УКАЗАНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК G01H9/00 

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для указания местоположения события в удаленное местоположение и, в частности, для указания местоположения события в транспортной сети в управляющую станцию.

В транспортных сетях может быть необходимым знать местоположение события. Например, в железнодорожных сетях рабочие бригады иногда могут выполнять техническое обслуживание или другие задачи на железнодорожных путях или около них. Для путевых работ непосредственно на путях соответствующий участок путей может быть закрыт, а железнодорожные составы отправлены в объезд или отменены. Однако иногда работы являются такими, что по меньшей мере некоторые железнодорожные составы по-прежнему могут двигаться на соответствующем участке сети, возможно с ограничениями скорости и т.п. В таких случаях может быть желательным выдавать заблаговременное предупреждение рабочему наряду относительно приближающегося железнодорожного состава, чтобы он мог безопасно находиться вне пути до тех пор, пока состав не пройдет, и/или гарантировать, что ограничение скорости применяется в правильном месте.

Для закрытия соответствующего участка железнодорожной сети или установления корректных ограничений скорости и обеспечения возможности информирования рабочего наряда о приближающемся железнодорожном составе, очевидно, необходимо знать местоположение текущих работ.

Обычно это может осуществляться посредством заблаговременного планирования и санкционирования работы и последующего введения всех необходимых объездов или ограничений по обслуживанию. Когда бригада прибывает на запланированное место, она может связываться с управляющей станцией для указания, что она готова, и запрашивать разрешение на начало работы. После завершения работ рабочая бригада может связываться с постом управления для указания, что могут быть сняты все ограничения, накладываемые для этой области.

Однако это базируется на фактическом прибытии рабочей бригады в запланированное местоположение, а также на знании персоналом центра управления корректного местоположения. Ошибки в отношении местоположения могут возникать на любой стороне, что потенциально может быть опасным для рабочей бригады и/или машинистов железнодорожных составов и всех пассажиров.

Помимо этого, иногда работа может быть запланирована вдоль относительно длинного сегмента сети, но в любой данный момент рабочий наряд работает только на небольшом участке этого сегмента. В целях безопасности ограничения скорости могут применяться вдоль всего участка, и рабочая бригада может простаивать в течение фактического времени пересечения железнодорожным составом всего участка. Также иногда может быть известно, что требуется работа где-то в сегменте сети, но точно неизвестно, где именно. В таком случае также весь соответствующий участок может быть определен в качестве ограниченной зоны, а бригада может простаивать любое время, пока железнодорожный состав находится в ограниченной зоне. Это может приводить к задержкам, как для рабочей бригады, так и для железнодорожного состава, которые были бы уменьшены в том случае, если бы текущее местоположение рабочей бригады было лучше определено.

Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении улучшенного определения местоположения событий, в частности в транспортной сети, такой как дорожная или железнодорожная сеть.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предусмотрен способ определения интересующего местоположения в области, содержащий этапы, на которых: размещают акустический источник в интересующем местоположении; активируют акустический источник для формирования заданного акустического выходного сигнала; выполняют распределенное акустическое измерение по меньшей мере для одного оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области; и анализируют акустические сигналы, обнаруженные посредством упомянутого распределенного акустического измерения для обнаружения упомянутой заданной акустической последовательности и определения местоположения упомянутого акустического источника.

Таким образом, способ согласно этому аспекту настоящего изобретения использует акустический источник с заданным выходным сигналом в качестве акустического маркера, который может быть обнаружен посредством распределенного акустического измерения (DAS). Распределенное акустическое измерение представляет собой известный тип измерения, при котором оптическое волокно используется в качестве измеряющего волокна и многократно опрашивается с помощью электромагнитного излучения для обеспечения измерения акустической активности по длине. Как правило, один или более входных импульсов излучения вводятся в оптическое волокно. Посредством анализа излучения, обратно рассеянного изнутри волокна, волокно может эффективно быть разделено на множество дискретных измеряющих частей, которые могут быть (но не обязательно) смежными. В каждой дискретной измеряющей части механические возмущения волокна, например, деформации вследствие падающих акустических волн вызывают изменение свойств излучения, которое обратно рассеивается из этой части. Это изменение может быть обнаружено и проанализировано и использовано для обеспечения показателя интенсивности возмущений волокна в этой измеряющей части. Таким образом, DAS-датчик фактически выступает в качестве линейного измеряющего массива акустических измерительных участков оптического волокна. Длина измерительных участков волокна определяется посредством характеристик опрашивающего излучения и обработки, применяемой к сигналам обратного рассеяния, но, как правило, могут использоваться измерительные участки порядка от нескольких метров до нескольких десятков метров и т.п. При использовании в настоящем описании термин «распределенное акустическое измерение» должен пониматься как измерение посредством оптического опроса оптического волокна для обеспечения множества дискретных акустических измерительных участков, распределенных продольно вдоль волокна, и термин «распределенный акустический датчик» должен интерпретироваться соответствующим образом. Термин «акустический» должен означать любой тип волны давления или механических возмущений, которые могут приводить к изменению деформации на оптическом волокне, и для исключения сомнений, термин «акустический» должен считаться включающим в себя в себя ультразвуковые и дозвуковые волны, а также сейсмические волны.

DAS может управляться с возможностью обеспечения множества каналов измерения по большой длине волокна, например DAS может применяться к участкам волокна до 40 км или более со смежными каналами измерения длиной порядка 10 м.

DAS предложено для периметрического мониторинга и обнаружения сторонних помех от объектов линейной конструкции, таких как трубопроводы. Преимущества DAS также делают его подходящим для мониторинга в отношении транспортных сетей, к примеру, дорожных или железнодорожных сетей.

Таким образом, существуют условия, в которых DAS уже используется для обеспечения обнаружения посторонних объектов и т.п., и предусмотрено, что DAS может все больше быть использовано в транспортных сетях, например, для мониторинга потока перевозок.

Транспортные сети также зачастую имеют оптическое волокно, размещенное вдоль по меньшей мере части сети, например, для связи с различными датчиками сети и/или системами управления перевозками. Как упомянуто, DAS может применяться с использованием стандартного волокна для оптической связи, и зачастую при любом размещении волокна предусмотрены дополнительные резервные оптические волокна. Таким образом, даже в транспортных сетях, в которых волоконно-оптические датчики в данный момент не размещены, можно легко реализовать DAS.

Применение акустических источников в качестве акустических маркеров вместе с удаленным обнаружением посредством DAS в силу этого обеспечивает возможность точного обнаружения фактического интересующего местоположения. Предположим, что рабочий наряд работает на участке железнодорожной сети, который может отслеживаться с использованием DAS. Рабочий наряд может достигать общей области, в которой должна выполняться работа, и контактировать с центром управления для разрешения заходить на пути обычным образом. Центр управления может проверять то, что для рабочего наряда безопасно заходить, и обеспечивать разрешение. Когда рабочий наряд находится в нужном положении, акустический источник может быть размещен (в подходящем положении) в этом местоположении, т.е. в местоположении рабочего наряда, и активирован. Акустические сигналы, сформированные посредством акустического источника при активации, могут обнаруживаться посредством DAS-системы и передаваться в центр управления. DAS-система затем может определять происхождение обнаруженных акустических сигналов и, следовательно, местоположение акустического источника. Обнаружение местоположения акустического источника в таком случае определяет местоположение рабочего наряда. Если существует какое-либо несоответствие между запланированным местоположением и обнаруженным местоположением, может выполняться проверка, и если запланированное местоположение является корректным, рабочий наряд может контактировать на предмет уточнения.

Знание точного местоположения рабочего наряда позволяет обеспечивать возможность минимизации ограниченной области вокруг рабочего наряда до области, которая необходима для безопасности, уменьшая время, затраченное железнодорожными составами на низкой скорости, и/или уменьшая время простоя, затраченное рабочим нарядом.

Следовательно, способ связан с определением интересующего местоположения в области, отслеживаемой посредством DAS-системы, посредством размещения акустического источника в интересующем местоположении и обнаружения акустических сигналов, сформированных посредством акустического источника, и происхождения таких сигналов, чтобы определять интересующее местоположение. Если предоставляется DAS-система с возможностью обеспечивать другие функции мониторинга, такие как отслеживание местоположения/движения транспортного средства в транспортной сети, например, способ обеспечивает метод регистрации интересующего местоположения непосредственно с помощью системы DAS-мониторинга. Другими словами, не полагаясь на установления связи рабочего наряда с оператором постом управления для того, чтобы определять свое местоположение, и на оператора поста управления, чтобы корректно обозначать подробности местоположения в функции управления, активация акустического источника позволяет DAS-системе непосредственно обнаруживать то, в каком месте находится соответствующее местоположение.

Как упомянуто, способ заключает в себе анализ акустических сигналов, обнаруженных посредством упомянутого распределенного акустического измерения, чтобы обнаружить упомянутую заданную акустическую последовательность и определять местоположение упомянутого акустического источника. В некоторых вариантах применения, определение местоположения акустического источника может заключать в себе определение того, в каком месте вдоль измеряющего волокна размещается акустический источник.

Например, при применении к мониторингу рельсов, оптическое(ие) волокно(а), используемое(ые) для мониторинга железнодорожной сети, может (могут) прокладываться так, чтобы проходить в общем вдоль железнодорожных путей. Следовательно, если применяется способ указания интересующего местоположения вдоль железнодорожных путей, в таком случае может быть достаточным определение места вдоль соответствующего интересующего измеряющего волокна, в котором расположен акустический источник. Это может содержать определение канала или каналов DAS-датчика, которые обнаруживают заданную акустическую последовательность, т.е. определение того, какие продольные измерительные участки волокна обнаруживают соответствующую акустическую последовательность. Если несколько каналов обнаруживают заданную акустическую последовательность, обнаруженные сигналы могут быть проанализированы, чтобы определять то, какой канал является ближайшим к акустическому источнику, например, посредством проверки времени поступления акустических сигналов в различных каналах и/или относительные интенсивности или частоты и т.д. Специалисты в области техники DAS-измерения должны знать различные технологии, которые могут быть использованы для того, чтобы определить происхождение акустического сигнала, обнаруженного посредством DAS-датчика.

Положение измеряющих волокон относительно отслеживаемой области в общем известно. Например, если DAS используется для мониторинга транспортной сети, местоположение волокна(он) вдоль сети известно: положение волокон, возможно, записано при прокладке, и/или местоположение, возможно, определено ранее в процессе калибровки.

В некоторых вариантах применения определение местоположения акустического источника может включать в себя определение степени поперечного смещения акустического источника относительно измеряющего волокна.

Заданный акустический выходной сигнал может содержать по меньшей мере первую кодированную последовательность. Кодированная последовательность может быть кодирована, чтобы обеспечивать различную информацию в пост управления, принимающую DAS-сигналы. Например, при применении, скажем, к рабочим нарядам в железнодорожной сети кодирование может быть выполнено с возможностью определения соответствующего рабочего наряда. Различные рабочие наряды могут использовать различное кодирование, и в силу этого несколько рабочих нарядов могут быть активными в области, причем каждый из них использует собственный кодированный источник для отдельного определения себя и своего местоположения.

В одном варианте осуществления, акустический источник может содержать наземный источник вибраций, например, наземный молоток или устройство для ударов. В идеале, акустический источник является относительно портативным и может быть легко размещен в местоположении с хорошей акустической связью с DAS-волокном. Например, для заглубленного волокна наземный источник вибраций может быть использован для того, чтобы возбуждать землю. Если волокно присоединено к рельсу железнодорожных путей, например, электромеханический привод может быть размещен рядом с основанием рельса, возможно, рядом с фактическим измеряющим волокном. Акустический источник предпочтительно является портативным, но в некоторых случаях может использоваться установленный в транспортном средстве источник.

Способ может включать в себя определение местонахождения по меньшей мере первого акустического источника в первом положении в интересующем местоположении и второго акустического источника во втором положении в интересующем местоположении. По меньшей мере одно из первого и второго положений может представлять внешнюю протяженность интересующего местоположения. Таким образом, например, с использованием примера рабочей бригады в железнодорожной сети, первый и второй акустические источники могут быть расположены так, чтобы указывать внешние границы, вдоль путей, области, в которой работает бригада. Это означает то, что центр управления знает точно, в каком месте вдоль путей находится рабочий персонал. Следовательно, любое ограничение скорости для проходящих железнодорожных составов может регулироваться таким образом, что железнодорожные составы движутся на корректной скорости по всей области рабочего наряда, но при необходимости отсутствует задержка. Аналогично, рабочий наряд может быть предупрежден, когда железнодорожный состав достигнет определенного расстояния от его фактического местоположения, а не общей области, и в силу этого может уменьшаться простой рабочего наряда.

Поскольку первый и второй акустические источники могут располагаться относительно близко друг к другу, они могут выводить различные акустические сигналы, чтобы способствовать различению. Первый и второй акустические источники могут работать на различных частотах и/или обеспечивать различные кодированные последовательности. Обнаруженные сигналы для DAS-датчика затем могут быть проанализированы для обнаружения различных частот или кодирования и определения таким образом соответствующего источника. Это может быть важным, если один источник выходит из строя или не может быть обнаружен по какой-либо причине. Если первый источник всегда используется для указания начала интересующего местоположения, а второй источник - конца интересующего местоположения (для заданного направления движения), то обнаружение одного источника по-прежнему может указывать интересующее местоположение с резервом по безопасности, применяемым для длины интересующего местоположения.

Как упомянуто, область может содержать транспортную сеть, к примеру, железнодорожную или дорожную сеть, а интересующее местоположение может представлять собой местоположение рабочего наряда.

Тем не менее, дополнительно или альтернативно, интересующее местоположение может представлять собой местоположение аварийной ситуации. Аварийная ситуация может представлять собой местоположение нарушения движения или столкновения или любой другой аварийной ситуации. В частности, для дорожных сетей, в которых возникает столкновение, может быть полезно знать протяженность дорожной сети, затронутой столкновением. Размещение первого и второго акустических источников, маркирующих границы дороги, затронутой столкновением, например, одной из аварийных служб или персоналом по техническому обслуживанию и ремонту автомагистралей, позволяет передавать точное местоположение столкновения в центр управления, что обеспечивает возможность планирования дополнительной помощи при необходимости, а также обеспечивает возможность реализации более точных средств управления перевозками.

В некоторых случаях, акустический источник может активироваться только в случае аварийной ситуации. Таким образом, обнаружение заданного акустического выходного сигнала используется для указания наличия аварийной ситуации. Для областей, которые обычно отслеживаются с использованием DAS, акустический источник может быть использован в качестве аварийного радиомаяка, который обеспечивает удаленный индикатор наличия и местоположения аварийной ситуации через DAS-датчик или датчики. Например, в железнодорожной сети, отслеживаемой посредством DAS, каждый железнодорожный состав может содержать DAS-модуль. В случае нарушения движения или другой аварийной ситуации, машинист железнодорожного состава может не только пытаться осуществлять связь через радиостанцию/телефон, чтобы указывать текущее состояние, но также может разместить акустический маркер, предназначенный для обнаружения посредством DAS. В случае сбоя других видов связи размещение акустического источника указывает на аварийную ситуацию, и даже вместе с другими видами связи акустический источник обеспечивает индикатор относительно местоположения нарушения движения/аварийной ситуации. Это позволяет обеспечивать возможность автоматического добавления местоположения нарушения движения на карту сети и реализации различных средств управления для того, чтобы указывать объезд других железнодорожных составов.

Изобретение относится в общем к применению акустического источника в качестве радиомаяка, который выполнен с возможностью быть обнаруженным посредством DAS-датчика и указывать, что состояние применяется к множеству ситуаций, в которых оптическое волокно может присутствовать с возможностью выступать в качестве измеряющего волокна. Другими словами, изобретение относится к применению акустического источника в качестве радиомаяка в области, которая отслеживается посредством одного или более DAS-датчиков. Радиомаяк может определить интересующее местоположение в области, отслеживаемой посредством DAS-датчика(ов), и дополнительно может обеспечивать такую информацию, как определенные данные радиомаяка и/или состояние.

Акустический источник может быть выполнен с возможностью формирования множества различных акустических выходных сигналов, каждый из которых указывает отличающееся состояние, и способ может содержать выбор надлежащего акустического выходного сигнала. Таким образом, например, источник может формировать первый сигнал для указания, что рабочий наряд работает на путях. Когда железнодорожный состав приближается, наряд может быть предупрежден относительно его прибытия таким образом, что он может освободить пути. Когда пути освобождены, он может изменять выходной сигнал источника для указания сигнала «свободно». При отсутствии такого изменения можно не допустить въезда железнодорожного состава в область. В других ситуациях может быть использовано множество других состояний.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает способ удаленного указания местоположения в области, отслеживаемой посредством DAS. Таким образом, в другом аспекте изобретения, предусмотрен способ маркировки интересующего местоположения для удаленного определения, содержащий: размещение акустического источника, выполненного с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала, выполненного с возможностью быть обнаруженным посредством распределенного акустического датчика в интересующем местоположении и активацию акустического источника. Этот способ предлагает совершенно идентичные преимущества и может применяться идентично первому аспекту изобретения.

Также изобретение включает в себя обнаружение интересующего местоположения с использованием DAS. Таким образом, в дополнительном аспекте изобретение обеспечивает способ определения интересующего местоположения в области, содержащий выполнение распределенного акустического измерения по меньшей мере для оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области, и отслеживание акустических ответов для заданного акустического сигнала, формируемого посредством источника акустических маркеров, размещенного в интересующем местоположении, и в случае обнаружения упомянутого заданного акустического сигнала, определение местоположения упомянутого источника акустических маркеров.

Изобретение относится в общем к применению акустического источника для удаленного указания интересующего местоположения в области посредством обнаружения местоположения акустического источника посредством выполнения распределенного акустического измерения по меньшей мере для одного оптического волокна, размещенного в области.

Изобретение также применяется к устройству. Таким образом, в другом аспекте предусмотрена система для определения интересующего местоположения в области, содержащая: акустический источник, размещаемый в интересующем местоположении и выполненный с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала; по меньшей мере один распределенный акустический датчик, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, размещенное по меньшей мере частично в упомянутой области; и процессор для анализа акустических сигналов, обнаруженных посредством упомянутого распределенного акустического датчика, чтобы обнаружить упомянутую заданную акустическую последовательность и определять местоположение упомянутого акустического источника.

Система может управляться совершенно идентично способу изобретения. Изобретение также предусматривает устройства выдачи акустических маркеров или радиомаяков, которые могут быть использованы для того, чтобы удаленно указывать местоположение через DAS. Следовательно, в дополнительном аспекте предусмотрен акустический маркер, выполненный с возможностью удаленного указания интересующего местоположения, содержащий акустический источник, выполненный с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала, выполненный с возможностью быть обнаруженным посредством распределенного акустического датчика.

Акустический источник может быть выполнен с возможностью формирования множества различных акустических выходных сигналов, каждый из которых указывает отличающееся состояние, как описано выше.

Акустический маркер может быть выполнен с возможностью автоматически активироваться в ответ на обнаружение по меньшей мере одного аварийного состояния. Например, в случае нарушения движения или столкновения железнодорожных составов, акустический радиомаяк на железнодорожном составе может автоматически активироваться, чтобы передавать информацию в пост управления через DAS.

Далее изобретение описано лишь в качестве примера в отношении следующих чертежей, на которых:

Фиг. 1 показывает конфигурацию DAS-датчика;

Фиг. 2 иллюстрирует применение акустических источников в качестве маркеров в транспортной сети, отслеживаемой посредством DAS;

Фиг. 3 иллюстрирует один подходящий акустический источник; и

Фиг. 4 иллюстрирует примерное акустическое кодирование.

Фиг. 1 показывает схематический вид конфигурации распределенного волоконно-оптического измерения. Измеряющее волокно 104 некоторой длины разъемно соединено на одном конце с устройством 106 опроса. Выходной сигнал из устройства 106 опроса передается в процессор 108 сигналов, который может располагаться совместно с устройством опроса или может быть удаленным от него, и при необходимости пользовательский интерфейс/графический дисплей 110, который на практике может быть реализован посредством надлежащего специализированного PC. Пользовательский интерфейс может располагаться совместно с процессором сигналов или может быть удаленным от него.

Измеряющее волокно 104 может иметь длину во множество километров и может иметь длину, например, в 40 км или более. Измеряющее волокно может быть стандартным не модифицированным одномодовым оптическим волокном, к примеру, которое обычно используется в приложениях связи, без необходимости намеренно вводимых узлов отражения, таких как волоконная брэгговская решетка и т.п. Возможность использовать не модифицированную длину стандартного оптического волокна для обеспечения измерения означает, что может использоваться недорогое легкодоступное волокно. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления волокно может содержать волокно, которое изготовлено таким образом, что оно является чрезвычайно чувствительным к падающим вибрациям. Волокно должно быть защищено посредством его заключения в кабельную конструкцию. При использовании волокно 104 размещено в интересующей области, подлежащей отслеживанию, которая в соответствии с настоящим изобретением может располагаться вдоль пути транспортной сети, такой как автомобильная или железная дорога, как описано.

При работе устройство 106 опроса возбуждает опрашивающее электромагнитное излучение, которое, например, может содержать последовательность оптических импульсов, имеющих выбранную схему частоты повторений, в измеряющем волокне. Оптические импульсы могут иметь такую схему частоты повторений, как описано в публикации патента Великобритании № GB2442745, содержимое которого настоящим включено в данный документ путем ссылки, хотя также известны и могут быть использованы DAS-датчики, основанные на одном опрашивающем импульсе. Следует отметить, что при использовании в данном документе термин «оптический» не ограничивается видимым спектром, и оптическое излучение включает в себя инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Как описано в GB2442745, явление рэлеевского обратного рассеяния приводит к отражению некоторой части света, входящего в волокно, обратно к устройству опроса, в котором оно обнаруживается, чтобы обеспечивать выходной сигнал, который представляет собой акустические возмущения около волокна. Следовательно, устройство опроса для удобства содержит по меньшей мере один лазер 112 и по меньшей мере один оптический модулятор 114 для формирования множества оптических импульсов, разделенных посредством известной разности оптических частот. Устройство опроса также содержит по меньшей мере один фотодетектор 116, выполненный с возможностью обнаружения излучения, которое подвергается рэлеевскому обратному рассеянию из узлов собственного рассеяния в волокне 104. DAS-датчик на основе рэлеевского обратного рассеяния является очень полезным в вариантах осуществления настоящего изобретения, но также известны и могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения системы на основе бриллюэновского или рамановского рассеяния.

Сигнал из фотодетектора обрабатывается процессором 108 сигналов. Процессор сигналов легко демодулирует ответный сигнал на основе разности частот между оптическими импульсами, например, как описано в GB2442745. Процессор сигналов также может применять алгоритм развертывания фазы, описанный в GB2442745. За счет этого может отслеживаться фаза обратно рассеянного света из различных участков оптического волокна. Следовательно, могут обнаруживаться все изменения фактической оптической длины пути в данном участке волокна, к примеру, обусловленные падающими волнами давления, вызывающими деформацию на волокне.

Форма оптического входного сигнала и способ обнаружения обеспечивают пространственное разрешение одного непрерывного волокна в дискретные продольные измерительные участки. Иными словами, акустический сигнал, измеряемый на одном измерительном участке, может обеспечиваться практически независимо от сигнала, измеряемого на смежном участке. Такой датчик может рассматриваться в качестве полностью распределенного или внутреннего датчика, поскольку он использует собственное рассеяние, обрабатываемое внутренне в оптическом волокне, и в силу этого распределяет функцию измерения по всему оптическому волокну. Пространственное разрешение измерительных участков оптического волокна, например, может составлять приблизительно 10 м, что, скажем, для непрерывной длины волокна порядка 40 км обеспечивает приблизительно 4000 независимых акустических каналов и т.п., размещенных вдоль 40 км волокна.

DAS используется во многих окружениях и рассматривается для размещения в транспортных сетях, таких как дорожные или железнодорожные сети, в которых могут отслеживаться длинные сегменты дороги или железной дороги. Зачастую оптическое волокно уже размещено вдоль главных маршрутов этой сети в любом случае.

Фиг. 2 иллюстрирует то, как настоящее изобретение может быть использовано в еще одном варианте осуществления. Фиг. 2 показывает участок транспортной сети, которая в этом примере упоминается как железная дорога 201 (которая может быть надземной или подземной железной дорогой), но следует понимать, что участок сети может быть участком дороги.

Оптическое волокно 104, которое отслеживается посредством DAS-датчика, как описано выше, размещено вдоль железной дороги 201. Как правило, оптическое волокно 104 может быть заглублено рядом с железной дорогой, но возможны другие конфигурации, например, заглубление под пути или соединение с путями. DAS-датчик может быть использован в нормальном режиме работы железной дороги для обеспечения множества функций управления и/или мониторинга. Например, DAS-датчик стандартно может использоваться для того, чтобы отслеживать движение железнодорожных составов в сети. Местоположение оптического волокна 104 вдоль железной дороги 201 в силу этого может быть известным, и сигналы из DAS-датчика могут быть интегрированы в систему управления железнодорожными перевозками, например, положение железнодорожных составов, отслеживаемых посредством одного или более DAS-датчиков, может отображаться и/или графически иллюстрироваться в центральном посту управления.

В этом примере, имеется две рабочих бригады, назначенные для работы на различных участках сети, но участок сети должен оставаться действующим. Таким образом, желательно уведомлять рабочие бригады относительно приближения железнодорожного состава таким образом, чтобы они могли обеспечивать освобождение путей и нахождение всего персонала на безопасном расстоянии от путей. Также может быть необходимым установление ограничения скорости для железнодорожного состава по мере того, как он проходит через области, в которых ведутся работы.

Обычно местоположения рабочих бригад должны в максимально возможной степени планироваться заранее, и рабочие бригады за счет этого должны переходить далее в запланированные местоположения. Оператор поста управления затем может инструктировать железнодорожный состав накладывать ограничение скорости в запланированном местоположении и/или предупреждать бригады, когда железнодорожные составы приближаются к запланированным местоположениям. Тем не менее, возможно, что центр управления может ошибаться относительно положения запланированного местоположения, или рабочая бригада может переходить в неправильное местоположение. В любом случае, рабочая бригада может не находиться в том месте, в котором ожидает центр управления, и в силу этого могут выдаваться не соответствующие предупреждения или ограничения скорости.

Также возможно то, что запланированное местоположение охватывает широкую область, но рабочие бригады работают только в небольшой части этой запланированной области в любой момент. Таким образом, может быть необходимым накладывать ограничения скорости и выдавать предупреждение для всей области, что может быть неэффективным.

В варианте осуществления настоящего изобретения, рабочие бригады указывают свое местоположение в центр управления посредством размещения акустических источников, которые могут быть обнаружены посредством DAS-датчиков через измеряющее волокно 104.

Таким образом, первая рабочая бригада размещает акустические источники 202 и 203 в области, в которой она работает, причем акустические источники размещаются на внешних границах области, в которой она в данный момент работает. Акустические источники предпочтительно являются удобными и портативными и в силу этого могут легко повторно позиционироваться по мере того, как перемещается рабочая бригада. При условиях, в которых бригада работает на путях или рядом с путями, которые содержат измеряющее волокно рядом с путями, акустические источники не обязательно должны быть особо мощными, поскольку волокно расположено около источника. Таким образом, могут использоваться относительно простые акустические источники.

Фиг. 3 показывает один пример акустического источника 301, который может быть использован, в частности, с заглубленными измеряющими волокнами. Источник может представлять собой наземный источник вибраций и может устанавливаться на земле 302. В этом примере, показанном на фиг. 3, источник 301 частично внедряется в землю 302, чтобы обеспечивать хорошую акустическую связь. Источник 301 имеет узел 303 молотка или ударника, размещенный с возможностью перемещения, чтобы производить удар таким образом, чтобы передавать вибрации в землю. В этом случае молоток ударяет непосредственно землю, но в других конфигурациях молоток может ударять пластину источника. Как проиллюстрировано, удар формирует акустические волны в земле, которые должны быть обнаружены посредством заглубленного волокна 104. Тем не менее, могут использоваться различные другие конфигурации акустических источников, и может использоваться все, что формирует отличительный сигнал, который может быть обнаружен посредством DAS-датчика, в том числе и множество форм акустического преобразователя.

Снова ссылаясь на фиг. 2, первая рабочая бригада, таким образом, размещает акустические источники 202 и 203 и активирует источники. Еще дальше по путям второй рабочий наряд аналогично может размещать акустические источники 204 и 205 на границах области, в которой он работает.

DAS-датчик должен иметь возможность обнаруживать акустическое воздействие, сформированное посредством акустических источников, и определять соответствующее местоположение посредством проверки того, какой из измерительных участков обнаруживает акустический сигнал. Для этого варианта осуществления, интересующее местоположение представляет собой местоположение вдоль путей, и в силу этого определение местоположения просто определяют, насколько далеко по путям расположены источники. Это может осуществляться посредством поиска измерительных участков, которые обнаруживают первыми акустические сигналы, поскольку измерительный участок, ближайший к источнику, должен принимать падающие волны раньше других измерительных участков.

Конечно, следует принимать во внимание, что при необходимости с помощью надлежащего размещения волокна и анализа времени поступления должно быть возможно определять местоположение источника в двух измерениях.

Фиг. 2 иллюстрирует обобщенный график интенсивности по каналам (т.е. измерительным участкам) вдоль участка волокна. Обнаруженные сигналы, соответствующие местоположению источников, могут четко наблюдаться.

Чтобы способствовать обнаружению и различению источников, каждый из акустических источников формирует заданный выходной сигнал. Это обеспечивает возможность анализа сигналов, обнаруженных DAS-датчиком, на предмет заданного выходного сигнала, в силу этого способствуя отличию от окружающего шума или активности рабочей бригады.

Выходной сигнал каждого из акустических источников может быть одинаковым. В этом случае обнаружение двух относительно близких сигналов высокой интенсивности (соответствующих источникам 202 и 203) может считаться указывающим протяженность области работы первого рабочего наряда, и аналогично, обнаружение других двух относительно близких сигналов высокой интенсивности еще дальше по путям считается признаком присутствия второго рабочего наряда.

Тем не менее, возможно сделать так, чтобы по меньшей мере некоторые акустические источники выдавали различные акустические выходные сигналы. Например, рабочая частота может быть изменена, и/или выходной сигнал может содержать кодированный выходной сигнал. Выходной сигнал может содержать один или более импульсов, т.е. периодов относительно интенсивной акустической стимуляции, и длительность интервала между импульсами и/или временное разделение между импульсами может обеспечивать кодирование. Кодирование также может заключать в себе варьирование частоты акустических сигналов определенным способом. Предусмотрено множество способов, которыми может быть кодирован акустический выходной сигнал. Следовательно, выходной сигнал из акустических источников 202 и 203, выдаваемый для первого рабочего наряда, может отличаться от выходных сигналов из источников 204, 205, выдаваемых для второго рабочего наряда. Это означает, что могут определяться отдельные рабочие наряды. Это может быть полезным, если характер работы, которую проводит один рабочий наряд, означает, что ему требуется более значимое предупреждение относительно приближения железнодорожного состава и/или применение более серьезного ограничения скорости. Также источники, обеспеченные для рабочих бригад, могут обеспечивать отличные друг от друга выходные сигналы и могут быть выполнены с возможностью использования для отметки начала и конца интересующего местоположения в данном направлении.

Когда оба рабочих наряда размещены и активируют соответствующие акустические источники, сигналы должны определяться DAS-датчиком и передаваться в центр управления. Центр управления таким образом может получать точную информацию в реальном времени относительно фактического местоположения рабочих бригад и протяженность области, в которой они работают. Она должна автоматически обновляться, если рабочие бригады перемещаются и повторно позиционируют акустические источники. Это позволяет обеспечивать возможность определения, находится ли рабочая бригада в неправильном месте, а также обеспечивать возможность использования более точных предупреждений и ограничений.

DAS-датчик также может быть использован для того, чтобы отслеживать движение железнодорожных составов на железной дороге, даже если он обычно не используется для мониторинга. Прохождение железнодорожного состава на железной дороге в силу этого может отслеживаться. Когда железнодорожный состав достигает определенного расстояния от положения рабочего наряда, которое может зависеть от скорости железнодорожного состава, и как упомянуто выше, быстроты уведомления, необходимой для соответствующего рабочего наряда, пост управления может уведомлять рабочий наряд относительно предстоящего прибытия железнодорожного состава. В одном варианте осуществления, акустический источник 301 может иметь средство для удаленной связи, и он может содержать одно или более сигнализационных устройств, таких как лампы аварийной сигнализации и/или громкоговорители, которые могут быть удаленно активированы постом управления, чтобы предупреждать рабочий наряд относительно предстоящего прибытия железнодорожного состава. Таким образом, акустический источник может иметь наземный импульс для формирования кодированного акустического сигнала, который может быть обнаружен посредством DAS-датчика. Он также может иметь один или более громкоговорителей, которые могут быть удаленно активированы посредством контроллера (который может быть автоматизирован или не автоматизирован), чтобы предупреждать рабочий наряд о необходимости освобождать область. Акустический сигнал, сформированный посредством громкоговорителя, также может быть обнаружен посредством DAS-системы, что означает то, что DAS-датчик должен иметь возможность обнаруживать то, активирован или нет громкоговоритель корректно, и принимает или нет рабочий наряд предупреждение. Конечно, могут использоваться другие средства для оповещения рабочего наряда, к примеру, контроллер, вызывающий рабочий наряд по радиостанции или мобильному телефону.

Тем не менее, предупрежденный рабочий наряд затем может освободить пути и указать посту управления, что прохождение железнодорожного состава безопасно. В некоторых вариантах осуществления это может представлять собой изменение выходного сигнала акустических источников таким образом, чтобы указать сигнал «свободно». Если пост управления не обнаруживает сигнал «свободно», он может не допускать въезда железнодорожного состава в соответствующую область.

Также центр управления может осуществлять связь с прибывающим железнодорожным составом, чтобы накладывать ограничения скорости на железнодорожный состав на определенном расстоянии от местоположения рабочего наряда или обеспечивать то, что железнодорожный состав может вовремя замедляться до требуемой скорости. По мере того, как отслеживается движение железнодорожного состава посредством идентичной системы, которая определяет местоположение рабочего наряда (и которая может указывать то, является или нет прохождение железнодорожного состава безопасным), движение железнодорожного состава может точно управляться с тем, чтобы обеспечивать безопасность, но уменьшать все задержки или ограничения скорости до минимума.

Использование идентичной системы, которая отслеживает движение железнодорожных составов, для того чтобы определить местоположение рабочего наряда, обеспечивает внутреннюю защиту от ложного определения местоположения при условии, что акустические радиомаяки расположены корректно. Поскольку радиомаяки просто размещаются в положении, в котором находится рабочий наряд, вероятность ложных сообщений является низкой.

Пример, поясненный относительно фиг. 2, касается рабочих бригад на железной дороге, но идентичные принципы применяются к другим транспортным сетям, таким как дороги и/или местоположению других интересующих событий. Например, участок 201 сети может представлять собой дорогу, и источник 202 и 203 могут указывать событие нарушения движения, вызывающее пробки в одном направлении (с размещением двух источников, формирующих различные выходные сигналы, указывающие направление), и источники 204 и 205 могут указывать протяженность столкновения в идентичном или противоположном направлении.

Как упомянуто выше, акустические источники могут принудительно формировать кодированные последовательности. Акустический источник может содержать определенное число выбираемых кодированных последовательностей, каждая из которых указывает отличающееся состояние. Как упомянуто выше, скажем, при использовании в дорожной сети один выходной сигнал может указывать нарушение движения, тогда как другой указывает столкновение. Кодированные последовательности могут содержать повторяющиеся акустические схемы с различными временными разделениями, например, как проиллюстрировано на фиг. 4. Обнаружение акустического сигнала, имеющего конкретную схему, следовательно, должно указывать конкретное состояние.

В некоторых случаях, акустический источник может быть активирован только в случае аварийной ситуации и в силу этого обеспечивает способ указания наличия аварийной ситуации, а также ее местоположения.

В примерах, поясненных выше, интересующее местоположение представляет собой местоположение вдоль железной дороги, вдоль которой обеспечиваются измеряющее(ие) волокно(а) для DAS-датчика(ов). Таким образом, достаточно определять местоположение источника вдоль соответствующего измеряющего волокна. Следовательно, при использовании акустические источники должны быть размещены относительно близко к используемому измеряющему оптическому волокну(ам), что, как упомянуто, означает то, что могут использоваться источники с относительно низким уровнем мощности. В таких вариантах осуществления, отслеживаемая область фактически является вытянутой, но относительно узкой областью, идущей вдоль пути волокна.

Тем не менее, в некоторых вариантах применения отслеживаемая область, в которой может быть желательным определить местоположение, может быть намного более широкой, и одно или более оптических волокон могут быть выполнены с возможностью отслеживать всю упомянутую область. В таких вариантах применения, может быть желательным определить или помечать интересующее местоположение, которое может смещаться от измеряющего волокна. В таких вариантах применения акустические источники могут допускать формирование акустического воздействия, которое может быть обнаружено посредством DAS-датчика с относительно большого расстояния. Наземный источник акустического воздействия, к примеру, DAS-датчик(и), следовательно, может быть выполнен с возможностью обнаружения заданного акустического сигнала и определения происхождения заданного акустического сигнала в двумерной области. Местоположение происхождения акустического сигнала может быть определено из анализа времени поступления из надлежащим образом размещенного волокна или волокон, как должно быть понятно специалистам в данной области техники.

В некоторых вариантах применения, акустические сигналы, используемые для того, чтобы определить интересующее местоположение, могут быть намеренно сформированы человеком, а не посредством акустического преобразователя. Например, применительно к мониторингу железнодорожной сети человек может формировать акустический сигнал, имеющий заданную последовательность, посредством ударов по земле или другому объекту в требуемой последовательности. Например, если железнодорожник определяет проблему с участком рельса, он может сообщать о наличии проблемы и местоположении проблемы в центр управления посредством формирования акустического сигнала в заданной последовательности. Он, например, может ударять рельс молотком в требуемой последовательности для формирования звука, четко обнаруживаемого DAS-датчиком. Это исключает необходимость выделенного акустического источника и означает, что все, кто знает последовательность, могут осуществлять связь непосредственно с центром управления через систему DAS-мониторинга. Машинист железнодорожного состава, имеющего неисправность, которая включает в себя сбой связи, может формировать заданный акустический сигнал, указывающий на неполадки, посредством ударов по рельсу. В качестве альтернативы, в некоторых случаях волоконно-оптический кабель, используемый для DAS-измерения, может быть по меньшей мере частично незащищенным в некоторых областях, и в силу этого обнаруживаемый акустический сигнал может формироваться посредством касания оплетки волоконно-оптического кабеля.

В некоторых случаях, в которых оптическое волокно расположено вдоль пути линейной конструкции, такой как железная дорога или трубопровод, могут быть предусмотрены одна или более областей кабельных петель, в которых длина волоконно-оптического кабеля превышает длину пути линейной конструкции. Другими словами, в некоторых участках пути линейной конструкции, если длина конструкции имеет длину x метров, то имеется x метров волоконно-оптического кабеля (или немного больше), так что кабель идет рядом с конструкцией. Тем не менее, на другом участке длина в x метров пути конструкции может содержать x+y метров кабеля, где y может составлять несколько метров или десятки метров кабеля. Следовательно, в этих областях часть кабеля может образовывать одну или более волоконных петель.

Такие волоконные петли могут случайно получаться при прокладывании кабеля, либо они могут быть намеренно введены для обеспечения «резервного» кабеля в случае необходимости последующего повторного размещения кабеля или устранения поврежденного участка кабеля.

Присутствие таких петель, конечно, вызывает несовпадение в определенных областях между длиной измеряющего волокна и длиной отслеживаемого объекта линейной конструкции. Следовательно, присутствие таких петель может быть обнаружено в фазе начальной калибровки/настройки для системы DAS-мониторинга, и ответы сигнала из таких петель, следовательно, могут игнорироваться при мониторинге используемого объекта линейной конструкции.

В вариантах осуществления настоящей заявки, такие волоконные петли могут быть использованы в качестве части сети DAS-мониторинга, которая может быть использована для того, чтобы указывать состояние вдоль линий, поясненное выше. Например, если такие петли разнесены на относительно регулярные интервалы вдоль железной дороги, то в случае аварийной ситуации, человек, к примеру, машинист железнодорожного состава, может быть способен находить такую ближайшую петлю и формировать акустический сигнал, например, посредством касания оплетки волоконно-оптического кабеля (если незащищен) или удара о землю или рельс с помощью такого предмета, как молоток. Обнаружение сигнала из такой части измеряющего волокна может быть использовано в качестве обнаружения аварийной ситуации, и местоположение петли вдоль волокна должно указывать общее местоположение аварийной ситуации.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам контроля местоположения работников на железной дороге. Способ определения интересующего местоположения в области содержит этапы, на которых размещают по меньшей мере первый акустический источник в первом положении в интересующем местоположении и второй акустический источник во втором положении в интересующем местоположении, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения, активируют по меньшей мере первый акустический источник и второй акустический источник для формирования заданного акустического выходного сигнала, выполняют распределенное акустическое измерение по меньшей мере для одного оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области, и анализируют акустические сигналы, обнаруженные посредством упомянутого распределенного акустического измерения, для обнаружения упомянутой заданной акустической последовательности и определения местоположения упомянутых по меньшей мере первого акустического источника и второго акустического источника. Технический результат – определение точности местоположения работников. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения интересующего местоположения в области, содержащий этапы, на которых:

размещают по меньшей мере первый акустический источник в первом положении в интересующем местоположении и второй акустический источник во втором положении в интересующем местоположении, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения;

активируют по меньшей мере первый акустический источник и второй акустический источник для формирования заданного акустического выходного сигнала;

выполняют распределенное акустическое измерение по меньшей мере для одного оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области; и

анализируют акустические сигналы, обнаруженные посредством упомянутого распределенного акустического измерения, для обнаружения упомянутой заданной акустической последовательности и определения местоположения упомянутых по меньшей мере первого акустического источника и второго акустического источника.

2. Способ по п. 1, в котором упомянутый заданный акустический выходной сигнал содержит по меньшей мере первую кодированную последовательность.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый акустический источник содержит наземный источник вибраций.

4. Способ по п. 1, в котором первый и второй акустические источники выдают различные акустические сигналы.

5. Способ по п. 4, в котором первый и второй акустические источники работают на различных частотах и/или выдают различные кодированные последовательности.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором область содержит транспортную сеть.

7. Способ по п. 6, в котором транспортная сеть содержит железнодорожную или дорожную сеть.

8. Способ по п. 6, в котором интересующее местоположение представляет собой местоположение рабочего наряда.

9. Способ по п. 6, в котором интересующее местоположение представляет собой местоположение аварийной ситуации.

10. Способ по п. 1 или 2, в котором акустический источник активируют только в случае аварийной ситуации, и обнаружение заданного акустического выходного сигнала используется для указания наличия аварийной ситуации.

11. Способ по п. 1 или 2, в котором первый акустический источник выполнен с возможностью формирования множества различных акустических выходных сигналов, каждый из которых указывает отличающееся состояние, при этом способ содержит этап, на котором выбирают соответствующий акустический выходной сигнал.

12. Способ маркировки интересующего местоположения для удаленного определения, содержащий этап, на котором:

размещают по меньшей мере первый акустический источник и второй акустический источник, выполненные с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала, выполненного с возможностью быть обнаруженным посредством распределенного акустического датчика, в соответствующих первом положении в интересующем местоположении и втором положении в интересующем местоположении, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения, и активируют упомянутые по меньшей мере первый акустический источник и второй акустический источник.

13. Способ обнаружения интересующего местоположения в области, содержащий этапы, на которых выполняют распределенное акустическое измерение по меньшей мере для оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области, и отслеживают акустические ответы для заданного акустического сигнала, формируемого посредством источника по меньшей мере первого акустического маркера и второго акустического маркера, размещенных соответственно в первом положении и втором положении в интересующем местоположении, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения, обнаруживают заданные акустические сигналы от упомянутых по меньшей мере первого акустического маркера и второго акустического маркера и определяют интересующее местоположение на основании определённого местоположения упомянутых по меньшей мере первого акустического маркера и второго акустического маркера.

14. Система для определения интересующего местоположения в области, содержащая:

по меньшей мере первый акустический источник, размещаемый в первом положении в интересующем местоположении, и второй акустический источник, размещаемый во втором положении в интересующем местоположении, выполненные с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения;

по меньшей мере один распределенный акустический датчик, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, размещенное по меньшей мере частично в упомянутой области;

процессор для анализа акустических сигналов, обнаруживаемых посредством упомянутого распределенного акустического датчика, для обнаружения упомянутой заданной акустической последовательности и определения местоположения упомянутых по меньшей мере первого акустического источника и второго акустического источника.

15. Акустический маркер, выполненный с возможностью удаленного указания интересующего местоположения, содержащий акустический источник, выполненный с возможностью формирования заданного акустического выходного сигнала, выполненного с возможностью быть обнаруженным посредством распределенного акустического датчика, при этом акустический источник выполнен с возможностью формирования множества различных акустических выходных сигналов, каждый из которых указывает отличающееся состояние.

16. Акустический маркер по п. 15, выполненный с возможностью автоматического активирования в ответ на обнаружение по меньшей мере одного аварийного состояния.