Комбинированная высокоскоростная система обмена данными для систем управления движением поездов Российский патент 2021 года по МПК B61L27/00 H04M3/56 

Изобретение относится к области автоматики, связи и вычислительной техники, а именно к системам обмена данными для систем управления движением поездов.

Известна система обмена данными для управления движением поездов, содержащая станционные устройства доступа, установленные на станциях, ограничивающих перегон, и на перегонах между станциями переговорно-вызывные устройства перегонной связи, устройства доступа перегонные, взаимодействующие по цифровой сети с использованием первичного цифрового канала в формате Е1, а также волоконно-оптическую линию связи, выполненную на основе технологии пассивных оптических сетей, для обеспечения связи устройств доступа перегонных со станционными, в оптическое волокно волоконно-оптической линии связи включены сплиттеры, каждое станционное устройство доступа выполнено в виде первичного мультиплексора, переговорно-вызывное устройство снабжено установленным в его корпусе источником питания, устройство доступа перегонное включает два трансивера, первый их которых по оптоволокну соединен через соответствующий сплиттер со станционным устройством доступа одной из станций, а второй - через соответствующий сплиттер по другому оптоволокну - со станционным устройством доступа другой станции, аналоговый коммутатор, кодер, декодер, блок управления, усилитель, выходом подключенный к громкоговорителю, блок питания, генератор постоянного тока, включенный между выходом блока питания и первым входом блока управления, блок формирования цифрового канала, содержащий коммутатор цифрового потока, мультиплексор, демультиплексор, детектор сигнала блокировки, блок управления оптическими передатчиками и переключатель направления цифрового потока, и гнездо для подключения источника питания к блоку питания, а переговорно-вызывного устройства - к аналоговому коммутатору, выход которого через последовательно соединенные кодер, мультиплексор каналов, коммутатор цифрового потока подключен к входам трансиверов, выходами подключенными через последовательно соединенные коммутатор цифрового потока, демультиплексор и декодер к входу аналогового коммутатора непосредственно и через усилитель к громкоговорителю, второй вход блока управления соединен через гнездо с одним из выводов переговорно-вызывного устройства, а выход - с управляющими входами аналогового коммутатора, демультиплексора и блока управления оптическими передатчиками, выход демультиплексора через детектор сигнала блокировки подключен ко второму входу блока управления оптическими передатчиками, соединенного с управляющим входом коммутатора цифрового потока, цепи управления которого подключены к переключателю направления, входы/выходы первичного мультиплексора каждой станции подключены к сетевым мультиплексорам обходной сети, к аппаратно-программному устройству автоматизированного рабочего места оператора системы мониторинга и администрирования и линиям связи с местом аварийно-восстановительных работ, а через коммутатор оперативно-технологической связи - к пульту дежурного по станции и линиям диспетчерской связи (RU2713776, B61L 27/00, 07.02.2020).

Недостатком известной системы является ограниченность функциональных возможностей не позволяющая ее использовать для управления высокоскоростным движением поездов.

В качестве прототипа принята система обмена данными локомотивных систем с диспетчерским центром контроля и управления, содержащая размещенные в диспетчерском центре контроля и управления приемопередатчик и сервер, подключенный через блок преобразования сигнала к волоконно-оптической линии, уложенной вдоль железнодорожного пути, а на вовлеченных в систему поездах - бортовое оборудование, включающее соединенные между собой через бортовой системный интерфейс локомотива обмена данными комплексное локомотивное устройство безопасности и локомотивное приемопередающее устройство, на каждом перегоне, условно разделенном на несколько путевых участков, установлены на границах этих участков напольные широкополосные приемопередающие модули, каждый из которых через блок преобразования сигнала соединен с входом соответствующего Y-объединителя, который включен последовательно с волоконно-оптической линией и расположен напротив приемопередающего модуля, а каждый вовлеченный в систему поезд снабжен локомотивным широкополосным приемопередающим модулем, который подключен к бортовому системному интерфейсу локомотива обмена данными, при этом в диспетчерском центре контроля и управления установлен и подключен к серверу блок логической проверки информации, поступающей от локомотивного приемопередающего модуля, выход блока логической проверки информации соединен с управляющим входом приемопередатчика (RU2678915, B61L 27/00, 04.02.2019).

Недостатком известной системы является низкая помехоустойчивость, обусловленная плохими условиями приема широкополосных радиосигналов в некоторых местах железнодорожной линии, например, связанных с экранированием и отражением радиосигналов. Это может приводить к сбоям в управлении высокоскоростным движением поездов.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и расширении области применения системы.

Технический результат достигается тем, что в комбинированной высокоскоростной системе обмена данными для систем управления движением поездов, содержащей первую волоконно-оптическую линию связи, проложенную вдоль каждого перегона, между станциями ограничивающими этот перегон, условно разделенный на путевые участки, на границах которых размещены напольные широкополосные приемопередающие модули и блоки преобразования сигнала, каждый из которых соединен с входом соответствующего сплиттера, включенного последовательно в волоконно-оптическую линию связи и расположенного напротив соответствующего широкополосного приемопередающего модуля, согласно изобретению каждый блок преобразования сигнала через последовательно соединенные формирователь номеров точек выделения каналов и коммутатор радиоканалов подключен к соответствующему широкополосному приемопередающему модулю, при этом к первой волоконно-оптической линии связи на первой станции, через первый коммутатор выделения каналов, подключены блок управления базовыми радиостанциями системы радиосвязи LTE, первая базовая станция системы радиосвязи LTE и процессор управления системы обмена данными, соединенный с блоком синхронизации, а через второй коммутатор выделения каналов, расположенный на второй станции, подключена вторая базовая станция системы радиосвязи LTE, первый вход/выход процессора управления системы обмена данными предназначен для подключения системы управления движением поездов, его второй вход/выход соединен с первым выходом/входом блока контроля координат локомотивов, а третий вход/выход соединен со второй волоконно-оптической линией связи, при этом второй выход/вход блока контроля координат локомотивов соединен с первым входом/выходом сервера управления системы радиостанций DMR, второй вход/выход которого соединен со второй волоконно-оптической линией связи, а третий вход/выход сервера соединен с первым выходом/входом третьего коммутатора выделения каналов, ко второму входу/выходу которого подключена первая стационарная радиостанция системы DMR, а третий вход/выход третьего коммутатора выделения каналов соединен через вторую волоконно-оптическую линию связи с выходом/входом второй стационарной радиостанции системы DMR.

Широкополосные приемопередающие модули могут быть выполнены в виде радиомодемов системы радиосвязи LTE.

На чертеже приведена блок-схема комбинированной высокоскоростной системы обмена данными для систем управления движением поездов.

Комбинированная высокоскоростная система обмена данными для систем управления движением поездов содержит первую волоконно-оптическую линию 1 связи, проложенную вдоль каждого перегона 2, между станциями 3 и 4 ограничивающими этот перегон, условно разделенный на путевые участки 5, на границах которых размещены напольные широкополосные приемопередающие модули 6 (выполнены в виде радиомодемов системы радиосвязи LTE) и блоки 7 преобразования сигнала, каждый из которых соединен с входом соответствующего сплиттера 8, включенного последовательно в волоконно-оптическую линию 1 связи и расположенного напротив соответствующего широкополосного приемопередающего модуля 6, каждый блок 7 преобразования сигнала через последовательно соединенные формирователь 9 номеров точек выделения каналов и коммутатор 10 радиоканалов подключен к соответствующему широкополосному приемопередающему модулю 6, при этом к первой волоконно-оптической линии 1 связи на первой станции 3, через первый коммутатор 11 выделения каналов, подключены блок 12 управления базовыми радиостанциями системы радиосвязи LTE, первая базовая станция 13 системы радиосвязи LTE и процессор 14 управления системы обмена данными, соединенный с блоком 15 синхронизации, а через второй коммутатор 16 выделения каналов, расположенный на второй станции 4, подключена вторая базовая станция 17 системы радиосвязи LTE, первый вход/выход процессора управления системы обмена данными предназначен для подключения системы управления движением поездов, его второй вход/выход, соединен с первым выходом/входом блока 18 контроля координат локомотивов, а третий вход/выход соединен со второй волоконно-оптической линией 19 связи, при этом второй выход/вход блока 18 контроля координат локомотивов соединен с первым входом/выходом сервера 20 управления системы радиостанций DMR, второй вход/выход которого соединен со второй волоконно-оптической линией 19 связи, а третий вход/выход сервера 20 соединен с первым выходом/входом третьего коммутатора 21 выделения каналов, ко второму входу/выходу которого подключена первая стационарная радиостанция 22 системы DMR, а третий вход/выход третьего коммутатора 21 выделения каналов соединен через вторую волоконно-оптическую линию 19 связи с выходом/входом второй стационарной радиостанции 23 системы DMR.

Комбинированная высокоскоростная система обмена данными для систем управления движением поездов работает следующим образом.

Система обмена данными использует физические принципы организации широкополосных и узкополосных сетей радиосвязи. Узкополосные системы (например, DMR) обеспечивают максимальную дальность при сравнительно небольших скоростях передачи данных, измеряемых в килобитах в секунду (DMR-2,2Кбит/с). Широкополосные системы обеспечивают скорости передачи данных, измеряемые в мегабитах в секунду (LTE-10-30Mбит/с) при сравнительно небольших дальностях.

Каждый блок 7 преобразования сигнала является обратимым оптоэлектрическим преобразователем, который преобразует электрический сигнал в оптический при передаче в сплиттер и волоконно-оптическую линию 1 связи и оптический сигнал в электрический на приеме из волоконно-оптической линии 1 связи и сплиттера. Посредством коммутатора 10 радиоканалов осуществляется переключение радиоканалов широкополосного приемопередающего модуля 6 (радиомодема) по управляющим командам, формируемым процессором 14 управления системы обмена данными. Коммутаторы 10 обеспечивают взаимодействие процессора 14 управления системы обмена данными с модемами для обеспечения возможности использования высокоскоростной части сети передачи данных при отсутствии поезда на контролируемом участке для контроля состояния объектов инфраструктуры.

В системе передача данных выполняется по двум радиоканалам:

- широкополосному LTE при использовании базовых радиостанций 13 и 17 и радиомодемов 6 с обеспечением дальности взаимодействия в пределах станции и прилегающего участка пути, с установкой базовых радиостанций на железнодорожных станциях, а радиомодемов (широкополосных приемопередающих модулей 6) в точках выделения каналов из волоконно-оптической линии 1 связи на перегоне;

- узкополосному DMR при использовании стационарных радиостанций с обеспечением дальности взаимодействия в пределах станций и всего перегона 2, с установкой стационарных радиостанций 22 и 23 на станциях (3 и 4).

Использование радиомодемов LTE, управляемых от процессора 14 управления системой обмена данными, обеспечивает упрощение системы и сокращение затрат на ее реализацию.

При движении локомотива (поезда) по участку, через узкополосную систему DMR по второй волоконно-оптической линии 19 связи передается информация усеченного объема, включая информацию о координате локомотива. Информация о координате контролируется блоком 18 контроля координаты локомотивов и транслируется в процессор 14 управления системы обмена данными. На основании этой информации по первой волоконно-оптической линии 1 связи передается от процессора 14 управления по номеру формирователя 9 номеров точек выделения каналов команда на включение соответствующего широкополосного приемопередающего модуля 6 (радиомодема) широкополосной системы LTE. И далее выполняется высокоскоростной обмен данными в объеме, определяемом временем нахождения локомотива в зоне радио покрытия модема, между локомотивом, модемом и процессором 14 управления системой. Процессор 14 управления системой обмена данными обеспечивает взаимодействие с системой управления движением поездов, прием/передачу информации от системы управления движением поездов, коммутацию каналов волоконно-оптической линии 1 связи, передачу/прием информации из систем радиосвязи LTE и DMR. Блок 12 управления стационарными радиостанциями 22 и 23 и базовые станции 13 и 17 системы LTE обеспечивают взаимодействия с проходящими по станции локомотивами и режимы обмена данными для решения технологических задач работы станции. Радиомодемы обеспечивают взаимодействие с проходящими локомотивами и во время между проходом локомотивов (поездов) обмен данными с путевыми датчиками контроля состояния инфраструктуры (пути, железнодорожной автоматики). Блок 15 синхронизации обеспечивает управление работой всех блоков и устройств системы, управление режимами подключения первой 1 и второй 19 волоконно-оптических линий связи, в привязке к временам прохождения локомотивов по станциям и участкам зон радио покрытия на перегоне.

Конструктивно базовые радиостанции LTE и стационарные радиостанции DMR на станциях могут устанавливаться на специализированных мачтах или крышах зданий с высотой установки обеспечивающей радио покрытие станций. Радиомодемы могут размещаться в местах выделения радиоканалов для организации перегонной связи (вблизи шкафов СЦБ). Радиомодемы с соответствующими антеннами, могут устанавливаться на опорах контактной сети или специализированных мачтах вблизи пути.

Использование системы обеспечивает режимы высокоскоростного и низкоскоростного обмена данными на станциях и перегонах с обеспечением резервирования каждого из каналов передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи 1 и 19.

Изобретение относится к средствам обмена данными при управлении движением поездов. Система содержит первую волоконно-оптическую линию (1) связи, проложенную вдоль каждого перегона (2), между станциями (3) и (4), ограничивающими этот перегон, условно разделенный на путевые участки (5), на границах которых размещены напольные широкополосные приемопередающие модули (6) и блоки (7) преобразования сигнала; сплиттеры (8), формирователи (9) номеров точек выделения каналов, коммутаторы (10) радиоканалов, коммутатор (11) выделения каналов, блок (12) управления базовыми радиостанциями системы радиосвязи LTE, первую базовую станцию (13) системы радиосвязи LTE, процессор (14) управления системы обмена данными, блок (15) синхронизации, второй коммутатор (16) выделения каналов, расположенный на второй станции (4), вторую базовую станцию (17) системы радиосвязи LTE, блок (18) контроля координат локомотивов, сервер (20) управления системы радиостанций DMR, вторую волоконно-оптическую линию (19) связи, третий коммутатор (21) выделения каналов, первую (22) и вторую (23) стационарные радиостанции системы DMR. Достигается повышение надежности системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комбинированная высокоскоростная система обмена данными для систем управления движением поездов, содержащая первую волоконно-оптическую линию связи, проложенную вдоль каждого перегона, между станциями, ограничивающими этот перегон, условно разделенный на путевые участки, на границах которых размещены напольные широкополосные приемопередающие модули и блоки преобразования сигнала, каждый из которых соединен с входом соответствующего сплиттера, включенного последовательно в волоконно-оптическую линию связи и расположенного напротив соответствующего широкополосного приемопередающего модуля, отличающаяся тем, что каждый блок преобразования сигнала через последовательно соединенные формирователь номеров точек выделения каналов и коммутатор радиоканалов подключен к соответствующему широкополосному приемопередающему модулю, при этом к первой волоконно-оптической линии связи на первой станции, через первый коммутатор выделения каналов, подключены блок управления базовыми радиостанциями системы радиосвязи LTE, первая базовая станция системы радиосвязи LTE и процессор управления системы обмена данными, соединенный с блоком синхронизации, а через второй коммутатор выделения каналов, расположенный на второй станции, подключена вторая базовая станция системы радиосвязи LTE, первый вход/выход процессора управления системы обмена данными предназначен для подключения системы управления движением поездов, его второй вход/выход соединен с первым выходом/входом блока контроля координат локомотивов, а третий вход/выход соединен со второй волоконно-оптической линией связи, при этом второй выход/вход блока контроля координат локомотивов соединен с первым входом/выходом сервера управления системы радиостанций DMR, второй вход/выход которого соединен со второй волоконно-оптической линией связи, а третий вход/выход сервера соединен с первым выходом/входом третьего коммутатора выделения каналов, ко второму входу/выходу которого подключена первая стационарная радиостанция системы DMR, а третий вход/выход третьего коммутатора выделения каналов соединен через вторую волоконно-оптическую линию связи с выходом/входом второй стационарной радиостанции системы DMR.

2. Комбинированная высокоскоростная система обмена данными для систем управления движением поездов по п.1, отличающаяся тем, что широкополосные приемопередающие модули выполнены в виде радиомодемов системы радиосвязи LTE.