 5 посредством локальных каналов связи 9 как двоичную кодовую последовательность пути (ДКПП) и запоминают ее в запоминающем устройстве 7. Этим методом путевые устройства 1.1, 1.2, …1.k, …1.n, снабженные читаемыми метками 2.1, 2.2, …2.k, …2.n, точно представляют в ДКПП и по наличию, и по месту расположения относительно таковых же.
Информацией о железнодорожных станциях (ее получают от читаемых меток железнодорожных станций) в ДКПП обеспечивают абсолютную «привязку» путевых устройств 1.1, 1.2, …1.k, …1.n к железнодорожному пути.
Локальные ДКПП (полученные по отдельным железным дорогам) «сшивают», при необходимости, в глобальную ДКППРФ страны посредством абсолютной «привязки» путевых устройств 1.1, 1.2, …1.k, …1.n к железнодорожному пути.
Аналогично формируют и запоминают в ЗУ 7 двоичную кодовую последовательность местоположения (ДКПМ) в режиме определения местоположения вагона-путеизмерителя 3 на железнодорожном пути в процессе его движения от ИПМ, который реализуют, например, с момента подачи команды исполнения этого режима с пульта управления 6. При этом автоматически запрашивают соответствующую локальную ДКПП с началом от ИПМ (при необходимости используют ДКППРФ) из запоминающего устройства 7 и начинают вычислять функцию взаимной корреляции ДКПП и ДКПМ (ФВК) с помощью вычислителя 8.
ФВК вычисляют как, например, отношение суммы результатов операций "Исключающее ИЛИ" соответствующих символов ДКПМ и ДКПП к числу символов ДКПМ (учитывают только число символов, содержащихся в ДКПМ или ее фрагменте) и находят ее экстремум (пример вычисления значений ФВК и поиска ее экстремума приведен в таблице).
В идеальном случае (соответствующие символы ДКПМ и ДКПП одинаковы) экстремум ФВК равен 1. Такой экстремум ФВК назовем абсолютным экстремумом ФВК.
Абсолютный экстремум ФВК соответствует точному совмещению ДКПМ с ДКПП и, соответственно, точному положению вагона-путеизмерителя 3 относительно путевых устройств 1.1, 1.2, …1.k, …1.n и железнодорожных станций. Поэтому начало ДКПМ (первый момент прохождения соответствующего путевого устройства в поле зрения датчика обнаружения путевых устройств 5) ставят в соответствие началу процесса определения местоположения вагона-путеизмерителя 3 относительно путевого устройства, а конец (последний момент прохождения соответствующего путевого устройства) - текущему положению вагона-путеизмерителя 3 относительно этого путевого устройства.
В случае отсутствия абсолютного экстремума ФВК реализуют его поиск, в процессе которого выявляют и восстанавливают конкретные потерянные символы ДКПМ. Потеря символа ДКПМ означает, что имеется дефект конкретного путевого устройства или его читаемой метки.
Результаты работы способа навигации на железнодорожном пути отображают на пульте управления 6, например, как названия известных сооружений пути, снабженные необходимой служебной информацией (например, "12:48.22. 2010.08.08 Пройдена ст."Асаново" или "06:48.22. 2010.08.18. Неисправность "123 опора подвески КП, 456 км").
Таким образом, в приведенном примере (см. таблицу) вагон-путеизмеритель 3 начал двигаться до считывания позиции 17 ДКПП (например, "11:48.02. 2010.10.08. Выходная стрелка ст."Макушино") и находится на железнодорожном пути после прохождения позиции 23 ДКПП (например, "11:49.22. 2010.10.08. 188 опора подвески КП, 98 км"). Поиск экстремума ФВК в общем случае осуществляют для всех возможных положений ДКПМ относительно ДКПП.
Информацию (ДКПП, ДКППРФ) запоминающего устройства 7 при необходимости меняют известными методами (с помощью радиосвязи, мобильного Internet, жестких дисков, компакт - дисков и т.п.).
Читаемые метки могут быть, например, реализованы в технологии RFID (Radio Frequency Identification - радиочастотная идентификация с помощью радиочастотных [читаемых] меток). Появилась тенденция внедрения на железнодорожном транспорте технологии радиочастотных меток (RFID меток), например, для маркировки подвижной железнодорожной единицы (см., например, сайт http://wireless.symmetron.ru/philips.products.shtml). С таких меток обеспечивается автоматическое дистанционное считывание записанной информации с помощью специального радиочастотного считывателя (аналог датчика обнаружения путевых устройств 5). RFID метки дешевы, надежны, миниатюрны, не требуют источника электропитания и могут работать в очень тяжелых условиях эксплуатации (пример тому - программируемые проездные многоразовые билеты в московском метрополитене, оснащенные аналогичными метками). Потенциально RFID метки могут применяться на путевых устройствах для определения местоположения подвижной единицы относительно них.
Как показано выше, такие метки и технология работы с ними могут быть предельно простыми (и, следовательно, дешевыми) из-за минимального объема записанной в них постоянной информации и принципиально не требуют специальной "привязки" этой информации к путевым устройствам. Это означает, что еще на этапе изготовления кристаллов читаемых меток (полупроводниковая технология) они могут быть запрограммированы (т.е., они не требуют специальной операции программирования).
Принципиально случайный характер информации, содержащейся в ДКПП, исключает какие-либо сортировки читаемых меток в технологии работы с ними. В этом смысле они поставляются "навалом", т.е. без сортировки по записанной в них информации, и используются путем случайной выборки, например, в процессах простейших операций установки в любой последовательности на путевые устройства (на железнодорожных станциях устанавливаются программируемые читаемые метки).
Несомненно, возможно применение программируемых читаемых меток или их функциональных аналогов, например, для выделения специальных отдельных путевых устройств, дублирования сигналов путевой сигнализации и т.п.
Проведя анализ уровня техники по научно-техническим и патентным источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, тождественными (идентичными) признакам заявляемого изобретения «Способ определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя и система для его реализации». Анализу предшествовал поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения.
Определение из перечня аналогов наиболее близкого технического решения (прототипа) позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемых «Способе определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя и системе для его реализации», изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».
Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень» заявителем проведен дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого «Способа определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя и системы для его реализации». Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Критерий «промышленная применимость» подтверждается тем, что предлагаемые «Способ определения местоположения на железнодорожном пути вагона-путеизмерителя и система для его реализации» могут быть успешно и с большой эффективностью применены в России и СНГ.
При вычислении значения ФВК для данного положения ДКПМ относительно ДКПП определяют отношение числа совпавших символов этих последовательностей к числу символов ДКПМ.