Способ оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, и устройство для оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда Российский патент 2023 года по МПК B61L25/02 G01S17/86 G05D1/00 

Настоящее изобретение относится к области контроля движения высокоскоростных транспортных средств, преимущественно для определения местоположения высокоскоростного поезда на маршруте движения.

Высокоскоростная железная дорога - это направление развития мировых железных дорог, а также общая потребность всех стран в развитии высокоскоростных перевозок.

С быстрым развитием высокоскоростного железнодорожного строительства и высокоскоростной железнодорожной базовой технологии ряда Европейских стран и Китая техническая скорость высокоскоростной железной дороги продолжает увеличиваться, и с увеличением технической скорости высокоскоростных железных дорог предъявляются повышенные требования в отношении безопасности движения.

В ряде стран рассматривается возможность повышения безопасности за счет использования высокоскоростной беспроводной мобильной связи для определения местоположения транспортных средств. Поскольку текущий уровень высокоскоростной беспроводной мобильной связи в мире по-прежнему имеет большой разрыв по сравнению с уровнем мобильной связи общего пользования, особенно в высокоскоростной мобильной сфере, зона покрытия сети высокоскоростных поездов сталкивается с серьезными проблемами. В данной области техники принято считать, что известная высокоскоростная беспроводная мобильная связь имеет три основные технические трудности. Во-первых, в высокоскоростном поезде наблюдаются большие потери сигнала при прохождении в кузов транспортного средства, доплеровское смещение частоты и чрезвычайно короткое время коммутации мобильного терминала. В высокоскоростных поездах Китая применяется полностью закрытая конструкция кузова транспортного средства, и потери беспроводных сигналов в процессе прохождения через кузов транспортного средства являются большими. В частности, с увеличением скорости транспортного средства потери при прохождении также увеличиваются, что ведет к низкой доле успешных попыток коммутации терминала, слабому покрытию беспроводного сигнала в высокоскоростном железнодорожном вагоне и т.д. Во-вторых, в высокоскоростной мобильной сфере, поскольку скорость высокоскоростного железнодорожного поезда продолжает увеличиваться, эффект доплеровского смещения частоты становится все более очевидным, что приводит к ряду проблем, таких как сдвиги беспроводного сигнала, трудности с доступом к сети, увеличение частоты ошибок при передаче данных и снижение доли успешных попыток хэндовера. В-третьих, в высокоскоростной мобильной сфере время прохождения соты мобильным терминалом меньше, чем время отклика хэндовера мобильного терминала, что может привести к тому, что мобильный терминал пройдет через зону перекрытия, прежде чем хэндовер будет завершен, вызывая тем самым сетевые проблемы, такие как нахождение вне в сети, сбрасывание вызова и сбой хэндовера соты, что влияет на восприятие услуг пользователем.

Ввиду технических трудностей, с которыми в настоящее время сталкивается беспроводная мобильная связь для высокоскоростных железных дорог, например, национальное управление железных дорог Китая, крупные операторы мобильной связи, научно-исследовательские институты крупных университетов и т.п.направили большое количество технологий, персонала и финансовых средств на изучение и улучшение проблем покрытия и производительности беспроводных сетей в высокоскоростных железнодорожных вагонах в высокоскоростной мобильной сфере и предложили много решений для систем связи для высокоскоростных железных дорог, например схему связи LongTimeEvolutionAdvanced (LTE), причем схема связи LTE обеспечивает систему беспроводной мобильной связи с высокой скоростью передачи данных, большой пропускной способностью, низкой задержкой и высоким использованием спектра и внедряет различные передовые технологии, такие как технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов и технология МIМО, которые могут предоставлять услугу доступа к беспроводной связи на скорости более 100 кбит/с для высокоскоростного железнодорожного поезда, передвигающегося со скоростью 350 км/ч. Однако в высокоскоростной мобильной сфере сеть LTE в высокоскоростных железнодорожных вагонах по-прежнему сталкивается с обычными проблемами, такими как большие потери сигнала при прохождении в кузов транспортного средства высокоскоростного железнодорожного поезда, доплеровское смещение частоты и чрезвычайно короткое время коммутации мобильного терминала. Кроме того, необходимо решить такие проблемы, как частый хэндовер соты и повторный выбор, а также возврат или перенаправление голосовых вызовов.

Поэтому техническая задача, которую в настоящее время требуется решить, заключается в том, как спроектировать приемлемую систему мобильной связи для высокоскоростных железных дорог в высокоскоростной мобильной сфере, чтобы реализовать безопасное и надежное качество связи и предоставлять быстрые и высококачественные услуги мобильной связи и опыт для многочисленных пользователей высокоскоростных железных дорог.

Так как известные технические решения (патенты US №2005/0143868 А1, 30.06.2005 [1], CN №102082713 А, 01.06.2011 [2], CN №102752025 А, 24.10.2012 [3], CN №202679357 U, 16.01.2013 [4]. CN №203632665 U, 04.06.2014 [5], CN №105763257 A, 13.07.2016 [6], CN №106740988 A, 31.05.2017 [7]) не в полном объеме решают данную проблему, то предложено более модернизированное техническое решение (патент RU №2776672С2, 22.07.2022 [8]), основная цель которого состоит в том, чтобы предложить систему связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи с низкой стоимостью, надежной передачей и высокой скоростью, которая предназначена для обеспечения приемлемой системы мобильной связи для высокоскоростных железных дорог, чтобы реализовать безопасное и надежное качество связи и предоставлять быстрые и высококачественные услуги мобильной связи и опыт для многочисленных пользователей высокоскоростных железных дорог.

При этом система связи для высокоскоростных железных дорог на основе технологии связи по линии электропередачи [8], содержит множество наземных базовых станций, расположенных вдоль линии, систему пантограф - контактная сеть, расположенную над высокоскоростным железнодорожным поездом, и различные мобильные терминалы, носимые пассажирами высокоскоростных железных дорог, причем смежные наземные базовые станции подключены и осуществляют связь по кабелю, наземная базовая станция напрямую подключена к линии электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети через кабель, линия электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети перекрывается и подключена к пантографу в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, пантограф подключен к устройству связи посредством видимого света, и устройство связи посредством видимого света по беспроводной связи подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог.

При этом система пантограф - контактная сеть содержит высокоскоростную железнодорожную контактную сеть, использующую технологию связи по линии электропередачи, и множество пантографов, использующих технологию связи по линии электропередачи.

Устройство связи посредством видимого света излучает видимый свет внутри вагона и подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, и осуществляет связь с ними.

При этом устройство связи посредством видимого света содержит устройство связи VLC, подключенное к пантографу, и осветительную светодиодную лампу, подключенную к устройству связи VLC и допускает замену универсальным устройством связи WiFi или устройством проводной связи, и устройство связи WiFi подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по беспроводной связи, или устройство проводной связи подключено к различным мобильным терминалам, носимым пассажирами высокоскоростных железных дорог, по проводной связи. Поскольку пассажиры высокоскоростных железных дорог большую часть времени сидят на своих местах, они могут осуществлять подключение напрямую, используя проводную связь.

Высокоскоростной железнодорожный поезд содержит по меньшей мере 8N вагонов, где N - положительное целое число.

При этом сигнал связи наземной базовой станции передается через кабель связи, сигнал связи поступает на конец передачи сигнала наземной базовой станции, модулируется и спаривается с линией, а затем накладывается на линию электропередачи высокоскоростной железнодорожной контактной сети и передается на конец приема сигнала наземной базовой станции, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, после спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных, и после того, как сигнал высокоскоростного железнодорожного поезда передан на конец передачи сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда, расположенный в верхней части высокоскоростного железнодорожного поезда, он модулируется и спаривается с линией и, наконец, накладывается на линию электропередачи в пантографе, передается на конец приема сигнала высокоскоростного железнодорожного поезда наземной станции по линии электропередачи, после спаривания и фильтрации модулированный сигнал отфильтровывается из линии электропередачи, а затем демодулируется и восстанавливается в сигнал данных, и восстановленный сигнал данных передается обратно на наземную базовую станцию по кабелю связи.

Данное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники:

В техническом решении [8] согласно изобретению принята технология связи по линии электропередачи для наложения сигнала передачи на линию электропередачи для передачи, и, таким образом, нет необходимости в прокладывании выделенной линии связи. Линия электропередачи системы пантограф - контактная сеть может быть непосредственно использована для передачи сигнала, что может не только сэкономить материальные и трудовые затраты, но и реализовать требования к высококачественной связи. Кроме того, обычный режим беспроводной связи заменяется на режим проводной связи. Таким образом, можно эффективно избежать технических проблем низкого качества сигнала, медленного доступа в Интернет, низкого качества вызовов в высокоскоростных железнодорожных вагонах из-за эффекта доплеровского смещения частоты, больших потерь сигнала при прохождении в кузов транспортного средства высокоскоростного железнодорожного поезда и чрезвычайно короткого времени коммутации мобильного терминала в режиме беспроводной связи для высокоскоростных железных дорог. Высокое качество внутреннего сигнала, быстрый доступ в Интернет и высокое качество вызовов реализуются в высокоскоростных железнодорожных вагонах в высокоскоростной мобильной сфере с предоставлением высококачественных услуг мобильной связи и опыта для пассажиров высокоскоростных железных дорог в высокоскоростной мобильной сфере, чтобы удовлетворить растущие требования к скорости передачи данных и качеству обслуживания пассажиров высокоскоростных железных дорог.

В то же время внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов для покрытия внедрены технология передачи данных видимым светом, или универсальное устройство связи Wi-Fi, или устройство проводной связи, что предотвращает прямое подключение между одним мобильным терминалом и наземной базовой станцией и эффективно решает проблему частого хэндовера соты и повторного выбора. Благодаря использованию осветительного светодиода внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов в качестве источника светового сигнала можно избежать электромагнитного излучения и электромагнитных помех, и при этом это имеет такие преимущества, как экологическая охрана окружающей среды, энергосбережение и снижение выбросов. Кроме того, использование видимого света в качестве носителя сигнала не вызывает дискомфорта у пассажиров высокоскоростных железных дорог. Кроме того, общая мощность источника света на осветительных светодиодах внутри высокоскоростных железнодорожных вагонов может достигать нескольких десятков ватт или более, что обеспечивает мощность сигнала, используемую для связи, и обладает потенциалом высокоскоростной связи. Спектр может использоваться без разрешения, и эффективно решается проблема нехватки имеющихся ресурсов спектра радиочастот. В случае, если устройство VLC установлено на основе существующих светодиодных устройств высокоскоростного железнодорожного поезда, хорошая связь может быть достигнута при простой конструкции системы и низких затратах.

Наряду с достоинствами данное техническое решение обладает и существенным недостатком, который заключатся в том, что при нахождении поезда вне зоны действия или зоны неуверенного приема сигналов предлагаемая система будет не работоспособна. Еще одним недостатком этого технического решения является низкая точность определения местоположения пользователя ввиду наличия в многоканальном потоке данных ошибок, которые впоследствии негативно сказываются на качестве обработки данных и существенным образом влияют на конечный результат определения местоположения пользователя.

Кроме того в процессе определения местоположения пользователя также встречаются ошибки в данных, видоизменение которых невозможно связать с качеством или состоянием передающего или обрабатывающего оборудования, или с количеством или видами каналов получения данных местоположения пользователя.

Указанные ошибки в данных вызваны возможными геомагнитными аномалиями и избыточной активностью магнитного поля Земли, которое в точке геолокации пользователя или на пути передачи данных искажает сигнал и негативно сказывается на точности определения местоположения пользователя. При этом полностью исключить влияние геомагнитной активности при передаче данных местоположения нельзя, однако их можно учесть в процессе и таким образом повлиять на конечное качество определения местоположения пользователя.

Для устранения влияния геомагнитной активности при передачи данных местоположения предложен ряд аналогичных систем (патенты CN №112333820 А, 05.02.2021 [9]), CN №108151732 А, 12.06.2018 [10], CN №105445776 А, 30.03.2016 [11], CN №105592420 А, 18.05.2016 [12], RU №2633093 C1, 11.10.2017 [13], RU №2776855 С1, 28.07.2022 [14]), которые относится к системам определения геолокации пользователя посредством применения множества источников различных типов данных, таких как Bluetooth, Wi-Fi, GPS и других аналогичных средств. Сущность группы изобретений [14] заключается в модуле сбора данных геомагнитной активности в точке геолокации пользователя и в последующей фильтрации данных местоположения пользователя с учетом данных геомагнитной активности. Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в снижении риска возникновения ошибок при определении местоположения пользователя устройством определения местоположения пользователя.

В отличие от аналогов [9 - 13] система [14] содержит модуль сбора данных геомагнитной активности, выполненный с возможностью получения данных местоположения пользователя и определения данных геомагнитной активности в соответствии с данными местоположения пользователя, а модуль анализа данных местоположения пользователя выполнен с возможностью получения данных от модуля сбора данных геомагнитной активности и фильтрации данных местоположения пользователя с учетом данных геомагнитной активности.

Существенный недостаток данных систем аналогичен недостатку системы [8].

Известны также способы и системы оценки собственного местоположения (заявки JP №2007108043 А, 26.04.2007 [15], JP №2006275619 А, 12.10.2006 [16], патенты US №9062979 В1, 23.06.2015 [17], RU №2611455 С1, 22.02.2017 [18], RU №2777308 С1, 02.08.2022 [19]).

Например, способ оценки собственного местоположения [19]), включает обнаружение дорожного знака вблизи транспортного средства, определение текущего местоположения транспортного средства, получение информации о высоте обнаруженного дорожного знака из данных карты, в которых записана информация о двумерных координатах и информация о высоте дорожного знака, находящегося вблизи дороги, на основе относительного местоположения обнаруженного дорожного знака по отношению к транспортному средству и текущего местоположения, и оценку высоты, на которой находится транспортное средство, согласно информации о высоте, полученной из данных карты, а устройство для оценки собственного местоположения включает устройство помощи при движении, которое выполняет автоматическое управление движением для обеспечения транспортного средства, на котором установлено устройство помощи при движении, автоматическим приводом без участия водителя и управления системой помощи при движении для оказания помощи водителю в управлении транспортным средством на основе условий движения в окрестностях транспортного средства.

Управление помощью при движении может включать в себя не только управление движением, такое как автоматическое рулевое управление, автоматическое торможение, управление движением с постоянной скоростью и управление удержанием полосы движения, но также вывод сообщения, побуждающего водителя выполнить операцию рулевого управления или операцию замедления.

Устройство помощи при движении включает в себя внешние датчики, внутренние датчики, устройство позиционирования, базу данных карты, навигационную систему, электронный блок управления (ЭБУ), человеко-машинный интерфейс (HMI) и исполнительные механизмы.

Внешние датчики являются датчиками, которые обнаруживают окружающую среду вокруг транспортного средства, такую как объект в окрестностях транспортного средства. Внешние датчики могут включать камеру и устройство определения дальности. Камера и устройство определения дальности обнаруживают окружающую среду вокруг транспортного средства, такую как объекты, существующие в окрестностях транспортного средства (например, другое транспортное средство, пешеход, белые линии, такие как линия границы полосы движения и разметка полосы движения, и наземные объекты, установленные на дороге или в непосредственной близости от дороги, такие как светофор, стоп-линия, дорожный знак, здание, опора, бордюр и пешеходный переход), взаимное расположение таких объектов относительно транспортного средства, относительные расстояния между транспортным средством и объектами и т.п.

Камера может быть, например, стереокамерой. Камера может состоять из монокулярных камер, и путем захвата изображений идентичного объекта с множества перспектив с использованием монокулярных камер может быть вычислено расстояние до объекта. Расстояние до объекта может быть вычислено на основе положения контакта с землей объекта, обнаруженного из захваченных изображений, полученных с помощью монокулярных камер.

Устройство определения дальности может быть, например, лазерным дальномером (LRF) или радаром.

Камера и устройство определения дальности выводят информацию об окружающей среде, которая представляет собой информацию об обнаруженной окружающей среде, в ЭБУ и навигационную систему.

Внутренние датчики представляют собой датчики, которые определяют состояние движения транспортного средства. Внутренние датчики могут включать в себя, например, датчик скорости колеса и гироскопический датчик.

Датчик скорости колеса определяет скорость колеса транспортного средства. Гироскопический датчик определяет угловую скорость тангажа, угловую скорость крена и угловую скорость рыскания транспортного средства. Датчик скорости вращения колеса и гироскопический датчик выдают информацию о состоянии движения, которая является информацией об обнаруженном состоянии движения, в ЭБУ и навигационную систему.

Устройство позиционирования принимает радиоволны от множества навигационных спутников и. таким образом, получает текущее местоположение транспортного средства и выдает полученное текущее местоположение транспортного средства в ЭБУ и навигационную систему. Устройство позиционирования может иметь, например, приемник глобальной системы позиционирования (GPS) или другой приемник глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), отличный от приемника GPS.

База данных карты хранит данные карты дорог. Данные дорожной карты включают формы (формы полос) и двумерные координаты (например, широту и долготу) белых линий, такие как линии границ полос и разметка полос, высота дорог и белых линий, двумерная информация о координатах (например, широта и долгота), а также информацию о высоте наземных объектов, установленных на дорогах и в окрестностях дорог, таких как светофоры, стоп-линий, дорожные знаки, здания, столбы, бордюры и пешеходные переходы.

Данные дорожной карты также могут включать в себя информацию о типах дорог, уклонах дорог, количестве полос движения, разрешенных скоростях (предельные скорости), ширине дороги, наличии или отсутствии перекрестков и т.п. В типы дорог, например, могут быть включены обычная дорога и скоростная автомагистраль.

База данных карты используется ЭБУ и навигационной системой.

Навигационная система выполняет руководство по маршруту к пункту назначения, который установлен на карте водителем транспортного средства. Навигационная система оценивает текущее местоположение транспортного средства, используя различные типы информации, вводимой от внешних датчиков, внутренних датчиков и устройства позиционирования, генерирует маршрут к месту назначения и выполняет руководство по маршруту для машиниста локомотива. Навигационная система выводит информацию о маршруте в ЭБУ.

ЭБУ оценивает текущее местоположение транспортного средства и устанавливает целевую траекторию движения, по которой транспортное средство должно двигаться, на основе расчетного текущего местоположения, данных дорожной карты в базе данных карты, информации о маршруте, выводимой из навигационной системы, окружающей среды и состояния движения транспортного средства. ЭБУ выполняет автоматическое управление движением и управление вспомогательным движением транспортного средства на основе заданной целевой траектории движения, приводит в действие исполнительные механизмы и, таким образом, управляет движением транспортного средства.

Внешние датчики, внутренние датчики, устройство позиционирования, база данных карты и ЭБУ составляют устройство оценки собственного местоположения.

ЭБУ включает в себя процессор и периферийные компоненты, такие как запоминающее устройство. Процессор может быть, например, центральным процессором (CPU) или микропроцессором (MPU).

Запоминающее устройство может включать в себя полупроводниковое запоминающее устройство, магнитное запоминающее устройство и оптическое запоминающее устройство. Запоминающее устройство может включать в себя регистры, кэш-память и память, такую как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), которые используются в качестве основного запоминающего устройства.

ЭБУ может быть реатизован с помощью функциональной логической схемы, которая реатизована на полупроводниковой интегральной схеме общего назначения. Например, ЭБУ может включать в себя программируемое логическое устройство (PLD), такое как программируемая вентильная матрица (FPGA) и т.п.

Интерфейс для ввода и вывода информации между машинистом и навигационной системой и ЭБУ представляет собой интерфейс типа HMI и может принимать, например, операцию ввода по вводу пункта назначения в навигационную систему, а также может, например, выводить руководство по вождению, данное навигационной системой, или информацию о руководстве по дороге, основанную на данных карты дорог в окрестностях транспортного средства.

Исполнительные механизмы управляют органами движения транспортного средства в соответствии с управляющим сигналом, выводимым из ЭБУ, и тем самым формируют поведение транспортного средства.

Для оценки собственного местоположения, включая высоту, сопоставление карты выполняется в трехмерном пространстве (например, пространстве, представленном широтой, долготой и высотой), сопоставление трехмерной карты требует высокой затраты вычислений. Следовательно, предпочтительно иметь возможность оценивать собственное местоположение, включая высоту, без выполнения сопоставления трехмерной карты. В качестве технологии оценки собственного местоположения был известен точный расчет на основе скорости вращения колесного вала и угловой скорости.

Однако при оценке собственного местоположения с использованием точного счисления накапливается ошибка, вызванная ошибкой измерения. Следовательно, необходимо получить наблюдаемое значение высоты из некоторого источника информации и скорректировать оценочное значение, вычисленное с использованием точного счисления, на наблюдаемое значение.

Таким образом, устройство помощи при движении получает информацию о высоте дорожного знака рядом с транспортным средством, которое находится на дороге, из базы данных карты.

В частности, относительное расположение дорожного знака по отношению к транспортному средству определяется с помощью внешних датчиков. ЭБУ определяет текущее местоположение транспортного средства. Например, ЭБУ оценивает текущее местоположение транспортного средства с использованием точного счисления на основе скорости вращения вала, определенной датчиком измерения скорости, и угловой скорости, тангажа, угловой скорости крена и угловой скорости рыскания, обнаруженных посредством гироскопического датчика. Например, ЭБУ может измерять текущее местоположение транспортного средства, используя устройство позиционирования.

ЭБУ получает информацию о высоте первого дорожного знака из базы данных карты, в которой записывается информация о двумерных координатах (например, долгота и широта) и информация о высоте дорожных знаков первого и второго, находящихся в окрестностях дорог, на основе двумерных координат текущего местоположения транспортного средства и относительного расположения первого дорожного знака.

ЭБУ оценивает высоту, на которой находится транспортное средство, на основе информации о высоте, полученной из базы данных карты. Например, ЭБУ оценивает высоту, указанную информацией о высоте, полученной из базы данных карты, как высоту, на которой находится транспортное средство.

Корректировка оценочного значения высоты, вычисленной с использованием точного счисления, с оценкой высоты таким образом позволяет предотвратить накопление ошибки, вызванной ошибкой измерения.

Кроме того, поскольку высоту можно оценить без выполнения сопоставления трехмерной карты, можно сохранить низкие вычислительные затраты.

Кроме того, поскольку высота оценивается на основе информации о координатах первого дорожного знака, записанной в базе данных карты, можно правильно оценить высоту, на которой находится транспортное средство, даже если существуют соответственно отдельные дороги одного типа на разной высоте и двумерное расположение дорог близко друг к другу.

ЭБУ включает в себя блок оценки собственного местоположения, блок установки целевой траектории и блок управления перемещением. Функции модуля оценки собственного местоположения, модуля установки целевой траектории и модуля управления перемещением могут быть реализованы, например, процессором ЭБУ, выполняющим компьютерные программы, хранящиеся в запоминающем устройстве.

Блок оценки собственного местоположения оценивает собственное местоположение транспортного средства на основе различной информации, вводимой от внешних датчиков, внутренних датчиков и устройства позиционирования, и информации, полученной со ссылкой на базу данных карты.

Блок оценки собственного местоположения включает в себя блок точного счисления, блок сопоставления карты, блок обнаружения дорожных знаков, блок вычисления координат и блок получения информации о высоте.

Блок точного счисления вычисляет прогнозируемое местоположение транспортного средства в текущий момент времени, используя точный расчет на основе скорости колеса, угловой скорости тангажа, угловой скорости крена и угловой скорости рыскания, обнаруженных внутренними датчиками. Прогнозируемое местоположение транспортного средства включает в себя двумерные координаты, высоту и азимут прямого направления транспортного средства.

Блок точного счисления выводит вычисленное прогнозируемое местоположение в блок сопоставления карты.

В этой обработке блок точного счисления вычисляет двумерные координаты в двумерной системе координат, используемой в базе данных карты. В дальнейшем двумерная система координат, используемая в базе данных карты, упоминается как «система координат карты».

Двумерная система координат, используемая в базе данных карты, является географической системой координат, в которой координаты представлены широтой и долготой, двумерная система координат не ограничена географической системой координат, и может использоваться другая система координат, такая как плоская прямоугольная система координат и полярная система координат.

Блок сопоставления карты вычисляет на основе относительного местоположения наземных объектов в окрестностях транспортного средства и относительного местоположения белых линий, которые обнаруживаются внешними датчиками, и прогнозируемого местоположения транспортного средства, которое вычисляется с помощью блока точного счисления, двумерные координаты в системе координат карты наземных объектов и белых линий.

Блок сопоставления карты сопоставляет двумерные координаты наземных объектов и белые линии с базой данных карты, используя сопоставление двумерной карты, и вычисляет значение коррекции сопоставления местоположения транспортного средства по каждому из следующих значений: широта, долгота и азимут.

Блок сопоставления карты корректирует прогнозируемое местоположение транспортного средства, которое вычисляется блоком точного счисления, с помощью вычисленных значений коррекции отображения и, таким образом, получает оценочное значение текущего местоположения транспортного средства.

Блок сопоставления карты выводит оценочное значение текущего местоположения транспортного средства в блок вычисления координат и блок установки целевой траектории.

Блок обнаружения дорожного знака обнаруживает относительное расположение дорожного знака, которое обнаруживается внешними датчиками, в непосредственной близости от транспортного средства по отношению к транспортному средству.

Следует отметить, что дорожный знак, информация о высоте которого должна быть получена, может быть, например, информационным знаком, знаком предупреждения об опасности, нормативным знаком или указателем направления.

Блок получения информации о высоте оценивает, что высота, на которой находится транспортное средство, является высотой, которую указывает информация о высоте дорожного знака, полученная из базы данных карты. Блок получения информации о высоте может обновлять оценочное значение высоты, на которой находится транспортное средство, с использованием фильтра Калмана на основе информации о высоте дорожного знака, полученной множество раз в разные моменты времени.

Блок получения информации о высоте выводит оценочную высоту, на которой находится транспортное средство, в блок точного счисления и блок установки целевой траектории.

Блок точного счисления корректирует прогнозируемое значение высоты, на которой находится транспортное средство, которое вычисляется с использованием точного счисления, в соответствии с высотой, оцененной блоком получения информации о высоте. Например, блок точного счисления корректирует (перезаписывает) прогнозируемое значение высоты, на которой находится транспортное средство, которое вычисляется с использованием точного счисления, с высотой, оцененной блоком получения информации о высоте, и вычисляет последующее прогнозируемое местоположение транспортного средства на основе скорректированной высоты.

Блок точного счисления может корректировать прогнозируемое значение высоты, на которой находится транспортное средство, которое вычисляется с использованием точного счисления, согласно высоте, оцененной блоком получения информации о высоте, каждый раз, когда транспортное средство проезжает заданное расстояние. Эта конфигурация позволяет эффективно корректировать погрешность точного счисления, которая накапливается в зависимости от пройденного расстояния.

Блок установки целевой траектории устанавливает целевую траекторию движения, по которой транспортное средство должно двигаться, на основе текущего местоположения транспортного средства, оцененного блоком сопоставления карт, данных дорожной карты в базе данных карты, вывода информации о маршруте от навигационной системы, окружающей среды, обнаруженной внешними датчиками, и состояния движения транспортного средства, обнаруженного внутренними датчиками.

В этом случае блок установки целевой траектории определяет дорогу, на которой находится транспортное средство, на основе двумерных координат текущего местоположения транспортного средства, оцененного блоком сопоставления карты, и оцененной высоты, на которой находится транспортное средство, блоком получения информации о высоте. Например, когда множество дорог, высота которых отличается друг от друга, существует в двумерных координатах текущего местоположения транспортного средства, блок установки целевой траектории определяет, на какой из множества дорог находится транспортное средство на основе высоты, на которой находится транспортное средство, которая оценивается блоком получения информации о высоте.

Блок установки целевой траектории устанавливает целевую траекторию движения, по которой транспортное средство движется по дороге, на которой оно находится, в соответствии с маршрутом, созданным навигационной системой.

Блок установки целевой траектории выдает заданную целевую траекторию движения в блок управления движением.

Блок управления движением выполняет автоматическое управление движением и управление помощью при движении транспортного средства, приводя в действие исполнительные механизмы таким образом, что транспортное средство движется по траектории движения, генерируемой блоком установки целевой траектории, и тем самым приводит в действие рулевой механизм, механизм ускорения и тормозной механизм транспортного средства.

Недостатком известного устройства [19] является то. что при многообразии измерительных средств в его составе, посредством данного устройства решается задача только определения высоты дорожного знак с последующей оценкой достоверности, что высота, на которой находится транспортное средство, является высотой, которую указывает информация о высоте дорожного знака, полученная из базы данных карты.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей устройства для оценки собственного местоположения транспортного средства.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, выполняют контроль за движением транспортного средства в реальном режиме движения по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута, при этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут, построение реального маршрута движения транспортного средства выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки поворота, направление и скорость движения транспортного средства, при этом учитывают текущие параметры движения транспортного средства, которые сравниваются с программными значениями, которые определяют в соответствии с с моделью движения транспортного средства, включающую скорость движения и обороты движителя, обороты валов ведущих, ведомых и тормозных пар колес, генерируют линии программного и реального маршрутов с учетом полученной матрицы, определяют координаты и расстояния до характерных географических ориентиров с использованием базы карт, спутниковых и радионавигационных систем, измеряют дистанцию и скорость сближения с находящимися впереди идущего транспортного средства, определяют предельно разрешенную дистанцию попутного следования.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, содержащее блок счисления, который содержит оптический кольцевой лазерный гирометр с тремя акселерометрами для определения кинематического состояния локомотива, который измеряет: курс, крен, дифферент, продольное, поперечное и вертикальное перемещение корпуса, в состав контура освещения обстановки введены командное трансляционное устройство для трансляции голосовых служебных команд, система приема внешних звуковых сигналов с визуальной индикацией направления на источник звука типа «Камертон», блок зондирования пространства приближения поезда посредством инфракрасной видеокамеры, совмещенной с радаром, зондирует пространство в габарите приближения поезда от начала состава данного поезда и до конца состава впереди идущего поезда для обнаружения посторонних объектов, опасных для движения поезда, блок зондирования пространства приближения поезда, блок расчета и поддержания минимальной безопасной дистанции попутного следования за впереди идущим поездом, энкордер, установленный на валах ведущих, ведомых и тормозных пар колес, измеритель скорости движения поезда выполнен в виде импульсного датчика, установленного на валах ведущих, ведомых и тормозных пар колес.

В отличие от прототипа [19] предлагаемое устройство для оценки собственного местоположения транспортного средства дополнительно содержит блок счисления, который содержит оптический кольцевой лазерный гирометр с тремя акселерометрами для определения кинематического состояния локомотива, который измеряет: курс, крен, дифферент, продольное, поперечное и вертикальное перемещение корпуса, в состав контура освещения обстановки введены командное трансляционное устройство для трансляции голосовых служебных команд, система приема внешних звуковых сигналов с визуальной индикацией направления на источник звука типа «Камертон», блок зондирования пространства приближения поезда посредством, инфракрасной видео камеры, совмещенной с радаром, или другого набора аппаратуры аналогичного назначения, зондирует пространство в габарите приближения поезда от начата состава данного поезда и до конца состава впереди идущего поезда для обнаружения посторонних объектов, опасных для движения поезда, блок зондирования пространства приближения поезда, блок расчета и поддержания минимальной безопасной дистанции попутного следования за впередиидущим поездом.

Ввод новых элементов позволяет выполнять контроль за движением транспортного средства в реальном режиме движения по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута, при этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут, построение реального маршрута движения выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки поворота, направление и скорость движения транспортного средства, при этом учитываются текущие параметры движения транспортного средства, обороты валов движителей, траектории движения центра тяжести, которые сравниваются с программными значениями угла курса, угловой скорости положения руля, которые определяют в соответствии с моделью движения поезда, включающую скорость и направления ветра, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты валов ведущих, ведомых и тормозных пар колес, траектории движения центра тяжести, углы дрейфа, посредством ЭКНИС генерируют линии программного и реального маршрутов с учетом полученной матрицы, определение координат и расстояний характерных географических ориентиров с использованием базы карт, спутниковых и радионавигационных систем и штатных средств позиционирования, измеряют дистанцию и скорость сближения с хвостовым вагоном состава впереди идущего поезда, определяют предельно разрешенную дистанцию попутного следования.

Блок зондирования пространства приближения поезда измеряет дистанцию и скорость сближения с хвостовым вагоном состава впереди идущего поезда. Разрешение на предельное сближение с впереди идущим поездом последующий поезд получает после того, как впереди идущий поезд выполнил приказ на движение со скоростью не выше некоторой предельной и малой величины, например 25, 40 или 60 км/час. Получение разрешение на предельное сближение с впереди идущим поездом локомотивное устройство безопасности последующего поезда получает по криптографически защищенному радиоканалу цифровой связи от локомотивного устройства безопасности впереди идущего поезда и/или из центра управления поездами. Локомотивное устройство безопасности последующего поезда воздействует на свой блок расчета и поддержания минимальной безопасной дистанции попутного следования за впередиидущим поездом. Блок получает приоритет в управления движением своего поезда в режиме, когда ему сообщено о том, что впереди идущий поезд будет двигаться со скоростью не выше некоторой предельной и малой величины, например 25, 40 или 60 км/час, в пределах определенного участка маршрута, заданного координатами начала и конца этого участка, которые привязаны к идентичной электронной карте маршрута следования обоих поездов. Кроме этого, последующий поезд по радиоканалу получает информацию о том, что впередиидущий поезд следует в полном составе и опционально, получает данные о прогнозном графике изменения скорости движения впереди идущего поезда по этому участку.

Скорость движения обоих поездов в этом режиме выравнивается после сближения на предельно разрешенную дистанцию попутного следования и ограничена пределом местного ограничения скорости 25, 40 или 60 км/час, в зависимости от категорий этих поездов.

Блок зондирования пространства приближения поезда на последующем поезде посредством достаточно частого зондирования (например, раз в 0,25 сек.) пространства впереди и в габаритах допустимого приближения, с боков локомотива своего поезда, измеряет скорость движения и дистанцию до последнего вагона впередиидущего поезда и расстояния до опасных препятствий в габарите приближения своего поезда.

Блок зондирования пространства приближения поезда может обнаруживать несколько неподвижных или движущихся объектов спереди и по бокам поезда и используется, как для поддержания установившегося продольного расстояния до впереди идущего поезда на минимально допустимом для предотвращения опасных столкновений уровне, так и для выработки для локомотивного устройства безопасности своего поезда команды торможения и остановки перед опасным препятствием на пути следования своего поезда.

Скорость движения хвостового вагона состава впереди идущего поезда локомотивное устройство безопасности последующего поезда сопоставляет с дублирующими данными, полученными по радиоканалу от локомотива или аппаратуры хвостового вагона впереди идущего поезда, для расчета допустимой скорости движения. Корректировка режима движения последующего поезда осуществляется так, чтобы в наихудшем возможном случае гарантировать предотвращение столкновения поездов. Сокращение минимальной дистанции попутного следования поездов при использовании предлагаемого изобретения по сравнению с обычной минимальной дистанцией попутного следования, которая задана длиной защитного участка определяемого системой АЛС, позволяет повысить пропускную способность системы, например, в горловинах станций и на других участках движения поездов с пониженной допустимой скоростью, при сохранении высокого уровня безопасности движения поездов.

Используемые традиционные гирокомпасы тяжелы и громоздки, потребляют много энергии, требуют постоянного и непрерывного электропитания, имеют высокую стоимость. При этом после включения время прихода в готовность таких датчиков курса составляет несколько часов. Эти приборы чувствительны к ударам, к вибрации, к изменениям температуры, к качке и имеют ограничения по этим параметрам. Классические гирокомпасы обычно требуют обслуживания и выполнения профилактических мероприятий. В настоящее время на смену классическим ГК приходят более совершенные приборы, основанные на современных технологиях и исключающие использование кардановых подвесов (стабилизируемых в плоскости горизонта платформ). Такие новые датчики курса имеют чувствительные элементы, жестко связанные с корпусом локомотива. Движущиеся части в них отсутствуют. Бесплатформенные гирокомпасы и другие измерительные устройства, в которых нет движущихся частей, более надежны, потребляют мало энергии, требуют незначительного ухода или вообще не нуждаются в обслуживании.

В ряде современных образцов ГК применены оптические кольцевые лазерные гирометры (RLG - RingLaserGiroscope), называемые также фиброоптическими (волоконнооптическими) гиродатчиками - ФОГ (FOG - FiberOpticGiroscope). Система с тремя ФО-гирометрами. дополненная тремя акселерометрами может служить датчиком кинематического состояния локомотива, который измеряет: курс, крен, дифферент, продольное, поперечное и вертикальное перемещение корпуса.

Кроме того, в составе контура освещения обстановки ИСН используются командное трансляционное устройство типа «Олимп» для трансляции голосовых служебных команд, система приема внешних звуковых сигналов с визуальной индикацией направления на источник звука типа «Камертон».

Посредством системы приема внешних звуковых сигналов с визуальной индикацией направления на источник звука типа «Камертон», выполняется оповещение о приближении поезда к пересечению автомобильных дорог, к железнодорожным платформам и полустанкам местного сообщения, к разъездам, к приемным путям станций, а также при нарушении целостности состава, о приближении встречного поезда и при критических расстояниях между поездами попутного направления по сигналам, поступающим из системы интервального регулирования движения поездов через устройство безопасности локомотива.

База карт представляет собой устройство, созданное на основе программного комплекса типа «Нева», который предназначен для создания и обработки электронных (цифровых) карт, их отображения и редактирования во внутреннем векторном формате DM.

Программа функционирует в составе программного комплекса и является управляющей для остальных модулей системы (приложений).

Программа выполняет значительную часть сервисных функций и математической обработки цифровой картографической информации, а также обеспечивает работу вспомогательных программных модулей и процедур динамических библиотек. В состав программного комплекса входит головной программный модуль DMW, редактор классификатора OBJ.EXE. редактор условных знаков VGM.EXE, редактор бланков ввода семантики ID.EXE, файлы динамически подключаемых библиотек (DLL) -программы решения различных прикладных задач.

Все программы выполнены в виде отдельных исполняемых модулей и разработаны независимо друг от друга. Обмен информацией между модулями осуществляется через совместно используемые файлы. При необходимости, модули, работающие с классификатором, могут быть вызваны из картографического редактора.

Кроме того, введение в систему блока радионавигации, позволяет получить дополнительные данные о параметрах движения железнодорожного состава и скорректировать полученные блоком датчиков данные движения объекта управления при отсутствии сигналов от СНС.

Дополнительно могут использоваться спутниковые системы высокого разрешения типа ASTER или SRTM данного региона, по данным которых посредством программ моделирования производится рендеринг окружающей обстановки.

Ввиду того, что применяемые на поездах измерители скорости не в полной мере удовлетворяю требованиям, предъявляемым к безопасности движения, как по точности, так и по надежности определения скорости движения, то в предлагаемом устройстве для измерения скорости движения используется импульсный датчик оборотов.

Датчик импульсов, выполнен в виде закрепленного на валу постоянного магнита, который при вращении вала наводит ЭДС в катушке индуктивности и вырабатывает импульсы несущие информацию о скорости локомотива и пройденного им расстояния. Импульсы усиливаются в усилителе до уровня необходимого для нормальной работы последующих устройств. С помощью триггера Шмидта производится формирование прямоугольных импульсов, частота следования которых далее удваивается в удвоителе частоты. Эти импульсы поступают в счетчик, который подсчитывает их количество в течение 1 с. Результат подсчета поступает в устройство памяти и далее в систему безопасности поезда. Устройство памяти обеспечивает хранение подсчитанного числа импульсов на время последующего цикла работы счетчика. По окончании цикла работы счетчик сбрасывается на ноль. Интервал подсчета задается с помощью стабилизированного генератора, который также управляет работой устройства памяти.

Импульсные датчики скорости устанавливаются на валах ведущих, ведомых и тормозных пар колес.

Для определения угла поворота, направления вращения и скорости вращения каждого вала применен энкордер (датчик линейных перемещений). В конкретном исполнении применен датчик типа WE-V4T "Fotck".

Устройство работает следующим образом.

Блок оценки собственного местоположения выполняет обработку оценки собственного местоположения для оценки текущего местоположения транспортного средства.

Блок точного счисления вычисляет прогнозируемое местоположение (широту, долготу, высоту и азимут) железнодорожного состава в текущий момент времени с использованием точного счисления на основе скорости колеса, угловой скорости тангажа, углового скорости крена и угловой скорости рыскания, определяемых внутренними датчиками.

Блок сопоставления карты вычисляет на основе относительного местоположения наземных объектов в окрестностях транспортного средства и относительных местоположений светофоров и информационных знаков, которые обнаруживаются внешними датчиками, прогнозируемое местоположение транспортного средства, которое было рассчитана блоком точного счисления, и базы данных карты оценочное значение текущего местоположения транспортного средства с использованием сопоставления двумерной карты.

Блок обнаружения дорожного знака определяет относительное местоположение дорожного знака, которое обнаруживается внешними датчиками, в окрестностях транспортного средства по отношению к транспортному средству.

Блок вычисления координат вычисляет оценочные значения двумерных координат дорожного знака в системе координат карты.

Блок получения информации о высоте сопоставляет двумерные координаты дорожного знака, вычисленные на предыдущем этапе, с информацией двумерных координат дорожных знаков, записанных в базе данных карты. Блок получения информации о высоте определяет, существует ли в базе данных карты дорожный знак, который имеет информацию о двумерных координатах, совпадающую с двумерными координатами обнаруженного знака.

Когда отсутствует дорожный знак, двумерные координаты которого совпадают с двумерными координатами обнаруженного знака в базе данных карты обработка оценки собственного местоположения завершается без корректировки высоты, вычисленной с использованием точного счисления.

Когда дорожный знак, двумерные координаты которого совпадают с двумерными координатами обнаруженного знака, существует в базе данных карты, процесс переходит к следующему этапу, на котором блок получения информации о высоте получает информацию о координатах знака (широта, долгота и высота) дорожного знака, двумерные координаты которого соответствуют двумерным координатам из базы данных карты. Блок получения информации о высоте оценивает, что высота, на которой находится транспортное средство, является высотой дорожного знака.

Далее модуль точного счисления корректирует прогнозируемое значение высоты, на которой находится транспортное средство, которое было вычислено с использованием точного счисления, на высоту, оцененную модулем получения информации о высоте. Впоследствии обработка оценки собственного местоположения завершается.

Блок установки целевой траектории устанавливает целевую траекторию движения, по которой транспортное средство движется по дороге, на которой оно находится в данный момент, на основе текущего местоположения транспортного средства, которое было оценено блоком сопоставления карты, данных карты дорог в базе данных карты, информации о маршруте, выводимой из навигационной системы, окружающей среды, обнаруженной внешними датчиками, и состояния движения транспортного средства, получаемого от датчиков регистрации динамических характеристик поезда.

В этом случае блок установки целевой траектории устанавливает целевую траекторию движения, по которой транспортное средство движется по дороге, на которой находится транспортное средство, которая была определена в соответствии с маршрутом, созданным навигационной системой.

Блок управления движением выполняет управление движением, такое как автоматическое управление движением и управление помощи при движении, транспортного средства, приводя в действие исполнительные механизмы таким образом, что транспортное средство движется по траектории движения, которая была сгенерирована блоком установки целевой траектории.

В рабочем режиме между устройствами контроля целостности состава с заданным периодом производится обмен сообщениями, на основе корректной передачи и приема данных принимается решение о целостности поезда.

Установленное в головном вагоне поезда устройство контроля целостности состава формирует и передает по проводной линии связи сообщение, содержащее его текущее системное время Т (формируемое блоком формирования сообщения о системном времени), на устройство контроля целостности состава, установленное в хвостовом вагоне. Устройство контроля целостности состава, установленное в хвостовом составе посредством блока расчета кода безопасности в двухканальном режиме производит расчет кода безопасности CRC-32 полученного сообщения и возвращает устройству контроля целостности состава, установленное в головном составе сообщение T+CRC-32. В головном вагоне поезда устройство производит расчет кода безопасности по тому же алгоритму на сообщение Т, после чего, посредством блока связи с локомотивным устройством безопасности передает в локомотивное устройство безопасности для сравнения оба пакета данных. При совпадении двух пакетов данных анализируется временной отрезок между текущим временем и временем Т. Если временное расстояние допустимо, делается вывод о целостности поезда и во внутреннюю шину CAN локомотивного устройства безопасности выдается сообщение о целостности поезда.

Для реализации интервального регулирования движением поездов перегоны оборудованы путевыми устройствами автоблокировки (АБ/АЛСН/АЛС-ЕН), станции - станционными устройствами автоблокировки и микропроцессорными устройствами централизации, реализующими технологию контроля рельсовых цепей. Путевые устройства передают информацию на станционные устройства автоблокировки о состоянии рельсовых цепей. Данные о состоянии напольных устройств (стрелок, сигналов светофоров) от станционного устройства автоблокировки поступают на вход станционного устройства - микропроцессорного устройства централизации.

Данная информация передается в устройство радиоблокировки, куда также поступают сведения о временных ограничениях скорости движения с указанием места, времени и значения скорости ограничения, показания единого времени и изменения графика движения поездов от внешних устройств.

При движении поездов в подконтрольной зоне устройства радиоблокировки, на борт локомотива поступают команды управления режимом обмена данными со станцией. В соответствии с установленным режимом, с заданной периодичностью, в устройство радиоблокировки передаются данные, содержащие номер поезда, местоположение головы и хвоста поезда, признак целостности поезда, скорость движения, а также данные от микропроцессорного устройства централизации о состоянии стрелок и сигналов светофоров, количество свободных рельсовых цепей. Затем каждому поезду через устройство радиоблокировки передается информация о нахождении хвоста впередиидущего поезда, актуальные временные ограничения скорости и их местоположение впереди поезда, а также изменения графика движения поезда. Для надежности беспроводной передачи данных между поездами и устройством радиоблокировки канал связи построен по принципу «2 из 2» с возможностью сравнения от двух источников.

Бортовые устройства оборудованы устройствами радиосвязи для связи с другими поездами, которые осуществляют прием и передачу данных по дополнительному радиоканалу между попутно следующими друг за другом поездами, от впередиидущего поезда к следующему за ним. Устройство радиосвязи периодически с заданным периодом передает пакет данных, который содержит текущий номер пути, железнодорожную координату головы и хвоста поезда, признак целостности поезда.

В средство приема данных из рельсовой цепи непрерывно поступают данные о количестве свободных рельсовых цепей, которые затем анализируются блоком принятия решений и формирования управляющих команд совместно с данными, поступившими от устройства радиоблокировки. Дополнительно в блоке принятия решений данные о координате хвоста впередиидущего поезда, полученные от устройства радиоблокировки, сравниваются с данными от устройства радиосвязи, полученные в децентрализованном режиме. После анализа полученной информации в блоке принятия решений формируется команда приоритетности устройств, с которыми необходимо работать локомотивному устройству безопасности. Регулирование движением поездов может осуществляться централизованно, от станционных устройств радио блокировки, а также в автономном режиме за счет получения информации непосредственно от впередиидущего поезда, с использованием децентрализованной технологии связи «борт-борт», а также из рельсовых цепей от путевых устройств автоблокировки.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве блок зондирования пространства приближения поезда посредством, инфракрасной видео камеры, совмещенной с радаром, или другого набора аппаратуры аналогичного назначения, зондирует пространство в габарите приближения поезда от начата состава данного поезда и до конца состава впереди идущего поезда для обнаружения посторонних объектов, опасных для движения поезда. Блок зондирования пространства приближения поезда измеряет дистанцию и скорость сближения с хвостовым вагоном состава впереди идущего поезда. Разрешение на предельное сближение с впередиидущим поездом последующий поезд получает после того, как впередиидущий поезд выполнил приказ на движение со скоростью не выше некоторой предельной и малой величины, например 25, 40 или 60 км/час. Получение разрешение на предельное сближение с впередиидущим поездом локомотивное устройство безопасности последующего поезда получает по криптографически защищенному радиоканалу цифровой связи от локомотивного устройства безопасности впередиидущего поезда и/или из центра управления поездами. Локомотивное устройство безопасности последующего поезда воздействует на свой блок расчета и поддержания минимальной безопасной дистанции попутного следования за впередиидущим поездом. Блок получает приоритет в управления движением своего поезда в режиме, когда ему сообщено о том, что впередиидущий поезд будет двигаться со скоростью не выше некоторой предельной и малой величины, например 25, 40 или 60 км/час, в пределах определенного участка маршрута, заданного координатами начала и конца этого участка, которые привязаны к идентичной электронной карте маршрута следования обоих поездов. Кроме этого, последующий поезд по радиоканалу получает информацию о том, что впередиидущий поезд следует в полном составе и опционально, получает данные о прогнозном графике изменения скорости движения впереди идущего поезда по этому участку.

Скорость движения обоих поездов в этом режиме выравнивается после сближения на предельно разрешенную дистанцию попутного следования и ограничена пределом местного ограничения скорости 25, 40 или 60 км/час, в зависимости от категорий этих поездов.

Блок зондирования пространства приближения поезда на последующем поезде посредством достаточно частого зондирования (например, раз в 0,25 сек.) пространства впереди и в габаритах допустимого приближения, с боков локомотива своего поезда, измеряет скорость движения и дистанцию до последнего вагона впередиидущего поезда и расстояния до опасных препятствий в габарите приближения своего поезда.

Блок зондирования пространства приближения поезда может обнаруживать несколько неподвижных или движущихся объектов спереди и по бокам поезда и используется, как для поддержания установившегося продольного расстояния до впередиидущего поезда на минимально допустимом для предотвращения опасных столкновений уровне, так и для выработки для локомотивного устройства безопасности своего поезда команды торможения и остановки перед опасным препятствием на пути следования своего поезда.

Скорость движения хвостового вагона состава впередиидущего поезда локомотивное устройство безопасности последующего поезда сопоставляет с дублирующими данными, полученными по радиоканалу от локомотива или аппаратуры хвостового вагона впередиидущего поезда, для расчета допустимой скорости движения. Корректировка режима движения последующего поезда осуществляется так, чтобы в наихудшем возможном случае гарантировать предотвращение столкновения поездов. Сокращение минимальной дистанции попутного следования поездов по сравнению с обычной минимальной дистанцией попутного следования, которая задана длиной защитного участка определяемого системой АЛС, позволяет повысить пропускную способность системы, например, в горловинах станций и на других участках движения поездов с пониженной допустимой скоростью, при сохранении высокого уровня безопасности движения поездов.

В отличие от прототипа, контроль за движением высокоскоростного поезда выполняют в реальном режиме движения по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута. При этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов поворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут. Построение реального маршрута движения высокоскоростного поезда выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки поворота, направление и скорость движения транспортного средства, при этом учитываются текущие параметры движения поезда, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, траектории движения центра тяжести, которые сравниваются с программными значениями угла курса, угловой скорости положения исполнительного механизма, которые определяют в соответствии с моделью движения поезда, включающую скорость движения, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, траектории движения центра тяжести и углы дрейфа поезда. На монитор картографического устройства проецируют линии программного и реального маршрутов относительно характерных географических ориентиров с учетом полученной матрицы.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении эксплуатационной безопасности движения высокоскоростных поездов.

Источники информации.

1. Патенты US №2005/0143868 А1, 30.06.2005.

2. Патент CN №102082713 А, 01.06.2011.

3. Патент CN №102752025 А, 24.10.2012.

4. Патент CN №202679357 U, 16.01.2013.

5. Патент CN №203632665 U, 04.06.2014.

6. Патент CN №105763257 А, 13.07.2016.

7. Патент CN №106740988 А, 31.05.2017.

8. Патент RU №2776672 С2, 22.07.2022.

9. Патент CN №112333820 А, 05.02.2021,

10. Патент CN №108151732 А, 12.06.2018.

11. Патент CN №105445776 А, 30.03.2016.

12. Патент CN №105592420 А, 18.05.2016.

13. Патент RU №2633093 С1, 11.10.2017.

14. Патент RU №2776855 С1, 28.07.2022.

15. Заявка JP №2007108043 А, 26.04.2007.

16. Заявка JP №2006275619 А, 12.10.2006.

17. Патент US №9062979 В1, 23.06.2015.

18. Патент RU №2611455 С1, 22.02.2017.

19. Патент RU №2777308 С1, 02.08.2022.

Группа изобретений относится к определению местоположения или опознавания подвижного состава. Способ оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, заключается в том, что выполняют контроль за движением транспортного средства в реальном режиме движения по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута. При этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута. Построение реального маршрута движения транспортного средства выполняют итерационно и поэтапно. Определяют координаты и расстояния до характерных географических ориентиров, измеряют дистанцию и скорость сближения с впереди идущим транспортным средством, определяют предельно разрешенную дистанцию попутного следования. Также заявлено устройство для оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства для оценки собственного местоположения транспортного средства. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, заключающийся в том, что выполняют контроль за движением транспортного средства в реальном режиме движения по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута, при этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут, построение реального маршрута движения транспортного средства выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки поворота, направление и скорость движения транспортного средства, при этом учитываются текущие параметры движения транспортного средства, которые сравниваются с программными значениями, которые определяют в соответствии с моделью движения транспортного средства, включающую скорость движения и обороты движителя, обороты валов ведущих, ведомых и тормозных пар колес, генерируют линии программного и реального маршрутов с учетом полученной матрицы, определяют координаты и расстояния до характерных географических ориентиров с использованием базы карт, спутниковых и радионавигационных систем, измеряют дистанцию и скорость сближения с впереди идущим транспортным средством, определяют предельно разрешенную дистанцию попутного следования.

2. Устройство для оценки собственного местоположения транспортного средства, преимущественно высокоскоростного поезда, содержащее блок счисления, который содержит оптический кольцевой лазерный гирометр с тремя акселерометрами для определения кинематического состояния локомотива, который измеряет: курс, крен, дифферент, продольное, поперечное и вертикальное перемещение корпуса, в состав контура освещения обстановки введены командное трансляционное устройство для трансляции голосовых служебных команд, система приема внешних звуковых сигналов с визуальной индикацией направления на источник звука типа «Камертон», блок зондирования пространства приближения поезда посредством инфракрасной видеокамеры, совмещенной с радаром, зондирующий пространство в габарите приближения поезда от начала состава данного поезда и до конца состава впереди идущего поезда для обнаружения посторонних объектов, опасных для движения поезда, блок зондирования пространства приближения поезда, блок расчета и поддержания минимальной безопасной дистанции попутного следования за впереди идущим поездом, энкордер, установленный на валах ведущих, ведомых и тормозных пар колес, измеритель скорости движения поезда, выполненный в виде импульсного датчика, установленного на валах ведущих, ведомых и тормозных пар колес.