ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК B61L27/02 

Настоящая заявка заявляет приоритет предварительной патентной заявки США №60/356030 от 11 февраля 2002 г. и предварительной патентной заявки США №60/383836 от 28 мая 2002 г.

Область техники

Изобретение относится к железнодорожной системе связи.

Уровень техники

В железнодорожной технике известны системы дистанционного управления для локомотивов (далее - «Системы дистанционного управления» или ДУ-системы, или просто ДУ). Дистанционно управляемыми локомотивами управляют с помощью системы радиопередатчика и радиоприемника, которая приводится в действие оператором, физически не находящимся у органов управления в кабине машиниста. Одна из таких систем выпускается компанией Canac Inc. и описывается в патентах США №№5511749 и 5685507, Canac. Другая система выпускается компанией Cattron-Theimeg, Inc.

Известно также техническое решение, согласно которому локомотивы обеспечивают системами управления с распределенной мощностью (далее - системы распределенной мощности, или РМ-системы, или просто РМ), в которых одним или более удаленными локомотивами (или группой локомотивов, образующей состав) управляют дистанционно из ведущего локомотива поезда по системе радиосвязи или по проводной системе связи. Одна из таких РМ-систем под названием Locotrol® radio выпускается промышленностью и описывается в патенте США 4582280; и эта система обеспечивает связь между соединенными в состав локомотивами или между локомотивами, отстоящими друг от друга по длине поезда, когда локомотивы отделены друг от друга одним вагоном или несколькими вагонами для осуществления т.н. «межсоставной связи». Проводные системы выпускаются компаниями более 20 лет, но они обеспечивают связь между локомотивами только в случае непосредственного их механического соединения друг с другом для формирования состава и электрического соединения по т.н. многообъектным кабелям (МОК) для т.н. «внутрисоставной» связи. РМ-управление обеспечивается на утвержденной ФКС частоте, выделенной для работы на железных дорогах в полосе 450 МГц на уровне мощности около 30 Вт. РМ-радиосистемы обеспечивают надежное и точное управление локомотивами в условиях отсутствия помех в радиоканале. Но для случаев наличия помех разработаны такие специальные методы связи, как уникальные идентификаторы локомотива и временная рандомизация, которые предназначены для разрешения конфликтов связи, например, когда большое число локомотивов работает в пределах относительно небольшого географического района, например в станционном парке, на промышленном объекте и пр.

Известные ДУ-радиосистемы работают на одной и той же утвержденной ФКС частоте, вследствие чего число конфликтов связи в крупных депо увеличивается. Помимо этого, поскольку ДУ-локомотивы обычно работают в станционном парке, а РМ-локомотивы относительно подвижны, то по этой причине ДУ-радиосистемы увеличивают нежелательный для соседних объектов электромагнитный шум в районе депо и в еще большей степени ограничивают диапазон рабочих частот для других средств связи, работающих на утвержденной ФКС частоте.

Также известен способ осуществления радиосвязи между отдельными вагонами для управления торможением и другими функциями того, что в железнодорожной отрасли обычно называют электронно-регулируемым торможением (ЭРТ). См., например, патент США №6400281, где раскрыт новый метод поездной связи для обеспечения ЭРТ.

Кроме того, в последнее время в США Федеральное железнодорожное управление (ФЖДУ) выпустило постановления, которые предписывают, чтобы состояние некоторых систем локомотива, например систем динамического торможения в прицепных локомотивах, сообщалось машинисту ведущего локомотива. Обычно многообъектный кабель (МОК) предусматривается между соседними локомотивами и по нему сообщаются внутрисоставные данные. Но действующий протокол аналоговой связи по МОК не обеспечивает пропускную способность связи, которая позволила бы выполнить эти постановления. Помимо этого, когда локомотивы расположены в комплексе распределенных составов с интервалами друг от друга по длине поезда, то при этом отсутствует эффективный способ сообщения внутрисоставных данных через МОК по каждому составу в ведущий локомотив по РМ-радиосвязи, поскольку они являются отдельными системами, которые обычно не осуществляют связь друг с другом. Каждый из описываемых выше типов радиосистем, например, ДУ, РМ, МОК и ЭРТ, может иметь значительно отличающиеся друг от друга потребности в связи, чтобы обеспечивать соответствующие функциональные возможности поезда; и при этом каждая такая система может конкурировать с другими за использование одной и той же ограниченной полосы частот радиосвязи. Поэтому желательно обеспечить систему связи и способы, надлежащим образом обеспечивающие нужные функциональные возможности поезда, несмотря на ограниченный частотный спектр.

Сущность изобретения

Таким образом, необходима усовершенствованная система железнодорожной связи, которая будет удовлетворять постоянно растущей потребности в радиосвязи с подвижными объектами в станционном парке и на других объектах. Значительное преимущество в отношении использования ограниченного частотного спектра, предоставленного владельцам и операторам железнодорожных объектов, реализуется за счет обеспечения совместимости по меньшей мере между средствами РМ- и ДП-систем радиосвязи, при этом без увеличения радиопомех между локомотивом и прочими утвержденными ФКС железнодорожными средствами связи и с обеспечением меж- и внутрисоставной связи, соответствующей этим требованиям.

Настоящее изобретение решает указанные задачи путем обеспечения, согласно одному из его аспектов, системы железнодорожной связи, содержащей первую систему радиосвязи, работающую в первой полосе частот около 450 МГц, для связи с локомотивом. Система также содержит вторую систему радиосвязи, работающую во второй полосе частот, которая выбрана такой, чтобы исключить создание помех для первой системы радиосвязи, для связи с указанным локомотивом. Согласно другим аспектам, система может быть выполнена с возможностью использования той или другой, или обеих, первой и второй, систем радиосвязи, чтобы целесообразным образом эффективно использовать ограниченную полосу частот, выделенную для каждого диапазона частот, и при этом также обеспечивать определенные потребности в связи для функции данного поезда, выполняемой в данное время.

Указанные выше конструктивные и операционные взаимосвязи обеспечивают усовершенствованную систему связи, которая с высокой степенью универсальности обеспечивает многие потребности железнодорожной отрасли, в частности эффективное использование существующих аппаратных средств (устраняется необходимость принимать новые нормы для МОК), пониженные уровни радиомощности и излучаемого ЭМ шума и уменьшение мешающих отражений средств связи, работающих в маневровой станции. Указанные выше потребности целесообразным образом обеспечиваются без необходимости выполнения длительной процедуры в ФКС по соблюдению условий для выдачи локальной лицензии, если, например, во второй системе радиосвязи используется частота для промышленной, научной и медицинской аппаратуры. Настоящее изобретение также обеспечивает надежную систему для передачи информации между локомотивами в соответствии с предлагаемыми положениями ФУЖД.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема приведенного в качестве примера поезда, имеющего систему радиосвязи, выполненную с возможностью обеспечения таких функциональных возможностей, как дистанционное управление или управление с диспетчерского поста, и с возможностью передачи информации по удаленным составам (межсоставная связь) локомотивов, или в каждом локомотиве в соответствующем составе (внутрисоставная связь), или и в том, и другом случаях.

Фиг.2 - блок-схема приведенных в качестве примера осуществлений приемника и передатчика локомотивного блока управления и дистанционного блока управления, выполненных с возможностью осуществления связи в двух разных полосах частот.

Фиг.3 - приведенная в качестве примера схема связи, в которой может быть использовано настоящее изобретение.

Детальное описание изобретения

1. Общее описание системы

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что вероятность конфликта связи между ДУ- и РМ-системами можно существенно снизить, без оформления обременительных нормативных официальных утверждений, путем выполнения системы 1000 железнодорожной связи, которая использует и первую подсистему 100 радиосвязи, такую как существующая система Locotrol, и вторую подсистему 200 радиосвязи. Например, передатчик во второй подсистеме 200 радиосвязи (Фиг.1) в портативном блоке управления (ОБУ) 200 оператора и приемник во второй подсистеме 200 радиосвязи в ведущем локомотиве могут быть выполнены с возможностью работы в полосе частот, выбранной таким образом, чтобы исключить помехи для первой подсистемы радиосвязи. Необходимо отметить, что первая подсистема радиосвязи может быть выполнена с возможностью ее работы в соответствии с первым протоколом связи; вторая подсистема радиосвязи может быть выполнена с возможностью ее работы в соответствии со вторым протоколом связи во избежание взаимных помех с первой подсистемой связи для осуществления связи относительно локомотива. См. патентную заявку США №10/215207 (досье поверенного №124101), поданную 08 августа 2002 г. на «Интеллектуальную систему связи, передачи команд, управления для наземных транспортных средств", что касается использования различных схем связи для обеспечения приемлемого качества связи в разных рабочих и/или внешних условиях. Указанная патентная заявка США, переуступленная правообладателю настоящей заявки, включена в данную заявку полностью посредством ссылки. В одном приведенном в качестве примера осуществлении вторая подсистема радиосвязи содержит подсистему радиосвязи, работающую в ISM-диапазоне (для промышленной, научной и медицинской аппаратуры) и использующую, например, методы связи с расширенным спектром и уровень мощности не более одного ватта. Считается, что этот новый метод позволяет работать 20 и более локомотивам, по существу без помех связи, в пределах линии прямой радиодоступности в данном станционном парке. Это решение представляет собой значительное усовершенствование по сравнению с меньшим числом локомотивов, которые могут одновременно работать в соответствии с обычными методами. Усовершенствованная система 1000 железнодорожной связи может оказывать сниженное воздействие на прилегающую к маневровому парку местность за счет использования второй подсистемы 220 радиосвязи с более низким уровнем выходной мощности, чем у первой подсистемы 100 радиосвязи. Например, РМ-система может вести вещание на уровнях мощности около 30 ватт. С другой стороны, ДУ-систему можно выполнить с возможностью вещания на уровнях мощности около одного ватта или менее. Для указанных уровней мощности для ДУ-системы не требуется официального утверждения со стороны ФКС для ISM-диапазона. Помимо этого, меньшая выходная мощность второй подсистемы радиосвязи даст возможность выполнить эту радиосистему с меньшим весом в виде портативной радиосистемы, переносимой оператором и надежно работающей в течение длительного времени без замены или подзарядки источника питания (например, аккумуляторной батареи) этой портативной радиосистемы.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, усовершенствованная железнодорожная система 1000 связи может использоваться с соблюдением новых постановлений ФУЖД, не требуя проектирования существующей МОК-линии: путем выполнения второй подсистемы 200 радиосвязи для внутрисоставной связи или для межсоставной связи в поезде в целях передачи информации в соответствии с новыми постановлениями ФУЖД.

Специалистам в данной области техники будет очевидна возможность обеспечения несложных и недорогостоящих ретрансляторов в станционных парках на линии видимости препятствий, чтобы обеспечить зону уверенного приема для системы 1000 связи в пределах двух миль или большего расстояния. ISM-диапазон включает в себя несколько полос частот в радиочастотном спектре. Например, ISM-диапазон включает в себя следующие полосы: 902-928 МГц, 2,4-2,483 ГГц и 5,725-5,875 ГГц. ISM-частоты преимущественно используются для второй подсистемы 200 радиосвязи, поскольку для использования этих частот лицензия ФКС не требуется. Соответственно, усовершенствованная система 1000 связи может быть выполнена с минимальной себестоимостью за счет использования существующих возможностей железнодорожной связи, реализуемых системой связи 100, и дополнения этих возможностей относительно экономичной второй подсистемой 200 радиосвязи, для которой не требуется соблюдение особых нормативных положений.

Как указано выше, возможный вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает возможность ДУ в станционном парке и/или внутрисоставную передачу информации с помощью работающей с низкой мощностью, не требующей соблюдения нормативных постановлений подсистемы 200 радиосвязи в неконфликтной полосе частот; причем эту подсистему можно использовать совместно с осуществляющей межсоставную передачу информации подсистемой 100 радиосвязи или в дополнение к ней, например, с упомянутой выше системой связи Locotrol.

Фиг.1 показывает железнодорожную систему связи для передачи информации на локомотив в поезде, который может включать в себя соответствующие составы локомотивов. Подразумевается, что в своем более широком объеме настоящее изобретение не ограничивается поездами, использующими несколько локомотивов; например, ДУ (например, в станционном парке) можно обеспечить для поезда только с одним локомотивом. Помимо этого, преимущества настоящего изобретения можно легко применить для однолокомотивных конфигураций, поскольку в крупном станционном парке вероятными источниками помех для связи будут соседние поезда, вероятно имеющие РМ- или межсоставное управление. Поэтому тот факт, что Фиг.1 показывает поезд с несколькими локомотивными составами, не следует истолковывать как ограничение настоящего изобретения.

Еще один предпочтительный признак изобретения заключается в том, что вторая радиосистема, которая может обеспечивать ДУ во время работы систем связи в станционном парке (например, работа в ПНМ-полосе), может быть выполнена с возможностью обеспечения множественной связи, т.к. одна и та же радиосистема может использоваться для предоставления внутрисоставной информации. Например, за счет этого решения железная дорога сможет соблюдать новые требования ФУЖД, которые МОК в данное время соблюдать не может. В частности, вторая система радиосвязи может быть выполнена с возможностью передачи информации, характеризующей состояние системы (например, тяга, торможение, освещение, ориентация, звуковой сигнал и пр.) второго локомотива в составе с несколькими локомотивами. Кроме того, эти улучшенные возможности радиосвязи между локомотивами, ранее использовавшими соединение посредством МОК, обеспечивают избыточность канала связи и повышение эффективности канала связи, невозможные до создания настоящего изобретения. Например, в случае неисправности в МОК эта неисправность не нарушит управление локомотивом, поскольку канал радиосвязи обеспечит резервирование по отношению к любой такой неисправности. Помимо этого, предполагается, что скорости передачи данных, обеспечиваемые каналом радиосвязи, могут во многих случаях превысить скорости передачи данных, обеспечиваемые в настоящее время по МОК. Например, можно использовать более действенные режимы управления благодаря повышенным скоростям передачи данных по каналу радиосвязи, обеспечиваемому второй радиосистемой. При этом, в связи с рациональным выбором частоты для второй радиосистемы, при передаче внутрисоставных данных, как и при передаче данных РМ, не будет взаимных помех от средств связи в том же поезде или от внешних источников, которые могут вести передачу в полосе частот первой системы радиосвязи. В настоящем описании внутрисоставными данными называются данные, характеризующие состояние и командную информацию для автономного и согласованного управления соответствующими системами, например тяговая система, система динамического торможения и т.п., в каждом локомотиве соответствующего состава.

Таким образом, изобретателями настоящего изобретения создана усовершенствованная система связи, которая за счет высокой степени разностороннего и продуманного использования имеющихся ресурсов обеспечивает множество потребностей железнодорожной отрасли, в частности эффективно использует возможности существующих аппаратных средств (устраняет необходимость принятия нового стандарта на МОК), снижает объем мешающих отражений от средств связи маневрового парка.

Указанные потребности предпочтительным образом удовлетворяются без выполнения длительных процедур получения в ФКС локальной лицензии, если, например, во второй системе радиосвязи используются частоты ISM-диапазона.

Фиг.2 в виде блок-схемы показывает дополнительные подробности приведенного для примера варианта осуществления первой и второй систем связи в соответствии с настоящим изобретением. Например, каждая радиосистема может иметь свой соответствующий процессор с запоминающим устройством для запоминания соответствующих средств программного обеспечения для выполнения, например, РМ-управления в первой радиосистеме и ДУ и/или внутрисоставной связи во второй радиосистеме. Хотя Фиг.2 показывает, что первая и вторая радиосистемы объединены и интегрированы в общем блоке, нужно отметить, что эти радиосистемы можно выполнить в отдельных блоках. Например, блок дистанционного управления одного типа может быть выполнен в виде портативного блока, переносимого оператором. Блок управления другого типа может представлять собой составную часть диспетчерского поста в станционном парке. Также необходимо отметить, что радиосистемы не должны обязательно быть двумя разными аппаратурными устройствами, поскольку одну и ту же аппаратуру можно запрограммировать на работу в разных частотных диапазонах с помощью методов, известных специалистам в данной области техники.

Фиг.3 показывает приведенные в качестве примера схемы связи, в которых может быть использовано настоящее изобретение. Например, согласно одной из особенностей настоящего изобретения ДУ можно обеспечить в диапазоне ISM (например, частота f1) от ОБУ, выполненного с возможностью обеспечения такового ДУ. Если необходима связь для передачи внутрисоставных данных большего объема (например, чтобы соблюдать положения ФУЖД), то диапазон ISM может быть использован для передачи этих внутрисоставных данных по радиосвязи. Если нужна распределенная тяга, которая, например, может обеспечиваться с использованием РМ-радиосистемы, то такая система, работающая на другой частоте, отличающейся от частоты f1 (например, на частоте f2), не будет создавать помехи для соседних поездов, несмотря на относительно более высокую выходную РЧ-мощность РМ-радиосистемы по отношению к ОБУ.

Выше представлены и описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, но очевидно, что эти варианты осуществления представлены только в качестве примера. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны различные варианты, изменения и замены в объеме настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение ограничивается только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области связи на железнодорожном транспорте. Усовершенствованная железнодорожная система связи выполнена с возможностью решения проблемы конфликтов связи. Система содержит первую систему радиосвязи, работающую в первой полосе частот около 450 МГц, для осуществления связи с локомотивом. Система также содержит вторую систему радиосвязи, работающую во второй полосе частот, отличающуюся от первой частоты, для исключения взаимных помех для первой системы радиосвязи, для осуществления связи с локомотивом. Процессор, установленный в локомотиве, обеспечивает локомотиву возможность избирательного реагирования на заданные сигналы управления, чтобы работа локомотива реагировала только на надлежащие сигналы управления. Группа изобретений обеспечивает эффективное использование существующих аппаратных средств (устраняется необходимость принимать новые нормы для МОК), пониженные уровни радиомощности и излучаемого электромагнитного шума, а также уменьшение мешающих отражений средств связи, работающих в маневровой станции. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Железнодорожная система связи для управления работой локомотива по меньшей мере с помощью двух разных локомотивных блоков управления, содержащая:

первый локомотивный блок управления, установленный в локомотиве и оперативно связанный с ним, причем первый локомотивный блок управления содержит первую подсистему радиопередатчика и радиоприемника, выполненную с возможностью осуществления связи с первым блоком дистанционного управления в первой полосе частот около 450 МГц, для управления работой локомотива;

второй локомотивный блок управления, установленный в локомотиве и оперативно связанный с ним, причем второй локомотивный блок управления содержит вторую подсистему радиопередатчика и радиоприемника, выполненную с возможностью осуществления связи со вторым блоком дистанционного управления во второй полосе частот, отличающейся от первой полосы частот и выбранной для исключения взаимных помех с первой подсистемой радиопередатчика и радиоприемника при осуществлении связи с локомотивом;

первый процессор, оперативно соединенный с первой подсистемой радиопередатчика и радиоприемника, для реагирования на первый блок дистанционного управления, чтобы управлять работой локомотива при реагировании на сигналы управления от первого блока дистанционного управления;

второй процессор, оперативно соединенный со второй подсистемой радиопередатчика и радиоприемника, для реагирования на второй блок дистанционного управления, чтобы управлять работой локомотива при реагировании на сигналы управления от второго блока дистанционного управления; и

при этом работа локомотива может избирательно управляться одним из блоков дистанционного управления, не создавая взаимных помех для связи с другим локомотивным блоком управления или с другими локомотивами; при этом локомотив реагирует только на выбранный блок дистанционного управления.

выполняют первый локомотивный блок управления с возможностью осуществления связи с помощью первой подсистемы радиопередатчика и радиоприемника с первым блоком дистанционного управления в первой полосе частот около 450 МГц для управления работой локомотива;

обеспечивают второй локомотивный блок управления, установленный в локомотиве и оперативно связанный с ним;

выполняют второй локомотивный блок управления с возможностью осуществления связи с помощью второй подсистемы радиопередатчика и радиоприемника со вторым блоком дистанционного управления во второй полосе частот, отличающейся от первой полосы частот и выбранной таким образом, чтобы исключить создание взаимных помех с первой подсистемой радиопередатчика и радиоприемника при осуществлении связи с локомотивом;

приводят в действие первый локомотивный блок управления при реагировании на первый блок дистанционного управления для управления работой локомотива при реагировании на сигналы управления от первого блока дистанционного управления;

приводят в действие второй локомотивный блок управления при реагировании на второй блок дистанционного управления для управления работой локомотива при реагировании на сигналы управления от второго блока дистанционного управления; и

избирательно управляют работой локомотива без создания взаимных помех при связи с другими локомотивными блоками управления или с другими локомотивами; при этом локомотив реагирует только на выбранный блок дистанционного управления.

Приоритет по пунктам: