Система для мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта Российский патент 2023 года по МПК G08C17/02 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для мониторинга состояния объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, в частности устройств автоматики и телемеханики, связи и т.п.

Известна система предупреждения аварии состава, содержащая пункты считывания информации, включающие в себя датчики счета осей и постовое оборудование со считывателем и антенной, и соединенные через линию связи с ЭВМ оператора системы автоматической идентификации и формирования модели состава, которая соединена через линию связи с ЭВМ диспетчера станции, размещенные на подвижных единицах электронные кодовые датчики с идентификационными номерами и электронные кодовые датчики буксовых узлов с индивидуальными идентификационными номерами, и блоки измерительных датчиков физических характеристик буксовых узлов, выходы которых соединены с управляющими входами электронных кодовых датчиков соответствующих буксовых узлов и портом первых модулей приемопередатчиков, установленных на буксовые узлы правой и левой сторон подвижных единиц и связанных через локальные сети маломощной радиосвязи соответственно левой и правой сторон локомотива с размещенными на нем основными модулями приемопередатчиков, и система автоведения состава, включающая в себя ЭВМ с визуализатором обстановки и устройством служебного торможения, блок сравнения идентификационных номеров, запоминающее устройство идентификационной модели состава и сигнализатор аварийной ситуации, причем один вход блока сравнения идентификационных номеров подсоединен к выходу ЭВМ, а другой вход блока сравнения идентификационных номеров соединен с запоминающим устройством идентификационной модели состава, а выход соединен с входом сигнализатора аварийной ситуации, один выход которого соединен с устройством служебного торможения, а другой выход соединен с первым входом визуализатора обстановки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства идентификационной модели состава, вход которого через вход ЭВМ соединен с радиомодемом, который посредством радиоканала связан с радиомодемом, соединенным с выходом ЭВМ диспетчера станции, снабженной запоминающим устройством для хранения идентификационных моделей на каждый состав и устройством записи-считывания этой информации, которое соединено с выходом ЭВМ диспетчера станции, при этом датчики блока измерительных датчиков физических характеристик буксовых узлов выполнены с возможностью формирования на их выходе сигналов двух степеней тревоги, и вторичные источники питания системы, вторые модули приемопередатчиков, установленные на каждой подвижной единице и связанные локальной сетью маломощной радиосвязи с датчиками физических характеристик, размещены вне буксовых узлов, причем порты первых и вторых модулей приемопередатчиков соединены между собой и с выходами блоков датчиков физических характеристик буксовых узлов, основные и дополнительно введенные резервные модули приемопередатчиков соединены через CAN-интерфейс локомотива с системой автоведения состава и с каждым из двух дублированных модулей обработки информации комплексного локомотивного устройства безопасности, выход которого соединен с устройством экстренного торможения поезда (RU 2392149, B61K 9/00, 20.06.2010).

Известная система не обеспечивает достаточный уровень безопасности движения, в частности, из-за того, что не контролирует стационарные объекты железнодорожной инфраструктуры.

В качестве прототипа принята система мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта, содержащая электронные датчики, центральный диспетчерский пункт и мобильные приемопередающие устройства ближней и дальней радиоканальной связи, расположенные на подвижных составах, причем стационарные электронные датчики размещены на объектах инфраструктуры, вдоль железнодорожного пути и могут быть выполнены в виде электронных датчиков контроля параметров устройств автоматики и телемеханики, устройств связи, устройств охранно-пожарной сигнализации, устройств пожаротушения, устройств видеонаблюдения и т.п., а мобильные электронные датчики, могут быть установлены на мобильных объектах, и могут быть у сотрудников ведомственной охраны железнодорожного транспорта, могут являться электронными датчиками контроля положения объектов, электронными датчиками контроля параметров окружающей среды и т.п., при этом все электронные датчики через соответствующие устройства сбора и обработки информации соединены с соответствующими приемопередающими устройствами ближней радиоканальной связи, а сами устройства сбора и обработки информации выполнены с возможностью формирования пакетов информации за заданный интервал времени и приема и/или передачи пакетов информации через соответствующее приемо-передающее устройство ближней радиоканальной связи во время прохождения подвижного состава мимо объектов инфраструктуры, расположенных вдоль железнодорожного пути и оснащенных электронными датчиками, при этом в центральном диспетчерском пункте имеется стационарное приемопередающее устройство дальней радиоканальной связи, выход которого соединен с входом центрального устройства обработки информации, вход/выход которого через устройство формирования пакетов информации соединен с первым входом/выходом стационарного приемопередающего устройства дальней радиоканальной связи, причем каждое мобильное приемопередающее устройство ближней и дальней радиоканальной связи, расположенное на подвижном составе, выполнено с возможностью обмена пакетами информации с электронными датчиками, установленными на объектах инфраструктуры, через канал ближней радиоканальной связи и с аппаратурой центрального диспетчерского пункта через канал дальней радиоканальной связи, к которому подсоединен второй вход/выход стационарного приемопередающего устройства дальней радиоканальной связи (RU 2605699, G08C 17/02, 27.12.2016).

Известная система имеет ограниченную область применения из-за того, что не осуществляет мониторинг ряда важных объектов железнодорожной инфраструктуры.

Технический результат изобретения заключается в расширении области применения системы за счет повышения полноты мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры.

Технический результат достигается тем, что в системе мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта, содержащей электронные датчики контроля параметров, размещенные вдоль железнодорожного пути на объектах инфраструктуры, и электронные датчики контроля параметров, установленные на подвижных составах, при этом каждый электронный датчик, размещенный на объекте инфраструктуры, через соответствующий модуль сбора и обработки информации, выполненный с возможностью формирования пакетов информации за заданный интервал времени приема и/или передачи пакетов информации, соединен с соответствующим приемопередающим модулем ближней радиоканальной связи, центральный диспетчерский пункт, в котором установлено стационарное приемопередающее устройство дальней радиоканальной связи, выходом соединенное с входом блока обработки информации, вход/выход которого через блок формирования пакетов информации соединен с первым входом/выходом стационарного приемопередающего устройства дальней радиоканальной связи, на каждом подвижном составе установлен приемопередающий блок ближней и дальней радиоканальной связи, выполненный с возможностью обмена пакетами информации с электронными датчиками, установленными на объектах инфраструктуры, через канал ближней радиоканальной связи и с аппаратурой центрального диспетчерского пункта через канал дальней радиоканальной связи к которому подсоединен второй вход/выход стационарного приемопередающего устройства дальней радиоканальной связи, согласно изобретению канал радиоканальной связи ближнего действия представляет собой канал LPWAN радиосвязи диапазона частот ISM, базовыми станциями которого являются приемопередающие блоки, установленные на подвижных составах, а канал дальней радиоканальной связи представляет собой канал ремонтно-оперативной радиосвязи на базе сетей подвижной связи стандарта GSM, для подключения к которому на каждом локомотиве подвижного состава установлен модуль GSM радиосвязи, который соединен с первым входом/выходом блока управления движением локомотива, второй вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом приемопередающего блока, входы которого по проводной и/или радиоканальной связи ближнего действия соединены с электронными датчиками контроля параметров различных механических и электрических элементов конструкции подвижного состава, к каналу дальней радиоканальной связи подключен дополнительный модуль GSM радиосвязи, соединенный с первым входом/выходом блока стационарной базовой станции LPWAN радиосвязи, второй вход/выход которого соединен с каналом ближней радиоканальной связи, с которым соединены первые входы/выходы блоков мобильных базовых станций LPWAN радиосвязи, вторые входы/выходы которых соединены через дополнительный модуль GSM радиосвязи с каналом дальней радиоканальной связи, к которому подключена подсистема информационной безопасности, соединенная через сеть передачи данных с сервером главного вычислительного центра, соединенного с входом блока аналитики и хранения, выходом подключенного к блоку представления результатов аналитики, выход которого соединен с входом блока формирования типовых решений, выход которого соединен с сетью передачи данных, при этом блок аналитики и хранения состоит из модуля оперативной обработки данных, модуля хранения данных и модуля мониторинга, блок представления результатов аналитики состоит из модуля уведомлений, модуля дашборда, модуля консоли оператора и модуля формирования отчетов, а блок формирования типовых решений состоит из модуля интеграции с производственными системами, модуля формирования событий, модуля обработки событий и представления внешних сервисов и модуля управления электронными датчиками и формирования сервисных команд, выход модуля интеграции с производственными системами предназначен для соединения с производственными системами, а выход модуля обработки событий и представления внешних сервисов предназначен для соединения с внешними системами.

На чертеже приведена функциональная схема системы для мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта.

Система мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта содержит электронные датчики 1 контроля параметров, размещенные вдоль железнодорожного пути на объектах 2 инфраструктуры, и электронные датчики 3 контроля параметров, установленные на подвижных составах 4, при этом каждый электронный датчик 1, размещенный на объекте 2 инфраструктуры, через соответствующий модуль 5 сбора и обработки информации, выполненный с возможностью формирования пакетов информации за заданный интервал времени приема и/или передачи пакетов информации, соединен с соответствующим приемопередающим модулем 6 ближней радиоканальной связи, центральный диспетчерский пункт 7, в котором установлено стационарное приемопередающее устройство 8 дальней радиоканальной связи, выходом соединенное с входом блока 9 обработки информации, вход/выход которого через блок 10 формирования пакетов информации соединен с первым входом/выходом стационарного приемопередающего устройства 8 дальней радиоканальной связи, на каждом подвижном составе 4 установлен приемопередающий блок 11 ближней и дальней радиоканальной связи, выполненный с возможностью обмена пакетами информации с электронными датчиками 1, установленными на объектах 2 инфраструктуры, через канал 12 ближней радиоканальной связи и с аппаратурой центрального диспетчерского пункта 7 через канал 13 дальней радиоканальной связи к которому подсоединен второй вход/выход стационарного приемопередающего устройства 8 дальней радиоканальной связи, канал 12 ближней радиоканальной связи представляет собой канал LPWAN радиосвязи диапазона частот ISM, базовыми станциями которого являются приемопередающие блоки 11, установленные на подвижных составах 4, а канал 13 дальней радиоканальной связи представляет собой канал ремонтно-оперативной радиосвязи на базе сетей подвижной связи стандарта GSM, для подключения к которому на каждом локомотиве подвижного состава 4 установлен модуль 14 GSM радиосвязи, который соединен с первым входом/выходом блока 15 управления движением локомотива, второй вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом приемопередающего блока 11, входы которого по проводной и/или радиоканальной связи ближнего действия соединены с электронными датчиками 3 контроля параметров различных механических и электрических элементов конструкции подвижного состава 4, к каналу 13 дальней радиоканальной связи подключен дополнительный модуль 16 GSM радиосвязи, соединенный с первым входом/выходом блока 17 стационарной базовой станции LPWAN радиосвязи, второй вход/выход которого соединен с каналом 12 ближней радиоканальной связи, с которым соединены первые входы/выходы блоков 18 мобильных базовых станций LPWAN радиосвязи, вторые входы/выходы которых соединены через дополнительный модуль 16 GSM радиосвязи с каналом 13 дальней радиоканальной связи, к которому подключена подсистема 19 информационной безопасности, соединенная через сеть 20 передачи данных с сервером 21 главного вычислительного центра, соединенного с входом блока 22 аналитики и хранения, выходом подключенного к блоку 23 представления результатов аналитики, выход которого соединен с входом блока 24 формирования типовых решений, выход которого соединен с сетью 20 передачи данных, при этом блок 22 аналитики и хранения состоит из модуля 25 оперативной обработки данных, модуля 26 хранения данных и модуля 27 мониторинга, блок 23 представления результатов аналитики состоит из модуля 28 уведомлений, модуля 29 дашборда, модуля 30 консоли оператора и модуля 31 формирования отчетов, а блок 24 формирования типовых решений состоит из модуля 32 интеграции с производственными системами, модуля 33 формирования событий, модуля 34 обработки событий и представления внешних сервисов и модуля 35 управления электронными датчиками и формирования сервисных команд, выход модуля 32 интеграции с производственными системами предназначен для соединения с производственными системами (автоматизированными системами 36), а выход модуля 34 обработки событий и представления внешних сервисов предназначен для соединения с внешними системами (автоматизированными системами 37).

Система для мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта функционирует следующим образом.

Система реализует цифровую инфраструктуру для диагностирования параметров состояния железнодорожных объектов и использования в управляющей системе, адаптированной под современные платформы «промышленного интернета вещей» на базе LPWAN. Для этого цифровая инфраструктура предусматривает наличие программно-аппаратных модулей, обеспечения информационной безопасности, накопления и хранения цифровых данных, анализа и прогнозирования состояния каждого из объектов железнодорожной инфраструктуры, информирования пользователей, формирования и реализации типовых решений по управлению безопасностью движения, условиями эксплуатации и текущего содержания объектов железнодорожной инфраструктуры.

Система обеспечивает надежную связь электронных датчиков 1 с центральным диспетчерским пунктом 7, в том числе в труднодоступных районах, в частности, в горной местности, где отсутствует развитая инфраструктура, интернет, устойчивая мобильная связь, проводная телефонная связь и устойчивая радиосвязь.

При проходе подвижного состава 4 мимо объекта 2 инфраструктуры, от установленного на этом объекте электронного датчика 1, сформированный в модуле 5 сбора и обработки информации пакет информации о состоянии объекта 2 инфраструктуры, через приемопередающий модуль 6 и канал 12 ближней радиоканальной связи, поступает в приемопередающий блок 11 на подвижном составе 4 и далее в блок 15 управления движением локомотива, который в ответ через приемопередающий блок 11 по каналу 12 ближней радиоканальной связи и через приемопередающий модуль 6 передает в модуль 5 сбора и обработки информации пакет информации, предназначенный для данного объекта 2 инфраструктуры. При приближении подвижного состава 4 к центральному диспетчерскому пункту 7 вся информация, собранная с объектов 2 инфраструктуры, передается с блока 15 управления движением локомотива через модуль 14 GSM радиосвязи по каналу 13 дальней радиоканальной связи, в приемопередающее устройство 8, с выхода которого она поступает в блок 9 обработки информации для анализа и принятия решений. В ответ от блока 10 формирования пакета информации в центральном диспетчерском пункте 7 на приемопередающий блок 11 подвижного состава 4 передается пакет информации для каждого объекта 5 инфраструктуры по пути дальнейшего следования подвижного состава 4.

В блок 15 управления движением локомотива через приемопередающий блок 11 поступает информация от электронных датчиков 3, установленных на различных механических и электрических элементах конструкции подвижного состава 4. Благодаря наличию в приемопередающем блоке 11 радиоканальной связи собственной базовой станции LPWAN, c электронных датчиков 3 контроля параметров различных механических и электрических элементов конструкции подвижного состава, находящихся в зоне ее покрытия, информация собирается беспроводным способом. С ряда электронных датчиков 3 эта информация собирается через проводные соединения. Затем из блока 15 управления движением локомотива эта информация через модуль 14 GSM радиосвязи передается в центральный диспетчерский пункт 7.

При использовании канала ближней радиосвязи для приема и/или передачи пакета информации во время прохождения подвижного состава 4 мимо объектов 2 инфраструктуры и/или центрального диспетчерского пункта 7, пакеты информации передаются на малых расстояниях, в результате чего для надежной связи достаточно использовать маломощные приемопередающие устройства.

При использовании канала ближней радиосвязи, информация передается независимо от препятствий, существующих в труднодоступных районах, например в горной местности. При этом, обеспечивается надежная передача информации между электронными датчиками 1 и центральным диспетчерским пунктом 7 в районах с неразвитой инфраструктурой, например, в горах или малонаселенных районах, где отсутствуют сети интернет, проводная телефонная сеть, системы мобильной связи, системы стабильной радиосвязи. В месте с тем, надежная связь обеспечивается независимо от поставщиков услуг связи.

Блок 17 стационарной базовой станции для сбора данных использует технологию LPWAN и получает информацию с электронных датчиков 1, находящихся в зоне ее покрытия, и используется в условиях, при которых объект инфраструктуры с автономным LPWAN датчиком 1 расположен вне зоны действия базовых станций (приемопередающих блоков 11), установленных на подвижных составах 4.

Блоки 18 мобильных (ручных) базовых станций LPWAN радиосвязи применяются при эксплуатации LPWAN датчиков 1, 3 для их включения, выключения, проверки работоспособности, настройки, синхронизации и т.п. LPWAN датчики 3 устанавливаются на подвижной состав (вагоны, локомотивы) и грузы для контроля параметров их состояния.

Информация из канала 13 дальней радиоканальной связи поступает в подсистему 19 информационной безопасности, снабженную модулем приемопередатчика (на чертеже не показан) для обмена информацией по дальней радиоканальной связи. Эта подсистема содержит программно-технические средства защиты информации и средства контроля эффективности защиты информации. Информация от подсистемы 19 через сеть 20 передачи данных поступает в сервер 21 главного вычислительного центра, содержащего программно-технические средства сбора, хранения и выдачи цифровых данных, которые передает в блок 22 аналитики и хранения, в котором программно-технические средства обеспечивают функции хранения, обработки и анализа цифровых данных. В блоке 22 модуль 25 оперативной обработки данных выполняет функции фильтрации и дискредитации цифровых данных для исключения невалидных и дублирующих. Модуль 26 хранения данных (репозиторий), обеспечивает пользователям возможность хранения, контекстного поиска и извлечения цифровых данных. Модуль 27 мониторинга представляет собой программное средство, выполняющее функции сравнения обработанных цифровых данных с паспортными или проектными характеристиками объектов, а также оценки изменения параметров состояния объекта в хронологической последовательности.

Блок 23 представления результатов аналитики содержит программно-технические средства, обеспечивающие аналитические функции по формированию инцидентов и уведомлений о них, детализированной визуализации данных для специалистов и руководителей, инфографики для операторов (диспетчеров различных уровней). В блоке 23 модуль 28 уведомлений определяет возникновение инцидентов, требующих оперативного изменения условий эксплуатации железной дороги (ограничение скорости движения поездов или закрытие движения, проследование с опущенным токоприемником, отцепки вагонов и др.), необходимых для обеспечения безопасности движения, и направляет уведомления о них пользователям и управляющим системам. Модуль 29 дашбордов визуализирует результаты анализа данных для специалистов и руководителей в виде графиков, диаграмм, таблиц и информационных панелей, необходимых для выполнения персонализированных задач. Модуль 30 консоли оператора выполняет упрощенную визуализацию информации о состоянии объектов для пользователей. Модуль 31 формирования отчетов позволяет пользователям получать сводные и детализированные отчеты в стандартизированной и произвольной форме.

Блок 24 типовых решений содержит программно-технические средства, выполняющие функции интеграционного обмена цифровыми данными и результатами их обработки с внутренними производственными системами, формирования и обработки событий, предоставления сервисов для внешних пользователей, и других типовых задач. В блоке 24 модуль 32 интеграции с производственными системами выполняет функции интеграционного обмена цифровыми данными и результатами их обработки с внутренними производственными системами (автоматизированные системы 36 компании, применяемые в хозяйственной деятельности по управлению и эксплуатации объектов инфраструктуры, подвижного состава, зданий и сооружений, машин и механизмов и других активов). Модуль 33 предназначен для формирования событий. Модуль 34 обеспечивает обработку событий и представления внешних сервисов для внешних систем (автоматизированные системы 37, применяемые клиентами компании при получении услуг, технических, технологических и цифровых сервисов). Модуль 35 управления LPWAN датчиками анализирует их работоспособность, выполняет вычисления погрешностей и формирует сервисные команды для улучшения работоспособности датчиков. Сервисные команды через сеть 20 передачи данных направляются к автономным LPWAN датчикам в обратной последовательности.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для мониторинга состояния объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта. Технический результат заключается в повышении надежности связи датчиков параметров контроля с центральным диспетчерским пунктом в труднодоступных районах. Технический результат достигается за счет того, что канал радиоканальной связи ближнего действия представляет собой канал LPWAN радиосвязи диапазона частот ISM, базовыми станциями которого являются приемопередающие блоки, установленные на подвижных составах, а канал дальней радиоканальной связи представляет собой канал ремонтно-оперативной радиосвязи на базе сетей подвижной связи стандарта GSM, для подключения к которому на каждом локомотиве подвижного состава установлен модуль GSM радиосвязи, к которому подключена подсистема информационной безопасности, соединенная через сеть передачи данных с сервером главного вычислительного центра. 1 ил.

Система мониторинга состояния объектов железнодорожного транспорта, содержащая электронные датчики контроля параметров, размещенные вдоль железнодорожного пути на объектах инфраструктуры, и электронные датчики контроля параметров, установленные на подвижных составах, при этом каждый электронный датчик, размещенный на объекте инфраструктуры, через соответствующий модуль сбора и обработки информации, выполненный с возможностью формирования пакетов информации за заданный интервал времени приема и/или передачи пакетов информации, соединен с соответствующим приемо-передающим модулем ближней радиоканальной связи, центральный диспетчерский пункт, в котором установлено стационарное приемо-передающее устройство дальней радиоканальной связи, выходом соединенное с входом блока обработки информации, вход/выход которого через блок формирования пакетов информации соединен с первым входом/выходом стационарного приемо-передающего устройства дальней радиоканальной связи, на каждом подвижном составе установлен приемо-передающий блок ближней и дальней радиоканальной связи, выполненный с возможностью обмена пакетами информации с электронными датчиками, установленными на объектах инфраструктуры, через канал ближней радиоканальной связи и с аппаратурой центрального диспетчерского пункта через канал дальней радиоканальной связи, к которому подсоединен второй вход/выход стационарного приемо-передающего устройства дальней радиоканальной связи, отличающаяся тем, что канал радиоканальной связи ближнего действия представляет собой канал LPWAN радиосвязи диапазона частот ISM, базовыми станциями которого являются приемо-передающие блоки, установленные на подвижных составах, а канал дальней радиоканальной связи представляет собой канал ремонтно-оперативной радиосвязи на базе сетей подвижной связи стандарта GSM, для подключения к которому на каждом локомотиве подвижного состава установлен модуль GSM радиосвязи, который соединен с первым входом/выходом блока управления движением локомотива, второй вход/выход которого соединен со вторым входом/выходом приемо-передающего блока, входы которого по проводной и/или радиоканальной связи ближнего действия соединены с электронными датчиками контроля параметров различных механических и электрических элементов конструкции подвижного состава, к каналу дальней радиоканальной связи подключен дополнительный модуль GSM радиосвязи, соединенный с первым входом/выходом блока стационарной базовой станции LPWAN радиосвязи, второй вход/выход которого соединен с каналом ближней радиоканальной связи, с которым соединены первые входы/выходы блоков мобильных базовых станций LPWAN радиосвязи, вторые входы/выходы которых соединены через дополнительный модуль GSM радиосвязи с каналом дальней радиоканальной связи, к которому подключена подсистема информационной безопасности, соединенная через сеть передачи данных с сервером главного вычислительного центра, соединенного с входом блока аналитики и хранения, выходом подключенного к блоку представления результатов аналитики, выход которого соединен с входом блока формирования типовых решений, выход которого соединен с сетью передачи данных, при этом блок аналитики и хранения состоит из модуля оперативной обработки данных, модуля хранения данных и модуля мониторинга, блок представления результатов аналитики состоит из модуля уведомлений, модуля дашборда, модуля консоли оператора и модуля формирования отчетов, а блок формирования типовых решений состоит из модуля интеграции с производственными системами, модуля формирования событий, модуля обработки событий и представления внешних сервисов и модуля управления электронными датчиками и формирования сервисных команд, выход модуля интеграции с производственными системами предназначен для соединения с производственными системами, а выход модуля обработки событий и представления внешних сервисов предназначен для соединения с внешними системами.