СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Российский патент 2014 года по МПК B61K9/08 B61L23/06 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в контрольно-измерительных системах, предназначенных для проверки состояния железнодорожного полотна.

Известна мобильная система диагностирования железнодорожного пути, включающая путеизмерительную тележку с размещенными на ней приемником навигационных сигналов, соединенным каналом радиосвязи со спутниками космической навигационной системы, а также средствами измерения геометрических параметров железнодорожного пути, блоком памяти и контрольно-вычислительным комплексом, к соответствующим входам которого подключены выходы средств измерения геометрических параметров пути, приемника навигационных сигналов, приемо-передающее устройство связи с внешним центральным компьютером и блок индикации (RU 74882, В61К 9/08, 20.07.08).

Данная система не обеспечивает необходимой точности позиционирования и не предусматривают отображения оператору поездной ситуации в месте проведения работ и тревожного оповещения о приближении поезда.

Функция предупреждения о приближении поезда возлагается только на отдельную внешнюю систему оповещения, которая не обеспечивает необходимый уровень безопасности из-за возможности отказов средств связи.

Известна система для управления работой путевых бригад с функцией оповещения о приближении к месту работ поездов, содержащая компьютер оператора диспетчерского пункта, в электронной памяти которого находится база данных с цифровыми электронными картами железнодорожных путей участков, относящихся к зоне обслуживания службой пути данного диспетчерского пункта, причем компьютер соединен с портом сервера GSM связи, связанного через каналы мобильной сотовой радиосвязи GSM с мобильными терминалами руководителей путевых бригад, занятых ремонтом железнодорожной путевой инфраструктуры (RU 95306, B61L 25/04, 27.06.10).

Известная система не обеспечивает требуемый уровень безопасности для операторов обслуживающих мобильные средства диагностирования пути из-за возможности отказов в работе и отключения (в том числе из-за нарушения работниками технологической дисциплины) средств связи.

Наиболее близкой к заявляемой по своей технической сущности является выбранная в качестве прототипа система диагностирования железнодорожного пути, содержащая путеизмерительную тележку с контрольно-вычислительным комплексом, к первому порту которого подключен порт блока средств измерения геометрических параметров пути, ко второму порту - выход приемника навигационных сигналов космической навигационной системы, к третьему порту - вход блока индикации наличия связи с сетевым центром, к четвертому порту - блок памяти, к пятому порту - порт приемопередающего блока; связанные между собой референцные станции, содержащие каждая приемопередатчик навигационных сигналов космической навигационной системы; сетевой центр, содержащий сервер связи, порт которого через блок обработки и управления соединен с блоком архивирования данных (RU 99416, В61К 9/08, 20.11.10).

Данная система обеспечивает необходимую точность позиционирования, но не содержит собственных средств обнаружения и тревожного оповещения оператора о приближении поездов, и для этого используют независимые внешние системы оповещения, которые не обеспечивают требуемый уровень безопасности для операторов, обслуживающих мобильные средства диагностирования пути из-за возможности отказов в работе и отключения (в том числе, из-за нарушения работниками технологической дисциплины) средств связи.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности операторов мобильных средств диагностирования пути и работников путевых бригад.

Технический результат достигается тем, что в систему диагностирования железнодорожного пути, содержащую путеизмерительную тележку с размещенным на ней контрольно-вычислительным комплексом, к первому, второму, третьему, четвертому и пятому портам которого подключены соответственно порт блока средств измерения геометрических параметров пути, выход приемника навигационных сигналов космической навигационной системы, вход блока индикации наличия связи с сетевым центром, блок памяти и порт приемопередающего блока, связанные между собой референцные станции, каждая из которых включает в себя приемопередатчик навигационных сигналов космической навигационной системы, сетевой центр, состоящий из сервера связи, порт которого через блок обработки и управления соединен с блоком архивирования данных, согласно изобретению введены внешняя система оповещения путевых бригад, на путеизмерительной тележке установлены процессор цифровой обработки сигналов, блок местного тревожного оповещения операторов путеизмерительной тележки о приближении к путеизмерительной тележке поездов, блок интерфейса связи с внешней системой оповещения путевых бригад и блок акусто-электрических преобразователей, чувствительные элементы которого связаны с колесными парами путеизмерительной тележки, выходной порт блока акусто-электрических преобразователей через процессор цифровой обработки сигналов соединен с шестым портом контрольно-вычислительного комплекса, седьмой порт которого соединен с блоком местного тревожного оповещения операторов о приближении к путеизмерительной тележке поездов, а восьмой порт соединен с блоком интерфейса связи с внешней системой оповещения путевых бригад.

Блок местного тревожного оповещения операторов включает звуковой, речевой и световой сигнализаторы.

На чертеже приведена блок-схема системы диагностирования железнодорожного пути.

Система диагностирования железнодорожного пути содержит путеизмерительную тележку 1 с размещенным на ней контрольно-вычислительным комплексом 2, к первому порту которого подключен порт блока 3 средств измерения геометрических параметров пути, ко второму порту - выход приемника 4 навигационных сигналов космической навигационной системы, к третьему порту - вход блока 5 индикации наличия связи с сетевым центром, к четвертому порту - блок 6 памяти, к пятому порту - порт приемопередающего блока 7; связанные между собой референцные станции 8, содержащие каждая приемопередатчик 9 навигационных сигналов космической навигационной системы; сетевой центр 10, содержащий сервер 11 связи, порт которого через блок 12 обработки и управления соединен с блоком 13 архивирования данных, на путеизмерительной тележке 1 установлены процессор 14 цифровой обработки сигналов, блок 15 местного тревожного оповещения операторов путеизмерительной тележки 1 о приближении к путеизмерительной тележке 1 поездов, блок 16 интерфейса связи с внешней системой 17 оповещения путевых бригад и блок 18 акусто-электрических преобразователей, чувствительные элементы которого связаны с колесными парами путеизмерительной тележки 1, выходной порт блока 18 акусто-электрических преобразователей через процессор 14 цифровой обработки сигналов соединен с шестым портом контрольно-вычислительного комплекса 2, седьмой порт которого соединен с блоком 15 местного тревожного оповещения операторов о приближении к путеизмерительной тележке 1 поездов, а восьмой порт соединен с блоком 16 интерфейса связи с внешней системой 17 оповещения путевых бригад. Блок 15 местного тревожного оповещения операторов включает звуковой, речевой и световой сигнализаторы(на чертеже не показаны).

Система диагностирования железнодорожного пути функционирует следующим образом.

В качестве космической навигационной системы используют систему ГЛОНАСС и/или GPS, при этом приемопередатчик 9 навигационных сигналов космической навигационной системы референцных станций 8 выполнен с возможностью приема навигационных сигналов как системы ГЛОНАСС, так и системы GPS.

Каждая из референцных станций 8 устанавливается на пункте с известными координатами и включает спутниковый приемник. Все референцные станции 8 связаны между собой каналами связи, в качестве которых используют применяемые на железнодорожном транспорте каналы общетехнологического назначения СПД.

Сервер 11 связи обеспечивает связь блока 12 обработки и управления сетевого центра 10 с референцными станциями 8, приемопередающими блоками 7 путеизмерительных тележек 1, которых может быть одна и более, и внешней системой 17 оповещения путевых бригад. Блок 12 обработки и управления сетевого центра 10 выполнен в виде аппаратно-программного средства со следующими функциями:

- сбор измерительных сигналов от каждой референцной станции 8;

- обработка измерительных сигналов посредством осреднения;

- определение величины дифференциальной коррекции к спутниковым измерениям навигационных сигналов в режиме реального времени;

- передача величины дифференциальной коррекции;

- постобработка измеренных сигналов;

- архивирование измеренных сигналов в блоке 13 архивирования данных.

Блок 3 средств измерения геометрических параметров пути содержит датчик пройденного пути, предназначенный для определения величины и направления перемещения тележки 1, формирования синхронизирующих импульсов для работы контрольно-вычислительного комплекса 2 с шагом, например, 0,125 м по координате пути, маятниковый датчик уровня для измерения уровня рельсовых нитей и датчик линейных перемещений для измерения ширины рельсовой колеи.

Контрольно-вычислительный комплекс 2 выполнен в виде аппаратно-программного устройства, которое в режиме реального времени фиксирует измерения геометрических параметров пути и сигналы позиционирования путеизмерительной тележки 1, с учетом величины дифференциальной коррекции уточняет значения сигналов позиционирования путеизмерительной тележки 1, выявляет отклонения фактических параметров пути от проектных значений и осуществляет «привязку» измерений геометрических параметров пути к уточненным координатам пути.

Сетевой центр 10 связан с приемопередающим блоком 7, размещенным на путеизмерительной тележке 1, и внешней системой 17 оповещения путевых бригад каналом мобильной связи, например GSM каналом. В этом случае приемопередающий блок 7 выполнен в виде GSM-модема.

Приемник 4 навигационных сигналов выделяет из сигналов системы ГЛОНАСС / GPS измерительную информацию, характеризующую координаты тележки 1.

Референцные станции 8 передают измерительные сигналы по каналам связи в сервер 11 сетевого центра 10, который декодирует их и направляет в блок 12 обработки и управления, осуществляющий сбор измерительных сигналов от каждой референцной станции 8, обработку измерительных сигналов посредством осреднения сигналов, определение величины дифференциальной коррекции к спутниковым измерениям навигационных сигналов в режиме реального времени, передачу величины дифференциальной коррекции пользователю, последующую обработку накопленной информации для ее архивирования в блоке 13 архивирования данных.

Блок 12 обработки и управления передает в режиме реального времени величину дифференциальной коррекции к спутниковым измерениям навигационных сигналов через сервер 11 связи в приемопередающий блок 7, с выхода которого она поступает на вход контрольно-вычислительного комплекса 2. На другой вход контрольно-вычислительного комплекса 2 с выхода приемника 4 навигационных сигналов поступают сигналы, характеризующие координаты местоположения путеизмерительной тележки 1.

С учетом величины дифференциальной коррекции контрольно-вычислительный комплекс 2 вычисляет точные координаты местоположения путеизмерительной тележки 1. Одновременно в контрольно-вычислительный комплекс 2 поступает информация от блока 3 средств измерения геометрических параметров пути, установленных на путеизмерительной тележке 1. Контрольно-вычислительный комплекс 2 в режиме реального времени фиксирует измерения геометрических параметров пути, выявляет отклонения фактических параметров пути от проектных значений и осуществляет «привязку» измерений геометрических параметров пути к точным координатам пути.

Все результаты измерений контрольно-вычислительный комплекс 2 направляет в блок 6 памяти, который формирует базу данных состояния пути. База данных состояния пути используется службой путевого хозяйства.

В режиме постобработки накопленную информацию блок 12 обработки и управления передает в блок 13 архивирования данных сетевого центра 10.

При отсутствии связи сервера 11 с приемно-передающим блоком 7 контрольно-вычислительный комплекс 2 формирует на индикаторе блока 5 индикации наличия связи с сетевым центром сигнал об отсутствии связи с сетевым центром 10. В этом случае контрольно-вычислительный комплекс 2 осуществляет все вышеперечисленные операции, кроме вычисления точных координат местоположения путеизмерительной тележки 1 для каждого измерения с учетом величины дифференциальной коррекции.

При восстановлении канала связи сервера 11 с приемно-передающим блоком 7 контрольно-вычислительный комплекс 2 формирует на индикаторе блока 5 индикации наличия связи с сетевым центром сигнал о восстановлении связи с сетевым центром 10 и запрашивает у блока 12 обработки и управления данные о величинах дифференциальной коррекции к спутниковым измерениям навигационных сигналов за период времени отсутствия канала связи сервера 11 с приемопередающим блоком 7. По получении запрашиваемой информации контрольно-вычислительный комплекс 2 уточняет координаты пути для каждого измерения геометрических параметров пути с учетом представленных данных в этот период времени.

Для обеспечения высокого уровня безопасности операторов при проведении работ в системе предусмотрено автономное и централизованное оповещение операторов путеизмерительной тележки 1 и находящихся рядом работников пути. Централизованное оповещение обеспечивается за счет взаимодействия контрольно-вычислительного комплекса 2 через блок 16 интерфейса связи с внешней системой 17 оповещения путевых бригад. Индивидуальные носимые блоки (на чертеже не показаны) внешней системы 17 оповещения путевых бригад отслеживают поездную обстановку в месте проведения путевых работ и предупреждают работников пути о приближении к ним поездов. Внешняя система 17 оповещения путевых бригад рассылает предупреждения об ограничении скорости и приказы на аварийную остановку на локомотивы вовлеченных в нее поездов. Связь между внешней системой 17 оповещения путевых бригад, также как и между приемо-передающим блоком 7 и сервером 11 осуществляется по каналам, в качестве которых используют применяемые на железнодорожном транспорте каналы общетехнологического назначения СПД, или специализированные каналы связи. Блок 16 выполнен с возможностью автоматического выбора конфигурации системы связи путеизмерительной тележки 1 в зависимости от наличия и исправности устройств связи. Наиболее надежным явлется вариант взаимного резервирования каналов связи для взаимодействия с сервером 11 связи и для взаимодействия с внешней системой 17 оповещения путевых бригад. При этом по каналам связи передается не только информация на путеизмерительные тележки 1 для оповещения их из внешней системы 17 оповещения путевых бригад, но и во внешнюю систему 17 оповещения путевых бригад поступает информация от путеизмерительных тележек 1 о точных координатах места нахождения и информация о приближении к ним поездов, зафиксированных на путеизмерительных тележках 1 по акустическому шумовому сигналу, распространяющемуся от приближающихся к ним поездов через рельсы.

Этот сигнал через колесные пары путеизмерительной тележки 1 воспринимается чувствительными элементами блока 18 акусто-электрических преобразователей и преобразуется в электрические сигналы. Электрические сигналы обрабатываются процессором 14 цифровой обработки сигналов для определения степени приближения и скорости приближения поездов. Обработка использует известные методы измерения и анализа нарастания амплитуд спектральных составляющих сигналов по мере приближения поезда. Наличие в блоке 18 нескольких акусто-электрических преобразователей, связанных с разными колесами тележки, обеспечивает заданный условиями безопасности уровень достоверности контроля и дополнительно определяет, с какой стороны и по какому пути приближается поезд. В частности, с путеизмерительных тележек 1 через внешнюю систему 17 оповещения путевых бригад может быть передан сигнал запроса аварийной остановки приближающегося поезда, если операторы не уверены в том, что успевают убрать свою путеизмерительную тележку 1 с пути.

Индикатор блока 5 индикации наличия связи с сетевым центром 10 отображает наличие связи между сетевым центром 10 и приемо-передающим блоком 7 путеизмерительной тележки 1, а также наличие связи с внешней системой 17 оповещения путевых бригад. Кроме этого, в текстовом режиме он может также отображать текстовые предупреждения о приближении поездов и другую технологическую информацию, а в графическом режиме отображать поездную ситуацию и местонахождение работников пути в зоне расположения путеизмерительной тележки 1 на основе данных, переданных внешней системой 17 оповещения путевых бригад.

Путеизмерительная тележка 1 сохраняет автономную возможность тревожного оповещения связанных с ней работников пути о приближении поезда, независимо от наличия или отсутствия связи с внешней системой 17 оповещения путевых бригад. При получении данных о приближении поезда, от процессора 14 цифровой обработки сигналов контрольно-вычислительный комплекс 2 включает в блоке 15 местного тревожного оповещения операторов звуковой, речевой и световой сигнализаторы приближения поезда. При наличии локальной сети радиосвязи с близко расположенными работниками пути, последние также могут оповещаться о приближении поезда через средства связи, размещенные на путеизмерительных тележках 1 без участия аппаратуры внешней системы 17 оповещения путевых бригад.

В результате обнаружения приближения поезда и оповещения об этом операторов путеизмерительных тележек 1 и работников путевых бригад несколькими независимыми путями, а также возможности передачи во внешнюю систему 17 оповещения путевых бригад точных координат местонахождения и запросов на аварийную остановку поездов заявляемая система обеспечивает высокий уровень безопасности при проведении путевых работ. За счет совместного использования каналов связи и части блоков одновременно для целей внешней системы оповещения и для целей диагностирования пути достигается экономия аппаратных средств.

Изобретение относится к области диагностики железнодорожного пути. Система диагностирования железнодорожного пути содержит путеизмерительную тележку и связанные с ней сетевой центр и референцные станции. На тележке размещен контрольно-вычислительный комплекс, к которому подключены средства измерения геометрических параметров пути, приемник навигационных сигналов, блок индикации, блок памяти, приемопередающий блок, процессор, блок интерфейса связи, блок местного тревожного оповещения и акусто-электрические преобразователи. Каждая референцная станция включает в себя приемопередатчик навигационных сигналов. Сетевой центр состоит из сервера связи, блока обработки и управления и блока архивирования данных. Также в систему введена внешняя система оповещения путевых бригад. Решение направлено на повышение безопасности путевых бригад и мобильных средств диагностирования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система диагностирования железнодорожного пути, содержащая путеизмерительную тележку с размещенным на ней контрольно-вычислительным комплексом, к первому, второму, третьему, четвертому и пятому портам которого подключены соответственно порт блока средств измерения геометрических параметров пути, выход приемника навигационных сигналов космической навигационной системы, вход блока индикации наличия связи с сетевым центром, блок памяти и порт приемопередающего блока, связанные между собой референцные станции, каждая из которых включает в себя приемопередатчик навигационных сигналов космической навигационной системы, сетевой центр, состоящий из сервера связи, порт которого через блок обработки и управления соединен с блоком архивирования данных, отличающаяся тем, что в нее введены внешняя система оповещения путевых бригад, на путеизмерительной тележке установлены процессор цифровой обработки сигналов, блок местного тревожного оповещения операторов путеизмерительной тележки о приближении к путеизмерительной тележке поездов, блок интерфейса связи с внешней системой оповещения путевых бригад и блок акусто-электрических преобразователей, чувствительные элементы которого связаны с колесными парами путеизмерительной тележки, выходной порт блока акусто-электрических преобразователей через процессор цифровой обработки сигналов соединен с шестым портом контрольно-вычислительного комплекса, седьмой порт которого соединен с блоком местного тревожного оповещения операторов о приближении к путеизмерительной тележке поездов, а восьмой порт соединен с блоком интерфейса связи с внешней системой оповещения путевых бригад.

2. Система диагностирования пути по п.1, отличающаяся тем, что блок местного тревожного оповещения операторов включает звуковой, речевой и световой сигнализаторы.