СПОСОБ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ЛОКОМОТИВА ПО ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B61L1/20 G06K5/00 G01S13/75 

Изобретение относится к железнодорожной технике и предназначено для позиционирования локомотива по технологии радиочастотной идентификации (RAIN - UHF RFID) с применением пассивных радиочастотных UHF RFID меток, расположенных вдоль пути движения локомотива. При проезде над меткой локомотив передает ей от локомотивной UHF RFID антенны энергию в виде электромагнитного излучения. Получив питание, метка в ответ передает заранее предопределенный запрограммированный код. С помощью той же антенны кодовый сигнал принимается и проверяется на корректность. Принятый код от метки системой автоматического управления торможением поезда (САУТ) интерпретируется по таблице базы данных в координату местоположения. Технический эффект заключается в обеспечении существующего уровня безопасности при перевозках на железнодорожном транспорте с минимизацией затрат при его внедрении и эксплуатации, а также в расширении области внедрения систем безопасности, например на предприятиях промышленного железнодорожного транспорта (ППЖТ).

На сети железных дорог есть много участков, где нет путевых устройств САУТ, и позиционирование осуществляется по спутнику или совсем отсутствует. У спутников есть своя специфика и помимо достоинств есть много недостатков, например: номер пути следования определить невозможно в принципе. По таким участкам движение осуществляется достаточно редко, поэтому путевыми унифицированными генераторами САУТ данные участки не оснащаются.

Целью предлагаемого изобретения является позиционирование локомотива без сложного последующего проектирования и затратных строительных работ на перегоне и станции, которая реализуется посредством автономных пассивных радиочастотных UHF RFID меток.

Известна европейская система управления движением поездов, основанная на применении евробализ ETCS (https://ru.wikipedia.org/wiki/Европейская_система_управления_движением_поездов). Действие ETCS основано на определении местоположения поезда, вычислении расстояния между составами, контроле максимально разрешенной скорости на участке, расчете кривой торможения (зависимости скорости от пройденного пути), сопоставлении данных о маршруте с техническими характеристиками поезда. Прием, обработка и передача всей необходимой информации осуществляется комплексом напольных и бортовых устройств и систем ETCS. Сами метки передают координаты, данные о пути (углы кривых, углы профиля и т.п.), постоянные и переменные ограничения скорости, показания светофоров и пр.

Предлагаемый способ позиционирования локомотива подразумевает передачу только номера пассивного датчика, по которому все необходимые параметры пути извлекаются из локомотивной базы данных.

Недостатком системы ETCS является большая стоимость, а также радиодиапазон, на котором работает система, в России занят другими службами.

Известна система идентификации, содержащая устройство опроса и множество ответчиков, причем устройство опроса включает в себя средство передачи сигнала опроса к ответчикам (RU 2126165 С1).

Недостатком данного изобретения является невозможность работы с ответчиками, в которых не предусмотрена обработка запросов, поступающих с устройства опроса.

Наиболее близким к предлагаемому способу является Система дистанционного считывания информации с подвижных объектов и их узлов (RU 2551132 С1) «Пальма» (https://informtehtrans.ru/katalog/oborudovanie-dly-rzd/tekhnologii-rfid/), включающая пассивные датчики на подвижном составе и считывающие устройства на инфраструктуре дорог. В тракте считывателя стандарта ИСО 10374 формируется канал демодуляции отраженного от пассивного датчика стандарта ИСО 18000-6 с в формате ЕРС Gen2 сигнала несущей частоты, модулированного его кодом, а запросное излучение формируется единым для считывателя программируемого генератора несущей частоты посредством управляющего контроллера, обеспечивающего по результатам демодуляции кода датчика в каналах работу генератора считывателя в условиях стандарта ИСО 10374 с непрерывным излучением несущей, или стандарта ИСО 18000-6 с с модулированным опросным сигналом несущей в соответствии с требованиями стандарта ИСО 18000-6 с. При этом датчики на подвижном объекте и контейнере (или узле объекта) пространственно устанавливаются, исключая возможность одновременного попадания в зону видимости считывателя.

У системы «Пальма» похожая технология передачи информации, но назначение - лишь идентификация подвижного состава. Пассивные датчики располагаются на подвижном составе, считывающее устройство - на пути.

В предложенном способе реализована обратная технология, а именно определение местоположения поезда относительно объектов железнодорожной инфраструктуры посредством аппаратуры обеспечения безопасности движения, расположенной на локомотиве. При этом в местах установки радиочастотных меток локомотив привязывается к координате метки, а далее, в процессе движения, координата уточняется по данным датчиков пути и скорости (ДПС).

Структурная схема реализации способа позиционирования локомотива по технологии радиочастотной идентификации приведена на фиг. 1.

На локомотиве система САУТ выполняет функцию обеспечения безопасности движения. Т.е. она должна на определенных участках железной дороги, при определенных условиях выполнять запрограммированные действия, например: останавливать локомотив перед запрещающим показанием светофора или ограничивать скорость движения на опасных участках.

Исходные данные для обработки всех алгоритмов берутся из базы данных. А привязку объектов к местности обеспечивает система позиционирования.

Сущность способа заключается в следующем: пассивные радиочастотные UHF RFID метки (далее метки) располагаются вдоль пути движения локомотива. При проезде над меткой локомотив передает ей от локомотивной радиочастотной UHF RFID антенны (далее антенна) энергию в виде электромагнитного излучения. Получив питание, метка в ответ передает заранее предопределенный запрограммированный код. С помощью той же антенны кодовый сигнал принимается и проверяется на корректность. Принятый код от метки системой САУТ интерпретируется по таблице базы данных в координату местоположения.

Технология передачи сигналов в радиоканале полностью соответствует ГОСТ Р 54621-2011 (радиочастотная идентификация для управления предметами), который базируется на основе стандарта ISO/IEC 18000-6 протокола эфирного интерфейса GS1 ЕРС UHF Gen2.

Возможны два варианта расположения меток на пути:

- крепление на шпалах или в межшпальном пространстве в железнодорожной колее. Приемо-передающая антенна располагается под днищем локомотива в районе кабины машиниста, направлена вниз;

- крепление меток на опорах и столбах на высоте примерно 2,5 метра, с установкой антенны на боковой части кузова локомотива в районе кабины машиниста, направление вправо по ходу движения.

Определение местоположения по координатам метки производится точечно, в момент ее проезда локомотивом. Далее местоположение локомотива уточняется по пройденному от метки расстоянию, которое подсчитывается на основании информации от датчиков пути и скорости (ДПС). При очередном следующем считывании метки местоположение будет уточнено, ошибка счета по пути сбрасывается.

Метка конструктивно представляет собой микрочип, который помещен в пластиковый корпус небольшого размера с отверстиями для крепления. Метка не имеет встроенных источников питания, а также не подразумевает подключения кабелей связи или питания. Метка всепогодная (применение на открытом воздухе), антивандальная, герметичная и имеет повышенную устойчивость к химическим соединениям.

Антенна конструктивно представляет собой несколько металлических пластин определенной формы, которые помещены в пластиковый герметичный корпус с крепежными элементами. Антенна направленная и должна быть ориентирована на метки. Высокочастотным кабелем антенна соединяется с UHF RFID модулем приема радиочастотных сигналов (далее модуль приема). Антенна всепогодная (применение на открытом воздухе).

Модуль приема представляет собой блок, с микропроцессорной платой управления и RFID модулем связи. Блок имеет интерфейс для обмена данными в цифровом виде с системой безопасности САУТ и аналоговый высокочастотный вход для подключения антенны. Расположение блока в кабине локомотива.

В связи с повышенными требованиями по функциональной безопасности, предъявляемыми к системам интервального регулирования на железных дорогах, в данной системе применяются методы защиты, предотвращающие появление опасных ситуаций. Так, например, код метки защищен специальной контрольной суммой, предотвращающий его искажение при считывании. Код метки используется только если он занесен в базу данных САУТ, т.е. «чужие» метки в обработку не принимаются. Определение координат начинает выполняться при принятии правильной последовательности кодов от нескольких меток, установленных на определенном расстоянии, что защищает от перестановки меток злоумышленником. Также подтверждение или сброс достоверности осуществляется от других независимых систем позиционирования.

Неисправность пассивных меток фиксируется по результатам расшифровки и анализа файлов записей параметров поездки.

Способ позиционирования по технологии радиочастотной идентификации снижает стоимость проектирования, строительства и обслуживания необходимой инфраструктуры при реализации функционала бортовой системы безопасности САУТ с заданными требованиями. Максимальный эффект от применения такой технологии будет в эксплуатации системы САУТ на предприятиях промышленного железнодорожного транспорта (ППЖТ) и малодеятельных участках железных дорог.

Изобретение относится к средствам позиционирования локомотива. В способе определение местоположения локомотива относительно объектов железнодорожной инфраструктуры основано на радиочастотной идентификации с помощью пассивных радиочастотных UHF RFID меток, которые, получив питание от UHF RFID приемо-передающей антенны, расположенной на локомотиве, в виде электромагнитного излучения, передают заранее предопределенный запрограммированный код на ту же приемо-передающую антенну, который, в свою очередь, обрабатывается и проверяется на предмет корректности в модуле приема UHF RFID сигналов с последующей передачей в систему автоматического управления торможением поезда, где интерпретируется по таблице базы данных в координату местоположения, при этом определение координат начинает выполняться при принятии правильной последовательности кодов от нескольких меток, установленных на определенном расстоянии, что защищает от перестановки меток злоумышленником, определение местоположения по координатам UHF RFID метки производится точечно, в момент ее проезда локомотивом с дальнейшим уточнением местоположения локомотива по пройденному от метки расстоянию, которое подсчитывается на основании информации от датчиков пути и скорости. Достигается повышение безопасности движения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ позиционирования локомотива по технологии радиочастотной идентификации, состоящий в том, что определение местоположения локомотива относительно объектов железнодорожной инфраструктуры основано на радиочастотной идентификации с помощью пассивных радиочастотных UHF RFID меток, которые, получив питание от UHF RFID приемо-передающей антенны, расположенной на локомотиве, в виде электромагнитного излучения, передают заранее предопределенный запрограммированный код на ту же приемо-передающую антенну, который, в свою очередь, обрабатывается и проверяется на предмет корректности в модуле приема UHF RFID сигналов с последующей передачей в систему автоматического управления торможением поезда, где интерпретируется по таблице базы данных в координату местоположения, при этом определение координат начинает выполняться при принятии правильной последовательности кодов от нескольких меток, установленных на определенном расстоянии, что защищает от перестановки меток злоумышленником.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение местоположения по координатам UHF RFID метки производится точечно, в момент ее проезда локомотивом с дальнейшим уточнением местоположения локомотива по пройденному от метки расстоянию, которое подсчитывается на основании информации от датчиков пути и скорости.