Группа изобретений предназначена для регулирования движения на железнодорожном транспорте и, в частности, для отслеживая взаимных расстояний между участниками железнодорожной транспортной системы с целью предотвращения аварийных ситуаций, в том числе угрожающих жизни или здоровью людей, преимущественно, работников дороги.
Известна система автоматического речевого оповещения на участках железной дороги, включающая в себя пульт управления оповещением, устанавливаемый на посту диспетчерской централизации, который осуществляет сбор информации о поездной ситуации на станции и передает эту информацию по радиоканалу на радиостанцию руководителя работ (система «Сирена-СР»). Использование данной системы ограничено, поскольку она может использоваться лишь на станциях (или территориях, лежащих в непосредственной близости от станций). Слежение за оперативной обстановкой осуществляется также в ограниченном объеме, поскольку определяется лишь одной целью - предупреждения работников дороги, находящихся непосредственно в зоне рельсовой колеи, о приближении поезда.
Известен способ слежения за оперативной обстановкой на железной дороге, при котором с помощью излучателей, расположенных вдоль рельсовой колеи на заданных расстояниях друга от друга, передают кодовые сигналы, включающие в себя коды идентификаторов излучателей, осуществляют прием и обработку указанных сигналов и по ним отслеживают перемещение находящихся в области рельсовой колеи железной дороги мобильных объектов - дорожных рабочих и/или подвижного состава. Способ предложено реализовать в железнодорожной автоматизированной системе слежения за оперативной обстановкой, содержащей расположенные вдоль рельсовой колеи на заданных расстояниях друга от друга излучатели, каждый из которых имеет идентификатор и выполнен с возможностью формирования и передачи кода этого идентификатора, и средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте (патент США №6565046, опубликованный 20.05.2003). В данной системе слежение за оперативной обстановкой направлено на обнаружение препятствий на пути автоматически управляемого транспортного средства, в нем отсутствует возможность автоматической привязки непрерывно перемещающегося объекта к системе координат. Также в известном способе не предусмотрено фиксирование перемещения мобильных объектов. Кроме того, с помощью данного известного технического решения невозможно осуществить сбор и передачу оперативных данных о текущем местоположении мобильных объектов, а также обеспечить представление обобщенной информации для административных органов управления железной дорогой.
Известна система передачи и обработки информации для железнодорожной автоматизированной системы слежения за оперативной обстановкой (ЖАС СО), содержащая информационно-транспортную сеть, включающую в себя компьютеры, осуществляющие сбор и обобщение данных для передачи в диспетчерский пункт и прием данных из диспетчерского пункта, а также компьютерную сеть обработки данных, включающую в себя локальные вычислительные сети диспетчерских пунктов, каждая из которых содержит сервер, хранящий базу данных, включающую данные о координатной сети участка пути, и рабочую станцию (полезная модель RU №8132, опубликованная 16.10.1998). В данной системе, однако, отсутствует возможность точного определения текущего местоположения движущегося (мобильного) объекта, что снижает эффективность данной системы и не в полной мере позволяет предупредить аварийные ситуации, связанные с наездом подвижного состава на дорожных рабочих.
Целью настоящего изобретения является создание многоуровневой, иерархической, территориально-распределенной автоматизированной системы слежения за оперативной обстановкой, что обеспечивает:
- непрерывное, в масштабе времени, близком к реальному, слежение за перемещением мобильных объектов (подвижного состава и работников дороги) на территории участка железной дороги;
- поддержание в актуальном состоянии базы данных системы;
- реализацию прикладных программ управления и контроля, программ сбора и обработки статистических данных;
- представление административным органам железной дороги обобщенной информации об оперативной обстановке.
Технический результат, обеспечиваемый упомянутым изобретением, заключается в обеспечении автоматической привязки каждого непрерывно перемещающегося мобильного объекта к заданной (заранее выбранной) системе координат, фиксирование перемещения мобильных (движущихся) объектов, повышение точности определения текущего местоположения мобильных объектов, а также расширение функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении возможности осуществления сбора и передачи с помощью радиосети оперативных данных о текущем местоположении мобильных объектов и представления обобщенной информации для административных органов управления железной дорогой.
Технический результат достигается тем, что в способе слежения за оперативной обстановкой, при котором с помощью излучателей, расположенных вдоль рельсовой колеи на заданных расстояниях друга от друга, передают кодовые сигналы, включающие в себя коды идентификаторов излучателей, осуществляют прием и обработку указанных сигналов и по ним отслеживают перемещение находящихся в области рельсовой колеи железной дороги мобильных объектов - работников дороги и/или подвижного состава, причем частоты передаваемых кодовых сигналов каждых двух соседних излучателей не совпадают, прием каждого кодового сигнала осуществляют средством, размещенным на соответствующем мобильном объекте, преобразуют указанные кодовые сигналы в радиосигналы и передают их на пункты доступа, где указанные сигналы ретранслируются на другие мобильные объекты, находящиеся в области рельсовой колеи, и на диспетчерские пункты.
Технический результат достигается также и тем, что железнодорожная автоматизированная система слежения за оперативной обстановкой, содержащая расположенные вдоль рельсовой колеи на заданных расстояниях друга от друга излучатели, каждый из которых имеет идентификатор и выполнен с возможностью формирования и передачи кода этого идентификатора, и средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте, снабжена двумя группами мобильных комплектов обработки информации и сигнализации, первая из которых предназначена для работников дороги, а вторая - для установки на подвижных составах: непосредственно на локомотиве и на сцепном устройстве локомотива или последнего вагона, и стационарными комплектами обработки информации и сигнализации, при этом группы мобильных комплектов обработки информации и сигнализации и стационарные комплекты обработки информации и сигнализации связаны между собой сетью обмена данными.
Кроме того, технический результат достигается тем, что система передачи и обработки информации для железнодорожной автоматизированной системы слежения за оперативной обстановкой, содержащая информационно-транспортную сеть, включающую в себя компьютеры, осуществляющие сбор и обобщение данных для передачи в диспетчерский пункт и прием данных из диспетчерского пункта, а также компьютерную сеть обработки данных, включающую в себя локальные вычислительные сети диспетчерских пунктов, каждая из которых содержит первый сервер, хранящий базу данных, включающую данные о координатной сети участка пути, и рабочую станцию, снабжена излучателями, имеющими индивидуальные идентификаторы и предназначенными для размещения в узлах координатной сети участка пути, радиосетью обмена данными о текущем положении объектов, находящихся в зоне действия железнодорожной автоматизированной системы слежения, а для поддержки отображения данных о текущем положении упомянутых объектов на мониторах рабочих станций в системе предусмотрен второй сервер, взаимодействующий с первым сервером, при этом локальные вычислительные сети диспетчерских пунктов объединены отраслевой интрасетью.
В частных случаях выполнения способа предусмотрено, что каждый из идентификаторов излучателей занесен в таблицу (или упорядочен в виде координатной сетки), при этом каждым двум идентификаторам соответствует отрезок, длина которого равна расстоянию между излучателями, имеющими указанные идентификаторы, а по радиосигналам, преобразованным из кодовых сигналов, принятых двумя приемными средствами, установленными на подвижном составе, определяют целостность и/или длину этого состава. Вместе с радиосигналами с мобильного объекта на пункт доступа передают данные об идентификаторе указанного мобильного объекта, и времени отправления сигнала, к которому приравнивается время приема от излучателей отправляемого сигнала.
В частных случаях выполнения системы стационарные комплекты обработки информации и сигнализации размещены в пунктах доступа, которые расположены на заданных (заранее определенных и выбранных) расстояниях друг от друга в зоне вдоль рельсовой колеи. Каждый из комплектов обработки информации и сигнализации, установленный в кабине локомотива, включает в себя компьютер, связанный с двухканальным приемником излучения, цифровыми приемником и передатчиком радиосигналов на частотах первого канала, звуковым сигнализатором и системой управления торможением локомотива, при этом каждый из комплектов обработки информации и сигнализации, предназначенный для установки на сцепном устройстве последнего вагона состава, включает в себя микропроцессор, связанный с двухканальным приемником излучения, ультразвуковым приемопередатчиком, цифровыми приемником и передатчиком радиосигналов на частотах первого канала. Каждый пункт доступа включает в себя компьютер, к которому подключены два приемопередатчика, осуществляющие прием и передачу радиосигналов на частотах второго канала, и который связан с ретранслятором, предназначенным для приема и передачи сигналов на частотах первого канала. Комплекты обработки информации и сигнализации для работников дороги выполнены в виде носимого оборудования, предназначенного, соответственно, для ношения последними, в частности, размещенного на сигнальной одежде работников дороги. В качестве излучателей использованы инфракрасные излучатели, а в качестве приемников излучения - приемники инфракрасного излучения. Микропроцессор комплекта обработки информации и сигнализации для работников дороги запрограммирован с возможностью формирования сигнала оповещения о приближении подвижного состава, а средства сигнализации, предназначенные для работников дороги, включают в себя звуковую сигнализацию, и/или световую сигнализацию, и/или вибросигнализацию. Излучатели предпочтительно разместить на имеющихся на железной дороге инженерных сооружениях, в частности, на тросовых растяжках контактной сети электрофицированной железной дороги. Оборудование пункта доступа размещено предпочтительно в термостатированном шкафу, при этом упомянутые пункты доступа предпочтительно разместить на имеющихся на железной дороге инженерных сооружениях, в частности, пункты доступа могут быть размещены на опорах контактной сети. Компьютер комплекта обработки информации и сигнализации, установленный на локомотиве подвижного состава, запрограммирован с возможностью определения по информации, поступающей от излучателей собственного текущего местоположения, определения текущей скорости и временных параметров движения, и отображения на экране компьютера оперативной обстановки в заданном радиусе с учетом информации, поступающей по первому радиоканалу, а также с возможностью формирования сигнала включения торможения в случае отсутствия в течение заданного промежутка времени сигнала, получаемого по радиосети обмена данными от комплекта обработки информации и сигнализации, установленного на сцепном устройстве последнего вагона указанного подвижного состава. Средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте, включают в себя вычислительную среду, имеющую по меньшей мере два сервера, первый из которых включает в себя базу данных, содержащую историю развития оперативной обстановки, а второй предназначен для взаимодействия с рабочими станциями диспетчеров, осуществляющими решение прикладных задач организации движения и визуализацию оперативной информации на основе данных, выбираемых вторым сервером из базы данных первого упомянутого сервера. Второй сервер запрограммирован с возможностью считывания последнего обновления базы данных первого сервера и передачи этого обновления для отображения на мониторе рабочей станции. Средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте, выполнены с возможностью формирования сообщений, отражающих обобщенную информацию об оперативной обстановке на диспетчерском участке, а также их передачи административным органам железной дороги средствами отраслевой интрасети.
На фиг.1 представлена обобщенная структурная схема системы.
На фиг.2 показан участок железной дороги, оборудованный железнодорожной автоматизированной системой слежения за оперативной обстановкой.
На фиг.3 представлена структурная схема системы мобильного комплекта обработки информации и сигнализации, устанавливаемого в кабине локомотива.
На фиг.4 показано расположение мобильных комплектов обработки информации и сигнализации, устанавливаемых на подвижном составе.
На фиг.5 представлена структурная схема системы мобильного комплекта обработки информации и сигнализации для дорожных рабочих.
На фиг.6 представлена структурная схема оборудования радиосети, устанавливаемого в пункте доступа.
На фиг.7 представлена структурная схема средств приема и обработки информации диспетчерского пункта.
На фиг.8 представлена структурная схема комплекта приема и обработки информации, предназначенного для установки на локомотиве или на последнем вагоне подвижного состава.
На фиг.9 представлено формализованное представление железной дороги при построении условной системы координат системы слежения.
Автоматизированная система слежения за оперативной обстановкой на железной дороге, выполненная в соответствии с предлагаемым изобретением (фиг.1), содержит расположенные вдоль рельсовой колеи на заданных расстояниях друга от друга инфракрасные излучатели 1, каждый из которых имеет свой уникальный идентификатор и выполнен с возможностью формирования и передачи кода этого идентификатора. Система снабжена двумя группами мобильных комплектов обработки информации и сигнализации, размещенными на мобильных (подвижных объектах), первая из которых (поз.2) является средствами для индивидуального использования работниками дороги (предназначенными для перемещения совместно с последними), а вторая (поз.3) - для установления на подвижных составах: в кабине локомотива (по меньшей мере часть из второй группы мобильных комплектов) и на сцепном устройстве локомотива или последнего вагона (остальная часть из второй группы мобильных комплектов - поз.14, фиг.4). Система включает в себя радиосеть 4, а также стационарные комплекты приема и передачи сигналов информации и сигнализации, размещенные в пунктах доступа 5 (фиг.2), расположенных на заданных расстояниях друг от друга вдоль рельсовой колеи. В диспетчерских пунктах 6 (фиг.1) расположены средства приема и обработки информации (фиг.7).
Каждый из комплектов обработки информации и сигнализации, составляющих по меньшей мере часть второй группы, установленный в кабине локомотива (фиг.3), включает в себя компьютер 8, связанный с двухканальным приемником 9 инфракрасного излучения, цифровыми приемником 10 и передатчиком 11 радиосигналов на частотах первого канала, звуковым сигнализатором 12 и системой управления торможением локомотива - через адаптер 13 тормозной системы.
На последнем вагоне подвижного состава, например, на свободном сцепном устройстве железнодорожного транспортного средства, устанавливается «маяк» - комплект 14 (фиг.2, 4, 8) обработки информации и сигнализации - из остальной части комплектов второй группы. Комплект 14 включает в себя микропроцессор 30, связанный с двухканальным приемником инфракрасного излучения 31, ультразвуковым приемопередатчиком 32, цифровыми приемником 33 и передатчиком 34 радиосигналов на частотах первого канала.
Каждый из комплектов обработки информации и сигнализации, предназначенный для индивидуального пользования работниками дороги (фиг.5), включает в себя микропроцессор 15, связанный с двухканальным приемником 16 инфракрасного излучения, цифровыми приемником 17 и передатчиком 18 радиосигналов на частотах первого канала и средствами сигнализации, которые, предпочтительно, включают в себя звуковую сигнализацию 19, световую сигнализацию 20, а также вибросигнализацию 21. Комплекты обработки информации и сигнализации, предназначенные для индивидуального пользования работниками дороги, выполнены в виде соответствующего носимого оборудования, предназначенного для крепления (монтажа) на сигнальной одежде (например, спецодежде дорожных рабочих). Микропроцессор 15 этого комплекта запрограммирован с возможностью формирования сигнала оповещения о приближении подвижного состава.
Каждый пункт доступа 5 (фиг.6) включает в себя компьютер 22, к которому подключены два приемопередатчика 23 и 24, в качестве которых, в данном случае, использованы радиобриджи Cisco-Aironet. Приемопередатчики 23 и 24 осуществляют прием и передачу радиосигналов на частотах второго канала. Компьютер 22 через адаптер 25 связан с ретранслятором 26, например ретранслятором IC-VR8050, предназначенным для приема и передачи сигналов на частотах первого канала.
Излучатели 1 размещены на тросовых растяжках контактной сети (фиг.2).
Оборудование пунктов доступа 5 размещено, предпочтительно, в термостатированных шкафах, которые установлены на опорах контактной сети.
Компьютер комплекта обработки информации и сигнализации, установленный на локомотиве подвижного состава, запрограммирован с возможностью определения по информации, поступающей от излучателей собственного текущего местоположения, определения текущей скорости и временных параметров движения, и отображения на экране компьютера оперативной обстановки в заданном радиусе с учетом информации, поступающей по первому радиоканалу, а также с возможностью формирования сигнала включения экстренного торможения в случае отсутствия в течение заданного промежутка времени сигнала, получаемого по радиосети обмена данными от комплекта обработки информации и сигнализации, установленного на сцепном устройстве последнего вагона указанного подвижного состава.
Средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте (фиг.7), включают в себя вычислительную среду, имеющую по меньшей мере два сервера 27 и 28, первый (27) из которых включает в себя базу данных, содержащую историю развития оперативной обстановки, а второй (28) - предназначен для взаимодействия с рабочими станциями 29 диспетчеров, осуществляющими решение прикладных задач организации движения и визуализацию оперативной информации на основе данных, выбираемых сервером 28 из базы данных первого сервера 27.
Сервер 28 запрограммирован с возможностью считывания последнего обновления базы данных сервера 27 и передачи этого обновления для отображения на мониторе рабочей станции 29.
Средства приема и обработки информации, расположенные в диспетчерском пункте, выполнены с возможностью формирования сообщений, отражающих обобщенную информацию об оперативной обстановке на диспетчерском участке, а также их передачи административным органам железной дороги средствами отраслевой интрасети.
Система передачи и обработки информации для железнодорожной автоматизированной системы слежения за оперативной обстановкой в соответствии с настоящим техническим решением представляет собой иерархическую структуру, включающая в себя:
- координатную сеть участка пути, снабженную излучателями, имеющими индивидуальные идентификаторы;
- множество приемо-передающих устройств подвижного состава, устанавливаемых в кабине локомотива и на сцепном устройстве локомотива или последнего вагона, и приемо-передающих устройств для работников дороги;
- радиосеть обмена данными о текущем положении мобильных объектов - подвижного состава и дорожных рабочих, находящихся в зоне действия железнодорожной автоматизированной системы слежения;
- информационно-транспортную сеть, включающую в себя компьютеры, осуществляющие сбор и обобщение указанных данных для передачи в диспетчерскую и прием данных из диспетчерского пункта, среду передачи и средства сопряжения компьютеров с указанной средой передачи, компьютерную сеть обработки данных, включающую в себя локальные вычислительные сети диспетчерских, каждая из которых содержит первый сервер, хранящий базу данных, включающую данные о координатной сети участка пути, по меньшей мере, рабочую станцию и второй сервер, взаимодействующий с первым, предназначенный для поддержки сетевого отображения данных о текущем положении упомянутых объектов на мониторах рабочих станций, причем локальные вычислительные сети диспетчерских пунктов объединены отраслевой интрасетью.
К мобильным объектам в настоящем техническом решении отнесены:
- подвижной состав железной дороги: локомотивы, дрезины, вагоны в составе поезда и др.;
- личный состав железной дороги: все работники дороги, по роду своей профессиональной деятельности связанные с необходимостью выхода на полотно железной дороги (путейцы, сигналисты, сцепщики, обходчики и др.).
Предметную область синтезируемой системы слежения составляют мобильные объекты. При решении многих технологических задач на железной дороге необходимо знать (в масштабе времени, близком к реальному) текущее местоположение мобильных объектов с точностью:
- вдоль полотна пути: не хуже 8-10 м для станций и 20-25 м для перегонов;
- поперек полотна пути: до номера колеи.
Формальное описание подвижного состава (в терминах системы слежения) можно выполнять с точностью до отрезка прямой переменной длины, способного менять во времени свое местоположение, определяемое путем «привязки» каждого из концов такого отрезка прямой к вводимой условной системе координат.
Для целей построения данной системы формальное описание работников дороги может быть представлено в виде точки, способной менять во времени свое местоположение, определяемое путем «привязки» такой точки к вводимой условной системе координат.
Для определения текущего местоположения мобильных объектов в рамках создания упомянутой системы слежения, сначала должна быть построена условная система координат - иерархическая многоуровневая территориально-распределенная административно-производственная структура, которая формально может быть представлена соответствующим «деревом» (фиг.9).
Корневая вершина «дерева» - административный центр 35 (генеральный узел условной системы координат). Висячие вершины «дерева» - станции 36. Ветви «дерева» - перегоны 37. В свою очередь, сами станции также являются «деревьями», корневыми вершинами которых являются входные/выходные стрелки, висячими вершинами - станционные стрелки, а ветвями - станционные участки пути.
В конечном итоге совокупность всех участков пути и множество объединяющих их стрелок и составляют транспортную систему, которая, в соответствии с принятым организационным делением, упорядочена в виде Дорог, отделений Дорог, Дистанций пути и т.д.
Применительно к решаемой задаче может быть введена условная система координат для станций (перегонов), построенная следующим образом:
1) помечается каждый участок пути, заключенный между каждыми двумя соседними стрелками, совокупностью «реперных» меток: узлы условной системы координат системы слежения. Крайние координатные узлы соответствуют центрам симметрии стрелок, ограничивающих размечаемые участки пути. Частота следования координатных узлов: равномерно, каждые 8-10 м на станциях (20-25 м на перегонах).
При этом такая разметка создается с соблюдением следующих принципов.
Начало разметки:
- для станций: с входной стрелки оборудуемой станции - главный узел условной системы координат станции;
- для перегонов: с выходной стрелки станции, предшествующей оборудуемому перегону - главный узел условной системы координат перегона.
Окончание разметки:
- для станций: выходной стрелкой оборудуемой станции;
- для перегонов: входной стрелкой станции, следующей за оборудуемым перегоном.
2) Каждому узлу присваивается уникальное имя: сквозной id-номер. Присвоение начинается с главного узла условной системы координат станции (перегона).
3) Определяются (вычисляются) взаимные расстояния между любой парой узлов и расстояния от любого узла до главного узла условной системы координат станции (перегона).
Результаты выполненных вычислений можно представить в виде таблицы взаимных расстояний (таблица 1).
Где: id - «имя» узла в условной системе координат станции или перегона;
R - расстояние, м;
N - общее количество узлов в условной системе координат станции или перегона, при этом n=0,1, N;
n - текущий узел условной системы координат станции или перегона.
Применительно к решаемой задаче может быть введена условная система координат для ЖАС СО в целом:
1. Каждому главному узлу условной системы координат каждой станции (перегона) присвоим свое уникальное имя: сквозной id-номер. Присвоение начинают с генерального узла условной системы координат.
2. Вычисляются взаимные расстояния между любой парой главных узлов и расстояния от любого главного узла до генерального узла условной системы координат (для Российской Федерации таким генеральным узлом является г.Москва).
3. Результаты выполненных вычислений могут быть представлены, а частности, в виде таблицы взаимных расстояний (таблица 2).
Где: id - «имя» главного узла в условной системе координат ЖАС СО в целом;
R - расстояние, м;
М - общее количество узлов в условной системе координат ЖАС СО в целом, при этом m=0,1, М;
m - текущий узел в условной системе координат ЖАС СО в целом.
Имена главных узлов, определенные в терминах локальных условных систем координат станций (перегонов), связываются с их же именами, выраженными в терминах глобальной условной системы координат системы слежения в целом (см. таблица 3).
Из приведенного ясно, что если реализовать возможность динамической непрерывной (квазинепрерывной) «привязки» любого из мобильных объектов транспортной системы к узлам вышеописанной условной системы координат системы слежения, то появится постоянная (точнее, квазипостоянная) возможность вычисления как текущих расстояний между ними, так и текущих расстояний до начал локальных и глобальной систем координат соответственно. Данные таблиц 2 и 3, совместно с данными таблицы 1, обеспечивают такую возможность. Развитие условной системы координат системы слежения может проводиться поэтапно - начиная с произвольно выбранной станции (любого из перегонов) любого отделения выбранной Дороги. По мере последовательного оснащения станций (перегонов) координатной «сеткой», на определенном этапе создания системы слежения, из отдельных локальных систем координат произойдет создание глобальной системы координат системы слежения.
В целях снижения затрат на создание сети «реперных» меток, целесообразно в максимальной степени использовать уже имеющиеся на железной дороге инженерные сооружения - преимущественно, тросовые растяжки контактной сети электрофицированной железной дороги (как наиболее приспособленные средства для использования в предлагаемом техническом решении). Именно на таких тросовых растяжках предлагается закрепить светодиоды ИК-диапазона, постоянно (квазипостоянно) излучающие ИК-импульсы, в структуре которых закодирован id соответствующего узла искомой мерной «сетки». Шаг размещения светодиодов ИК-диапазона на тросовых растяжках вдоль полотна дороги может составлять, например, 8-10 м (или 20-25 м). Для частотного разноса (отличия, несовпадения частот) любые две соседние ячейки искомой мерной «сетки» «подсвечиваются» на двух различных несущих частотах: F1 (например, 850 нм) и F2 (например, 920 нм) - каждая на своей частоте. В результате такое оснащение, в некоторой степени, напоминает «освещение» железной дороги светильниками. Отличие от обычных светильников - передача вниз, по атмосферным ИК-линиям связи со скоростью, например, до 2400 бит/с, закодированных id «развешенных» по всей железной дороге ИК-прожекторов (инфракрасных излучателей). Такие ИК-прожекторы и составляют материальную основу искомой сети «реперных» меток искомой условной системы координат искомой системы слежения.
Для функционирования системы необходимо осуществить «привязку» мобильных объектов к условной системе координат системы слежения.
Постоянная (квазипостоянная) «подсветка» производственной территории системы слежения ИК-прожекторами, передающими по ИК-линиям связи id узлов условной системы координат - обеспечивает любому мобильному объекту, передвигающемуся по железной дороге и снабженному 2-х канальным ИК-приемником, постоянную (квазипостоянную), в масштабе времени, близком к реальному, возможность «привязки» к ближайшей «реперной» метке, под которой он находится и, как следствие, возможность определения своего местоположения в условной системе координат. При этом необходимые вычисления могут производиться как с использованием персональных компьютеров (для мобильных объектов, снабженных бортовой электросетью - например, локомотивы), так и с использованием микропроцессоров (для дорожных рабочих - переносных устройств или размещенных (прикрепленных) на фирменной одежде). Исходными данными для таких вычислений являются:
- текущие id, получаемые от условной системы координат по ИК-линиям связи;
- данные таблиц №1, №2 и №3.
Результаты вычислений позволяют мобильным объектам определять свое местоположение как в локальной условной системе координат станции (перегона), так и в глобальной условной системе координат и, например, отображать его графически на мониторе персонального компьютера (применительно, например, для локомотивов).
Одновременно с этим текущие id, получаемые мобильными объектами от условной системы координат по ИК-линиям связи, ретранслируются ими в эфир по цифровому радиоканалу, выполненному в рамках радиосети системы слежения на выделенных несущих частотах f1/f2, с последующим приемом «разосланных» id всеми соседними мобильными объектами - участниками движения на заданном локальном участке железнодорожной транспортной системы (станция/перегон). При этом «рассылка» сопровождается дополнительным идентификатором: ID-номером, представляющим собой уникальное имя того или иного мобильного объекта - отправителя «сообщения», а также параметрами точного астрономического времени (год, месяц, число, час, минута, секунда), получаемыми от единого источника точного астрономического времени по радиосети ЖАС СО по каналам f1/f2 и f3/f4. Такой обмен данными позволяет каждому из мобильных объектов «знать» не только свое местоположение, но и местоположение своих «соседей». Технические средства и исходные данные, необходимые для выполнения соответствующих вычислений и отображения получаемых результатов - те же, что и при определении собственного местоположения каждого из мобильных объектов. Обмен данными между мобильными объектами реализуется через радиосеть ЖАС СО посредством применения цифровых приемопередатчиков.
Кроме того, в эфире на выделенных частотах f1/f2, в составе радиосообщений от мобильных объектов, постоянно «присутствуют» текущие id всех участников транспортной железнодорожной системы. Такие id, совместно с ID и параметрами точного астрономического времени, средствами радиосети ЖАС СО могут быть дополнительно «собраны» и переданы для накопления и последующей тематической обработки в соответствующие организационно-управленческие подразделения ОАО «РЖД» (например, диспетчерские и др.) - по принятой территориальной принадлежности.
Формальное представление подвижного состава железной дороги требует «привязки» к условной системе координат обоих концов условного отрезка прямой, что в свою очередь приводит к необходимости снабжать 2-х канальным ИК-приемником не только сам локомотив, но и последний вагон состава.
Такой 2-х канальный ИК-приемник, конструктивно выполненный, например, «заедино» с микроконтроллером, ультразвуковым приемопередатчиком и радийным цифровым приемопередатчиком, образуют своеобразный «маяк», придаваемый локомотиву и «носящий» в радиоэфире его условное ID' имя. Основной задачей «маяка» является ретрансляция в радиосеть id текущего узла условной системы координат, к которому он «привязан» - задание второго конца условного отрезка прямой, описывающей железнодорожный состав. Штатным посадочным местом «маяка» является, предпочтительно, сцепное устройство последнего вагона. Данное требование решается административным путем (например, сцепщики, в процессе формирования/расформирования составов, обязаны обозначать концы составов переменной длины - посредством переноса и установки «маяка» на свободное сцепное устройство последнего вагона состава, сцепленного с локомотивом). В отсутствие прицепных вагонов, «маяк» находится на одном из сцепных устройств локомотива. Такая процедура обеспечивает «обозначение» составов произвольной длины вплоть до нулевой. Логика работы пары - микропроцессор «маяка»/персональный компьютер локомотива, реализованная в программном обеспечении, предусматривает блокировку возможности движения локомотива в отсутствие радиосигнала от своего «маяка». При этом микропроцессор «маяка» контролирует как добросовестность работы сцепщика, так наличие/отсутствие маяка между вагонами при начале/окончании движения состава - «маяк» должен постоянно и гарантированно, с допустимым интервалом возможного прерывания не более s секунд (например, до 5 сек), «прописываться» (фиксироваться) по радиоканалу в памяти персонального компьютера движущегося локомотива. В свою очередь, такое «прописывание» возможно только при выполнении 2-х условий (функция «И»):
- ультразвуковой приемопередатчик, обращенный креплением «маяка» в сторону, противоположную от обозначаемого вагона - не «видит» соседний вагон (человека, любое другое препятствие) на расстоянии 6,00 м и менее метров и подтверждает разрешение цифровому радиопередатчику «маяка» на работу с радиосетью. Детектируемое ультразвуковым приемопередатчиком расстояние до препятствия может быть затрублено в диапазоне 6,00 м-0,01 м с шагом 0,01 м по команде компьютера локомотива (функция загрубления используется на этапе «причаливания»/«отчаливания» сцепляемых/расцепляемых частей состава),
- 2-х канальный ИК-приемник (в процессе движения состава) последовательно «видит» соседние id условной системы координат и с разрешения ультразвукового приемопередатчика, посредством цифрового радиопередатчика, ретранслирует их в радиосеть системы слежения.
В случае невыполнения указанных условий передача данных от «маяка» в радиосеть прекращается. Персональный компьютер движущегося локомотива, не обнаружив в течение заданного времени, например, 5 секунд, радиопосылок от своего «маяка», запускает тормозную систему, что приводит к остановке этого мобильного объекта. В зависимости от особенностей программного обеспечения может быть задействована система экстренного торможения локомотива или состава.
Мобильный комплект, устанавливаемый в кабине локомотива, позволяет машинисту, в частности:
- видеть на экране компьютера всю оперативную обстановку (в виде символов) в радиусе нескольких километров: как соседние составы, так и людей на пути, как перед собой, так и сзади себя;
- определять текущее местоположение своего состава на станциях и на перегонах;
- сообщать соседним локомотивам, работникам дороги, находящимся на пути, и в диспетчерскую о своем текущем местоположении;
- более эффективно предотвращать наезды на работников дороги;
- предотвращать столкновения с соседними составами;
- дополнительно контролировать скорость движения;
- определять временные параметры своего движения;
- контролировать длину состава и его целостность (по количеству прицепленных вагонов).
Мобильный комплект, размещаемый на фирменной одежде работника железной дороги (например, сигнальный жилет/плащ или головной убор), обеспечивает работника железной дороги:
- заблаговременным звуковым (пьезозвонок) и(или) механическим (виброзвонок) и(или) световым оповещением о наступлении критической ситуации, связанной с приближением состава или локомотива;
- возможностью поставить в известность «соседей» (локомотивы, других рабочих) и диспетчерскую о своем местоположении, как на станции, так и на перегоне.
Радиосеть железнодорожной автоматизированной системы слежения за оперативной обстановкой строится на базе использования:
- по меньшей мере двух сквозных выделенных частот: f1/f2, образующих радиосеть сбора и распределения первичных данных: id узлов условной системы координат, ID мобильных объектов, временных параметров и других технологических команд управления;
- по меньшей мере двух сквозных выделенных частот: f3/f4, образующих «транспортную» радиосеть доставки собранных первичных данных для накопления и последующей обработки в соответствующих организационно-управленческих подразделениях дороги (например, диспетчерские и др.) - по принятой территориальной принадлежности.
В данном примере частоты f1/f2 лежат в пределах: 150-450 мГц и должны быть выбраны из этого диапазона с учетом необходимости обеспечения межчастотного разноса не менее 3 мГц. Частоты f3/f4 лежат в пределах 1,2-14 ГГц и должны быть выбраны из этого диапазона с учетом необходимости обеспечения межчастотного разноса не менее 200-400 мГц. Радиосеть сбора и распределения первичных данных построена, в данном случае, на базе использования 100% ретрансляторов, например, IC-VR8050 производства фирмы Icom.
Задачами сети ретрансляторов, выставленных на станциях и перегонах, являются:
- прием на частоте f1 всех сообщений от всех мобильных объектов, находящихся в зоне «видимости» ретранслятора;
- передача в эфир на частоте f2 всех сообщений, полученных от всех мобильных объектов, находящихся в зоне «видимости» ретранслятора;
- передача, например, на сот-порт компьютера, сопряженного с ретранслятором, всех сообщений от всех мобильных объектов, находящихся в зоне «видимости» ретранслятора.
Ретрансляторы нагружаются приемными и передающими антеннами с круговой диаграммой направленности.
«Транспортная» радиосеть доставки первичных данных строится на базе использования радиобриджей, например, производства фирмы Cisco-Aironet, устанавливаемых в точках сбора первичных данных. Задачами сети радиобриджей, выставленных на перегонах, являются:
- прием на частоте f3 всех данных, собранных компьютерами всех предшествующих точек сбора первичных данных;
- прием от компьютера своей точки сбора первичных данных, отправляемых им в диспетчерскую для тематической обработки и хранения;
- передача на частоте f4 компьютеру последующей точки «транспортной» радиосети своих данных и данных предшествующих «соседей».
Распределение частот f3/f4 вдоль полотна железной дороги - носит последовательно-периодический «релейный» характер.
Данные собираются вдоль полотна перегона и передаются в диспетчерские - в соответствии с организационным делением железной дороги.
Радиобриджи нагружаются приемопередающими направленными антеннами с высотой подвеса, обеспечивающей прямую видимость для каждой пары соседних антенн «транспортной» радиосети.
Оборудование радиосети структурировано в виде множества «точек доступа».
База данных системы слежения может быть организована на следующих принципах.
Первичные данные, собранные со станций и перегонов средствами радиосети системы слежения стекаются для последующей обработки в диспетчерские в соответствии с организационным делением дороги. Здесь разворачиваются локальные вычислительные сети (ЛВС) со скоростью обмена данными не менее 100 мбит/с. На базе каждой из таких ЛВС (см. фиг. 7) формируется вычислительная среда, содержащая:
- в частности, SQL-сервер, ведущий сервер;
- www-сервер - ведомый сервер.
- рабочие станции - по числу операторов, контролирующих оперативную обстановку на подответственной им территории.
Основным средством хранения оперативных данных, относящихся к мобильным объектам, передвигающимся по железной дороге в зонах ответственности диспетчерских, является множество локальных SQL-серверов - база данных территориально-распределенной системы. Ведущим столбцом формализованных данных каждого из таких серверов, являются id узлов пространственной мерительной ИК-сети. Все множество табулированных данных, хранящихся в локальной базе данных диспетчерской, упорядочено соответственно ведущему столбцу SQL-сервера. Все транзакции локальной базы данных диспетчерской «привязаны» к ведущему столбцу SQL-сервера. Вся предыстория развития оперативной обстановки в зоне ответственности диспетчерской упорядочена и хранится в соответствии с данными ведущего столбца локального SQL-сервера. Все прикладные процессы контроля оперативной обстановки, в зоне ответственности диспетчерской, реализованы на рабочих станциях и выборку необходимых исходных данных осуществляют из последнего обновления локального SQL-сервера. Все прикладные процессы обработки и подготовки итоговых статистических данных за интересующий временной интервал слежения за мобильными объектами в зоне ответственности диспетчерской, реализованы на рабочих станциях и выборку необходимых исходных данных осуществляют из последнего обновления локального SQL-сервера.
Оперативная информация на рабочих станциях визуализируется, например, в виде html-страниц, упорядоченных в соответствии со своими индивидуальными IP-адресами в виде сайта, хранящегося в среде www-сервера диспетчерской. При этом визуализация выполнена таким образом, что на статическую информацию, характеризующую топологию «подстилающей поверхности» станции (перегона): участки пути, стрелки, инженерные сооружения и т.д., накладывается текущая динамическая информация: формальные описания подвижного состава и работников железной дороги, находящихся в зоне ответственности диспетчерской. «Поставщиком» динамической информации является локальный SQL-сервер.
ЛВС диспетчерских подключены к интрасети, что позволяет компьютерам любого уровня иерархической управленческой структуры обмениваться данными с компьютерами системы слежения, расположенными в соответствующих диспетчерских. Это, в свою очередь, позволяет любому пользователю, имеющему доступ к базе данных, «видеть» оперативную обстановку на интересующем его участке железной дороги путем «выхода» на соответствующий сайт диспетчерской отделения Дороги.
Как следует из вышеприведенного материала, формальные параметры: id/ID/время - непрерывно собираются с обслуживаемой территории системы слежения средствами ИК- и радиосетей и регистрируются в памяти:
- компьютеров локомотивов - текущие формальные параметры;
- микропроцессоров жилетов/плащей работника дороги - текущие формальные параметры;
- SQL-серверов диспетчерских - формальные параметры за все время существования системы слежения.
Это позволяет:
- всем мобильным объектам (локомотивам и работникам дороги, находящимся на пути): «видеть» друг друга и, как следствие, избегать взаимных столкновений (задача оповещения);
- локомотивам: контролировать параметры своего движения (транспортная задача);
- локомотивам: контролировать длину своего состава;
- диспетчерам: собирать и фиксировать все данные о мобильных объектах и, как следствие, параллельно контролировать возможности, которые доступны мобильным объектам, работающим в описываемой системе (задача «надзора» и предупреждения столкновений, разбора возможных аварийных ситуаций);
- диспетчерам: обобщать оперативные данные с подконтрольных территорий, формировать отчеты о проделанной работе, «выкладывать» оперативную обстановку на динамические web-сайты, предоставляя, таким образом, возможность «видеть» всю дорогу всем руководителям с использованием интрасети.
Вышеперечисленные задачи решены с использованием как известных аппаратных средств (компьютеры, микропроцессоры, радиомодемы, ЛВС и др.), так и с использованием общего и специального программного обеспечения, образуя тем самым соответствующие прикладные процессы.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Мобильный комплекс микропроцессорной системы управления стрелками и светофорами участка железной дороги | 2016 |
|
RU2622522C1 |
| Способ восстановления движения поездов на участке железной дороги с использованием мобильного комплекса микропроцессорной системы управления стрелками и светофорами | 2016 |
|
RU2622316C1 |
| ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТАНЦИИ | 2009 |
|
RU2417914C1 |
| Система управления распределенная автоматизированная для организации интервального регулирования движения поездов | 2021 |
|
RU2806570C2 |
| АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДА | 2023 |
|
RU2818401C1 |
| Система для оперативного управления поездной работой участка железной дороги | 2017 |
|
RU2662351C1 |
| СИСТЕМА ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДНОЙ РАБОТОЙ НАПРАВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЕТИ | 2012 |
|
RU2500563C1 |
| СИСТЕМА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЦИФРОАНАЛОГОВОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ | 2009 |
|
RU2405701C1 |
| Система для мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта | 2023 |
|
RU2807663C1 |
| ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ РАБОТАЮЩИХ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЯХ ПЕРЕГОНА | 2012 |
|
RU2511750C1 |
Группа изобретений предназначена для регулирования движения на железнодорожном транспорте и, в частности для отслеживания взаимных расстояний между участниками железнодорожной транспортной системы с целью предотвращения аварийных ситуаций, в том числе угрожающих жизни или здоровью людей, преимущественно, работников дороги. Способ заключается в том, что с помощью излучателей передают кодовые сигналы, включающие в себя коды идентификаторов излучателей, осуществляют прием и обработку указанных сигналов и отслеживают перемещение находящихся в области рельсовой колеи железной дороги мобильных объектов - дорожных рабочих и/или подвижного состава. Прием каждого кодового сигнала осуществляют средством, размещенным на соответствующем мобильном объекте, преобразуют указанные кодовые сигналы в радиосигналы и передают их на пункты доступа, где указанные радиосигналы ретранслируют на другие мобильные объекты. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения текущего местоположения мобильных объектов, а также расширение функциональных возможностей. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 табл., 9 ил.
| US 6565046 В2, 20.05.2003 | |||
| Подшипник для поддержания полого конца вала | 1928 |
|
SU26505A1 |
| СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ, НАПРИМЕР ПОДВИЖНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СОСТАВОВ, И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 1996 |
|
RU2115140C1 |
| Устройство для предохранения от нападения злоумышленников | 1927 |
|
SU8132A1 |
| СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СОСТАВА | 1997 |
|
RU2139215C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ С ПОМОЩЬЮ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ | 1992 |
|
RU2092355C1 |
| RU 2001807 C1, 30.10.1993. | |||
