Система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия Российский патент 2024 года по МПК G01N21/00 B61K9/08 

Изобретение относится к диагностическим комплексам, связанным с обеспечением безопасности движения поездов, а именно для контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия.

Известно мобильное устройство визуального обнаружения дефектов рельсового пути, содержащее размещенные на несущей раме транспортного средства узел видеонаблюдения и узел освещения, связанные с размещенным в транспортном средстве блоком управления, узел видеонаблюдения выполнен в виде электронных оптических блоков, расположенных вдоль перпендикулярной рельсовому пути оси, узел освещения подключен к блоку управления через первый контактор и выполнен в виде двух линейных осветителей, каждый из которых расположен по одну из сторон электронных оптических блоков параллельно этой оси, количество электронных оптических блоков, угол их наклона к рельсовому пути и длина линейных осветителей выбраны из условий обеспечения возможности полного перекрытия зоны видеообзора рельсошпальной решетки, в мобильное устройство введены связанный с блоком управления синхронизатор, связанный с электронными оптическими блоками сервер и подключенный к блоку управления через второй контактор узел обдува. В результате обеспечивается повышенная эксплуатационная эффективность устройства визуального обнаружения дефектов рельсового пути, в том числе за счет расширения номенклатуры визуально выявляемых этим устройством дефектов рельс и повышения достоверности их обнаружения (RU 190003 U1, 17.04.2019).

Недостатком известного устройства является возможность контроля только одного элемента рельсового пути, а именно рельса, при этом остальные элементы верхнего строения пути не контролируются.

Из известных устройств наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является многофункциональный автономный роботизированный комплекс диагностики и контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры, включающий стационарную часть, состоящую из базовой станции и одной и более эвакуационных станций, и мобильные части, выполненные в виде подвижных единиц, представляющих собой рельсовые транспортные средства и обеспечивающие мониторинг железнодорожной инфраструктуры, стационарная часть оснащена функциональным оборудованием, обеспечивающим автономную работу комплекса, управление подвижными единицами и связь с единой интеллектуальной системой управления и автоматизации производственных процессов на железнодорожном транспорте, подвижные единицы представляют собой беспилотные съёмные рельсовые транспортные средства различного назначения, оснащенные по крайней мере одним из следующих систем или приборов: бортовым вычислительным и навигационно-связным комплексами, системой габаритного контроля приближения строений, системами визуального, магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути, системой сплошного оптического контроля геометрических параметров рельсов и рельсовых пересечений, путеизмерительным и профилометрическим комплексами, системой георадиолокационного контроля балластного слоя и подбалластной зоны, средствами видеонаблюдения и радиолокации местности, комплексом приборов экологического мониторинга, комплексом бортовых манипуляторов, оснащённых видеокамерами, беспилотным летательным аппаратом, роботизированной установкой пожаротушения, грузовыми и специальными модулями различного назначения (RU 2733907 C1, 06.02.2020).

В известном комплексе данные диагностики и контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры получают посредством бесконтактного контроля рельсов; видеофиксацией элементов верхнего строения пути в пределах рельсошпальной решетки; регулярным обмером поперечного профиля объектов инфраструктуры; измерением геометрических параметров пути, измерением рельсового профиля, ответвлений и пересечений с применением блоков оптической триангуляции; определением георадиолокационного профиля балластного слоя и подбалластной зоны железнодорожного полотна, включая склоны насыпей и стены тоннелей; сбором, анализом и обработкой потоковых телеметрических данных окружающей местности и объектов инфраструктуры; локальной видеосъёмкой и сканированием отдельных объектов; автоматическим обнаружением и сопровождением движущихся объектов на фоне земной и водной поверхности; анализом экологических параметров на пути следования; весовым контролем, счётом осей и диагностикой ходовых частей железнодорожного подвижного состава, при этом осуществляют объединение и обработку данных контрольно-измерительных систем с привязкой данных к единой координате пути и географической координате посредством бортового вычислительного комплекса с последующей передачей данных контрольно-измерительных систем стационарному вычислительному комплексу базовой станции или оператору единой интеллектуальной системы управления и автоматизации производственных процессов на железнодорожном транспорте

Недостатком известного многофункционального автономного роботизированного комплекса диагностики и контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры является необходимость создания дорогостоящей стационарной инфраструктуры, поддерживающей функционирование мобильных подвижных устройств, а также низкая достоверность получаемых результатов диагностики, связанная с отсутствием каких либо механизмов верификации, что приобретает наибольший приоритет при поиске несанкционированных предметов в пределах рельсошпальной решетки.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет нахождения несанкционированных предметов, находящихся как на путях, так и внутри балластного слоя и земляного полотна путем верификации показаний датчиков различного принципа действия и направленности.

Технический результат достигается тем, что система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия содержит раму-основание, установленную на рельсовом транспортном средстве, оснащенным бортовым вычислительным устройством, подключенным через блок согласования к приемнику спутниковой навигации и внешнему датчику пути и скорости, а через шину данных - к регистрационно-измерительной системе, установленной на раме-основании и содержащей подсистемы регистрации дефектов рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере три телевизионные камеры, подсистему контроля межрельсового пространства, включающей по меньшей мере одну телевизионную камеру, подсистему контроля балластного слоя в межрельсовом пространстве, включающей по меньшей мере один георадарный датчик, подсистемы контроля балластного слоя в зоне рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, подсистему подсветки, подсистемы контроля балластного слоя в зоне концов шпалы, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, а также установленные по бортам рельсового транспортного средства по меньшей мере по одной тепловизионной камере, при этом бортовое вычислительное устройство выходом подключено к серверу обработки и вывода данных, входами/выходами соединенному с выходами/входами аппаратно-программного комплекса оператора, модуля хранения данных и модуля приема-передачи данных, взаимодействующего с внешними информационными системами.

Дополнительно в состав регистрационно-измерительной системы может быть введена система обдува для обеспечения очищения окон используемых датчиков.

С целью обнаружения радиоэлектронных устройств, находящихся в пределах рельсошпальной решетки и приповерхностном слое балласта регистрационно-измерительная система может быть оснащена детекторами нелинейных переходов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия.

На фиг. 2 представлен вариант исполнения регистрационно-измерительной системы.

Система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия содержит рельсовое транспортное средство 1, оснащенное бортовым вычислительным устройством 2, подключенным через блок 3 согласования к приемнику 4 спутниковой навигации и внешнему датчику 5 пути и скорости, а через шину 6 данных - к регистрационно-измерительной системе 7, установленной на раме-основании 8, размещенной на рельсовом транспортном средстве 1, и содержащей по меньшей мере подсистемы 9 и 10 регистрации дефектов рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере три телевизионные камеры 11, 12 и 13 (14, 15 и 16), подсистему 17 контроля межрельсового пространства, включающей по меньшей мере одну телевизионную камеру 18, подсистему 19 контроля балластного слоя в межрельсовом пространстве, включающей по меньшей мере один георадарный датчик 20, подсистемы 21 и 22 контроля балластного слоя в зоне рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика 23 и 24 (25 и 26), подсистему 27 подсветки, подсистемы 28 и 29 контроля балластного слоя в зоне концов шпалы, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика 30 и 31 (32 и 33), а также установленные по бортам рельсового транспортного средства 1 по меньшей мере по одной тепловизионной камере 34 и 35, при этом бортовое вычислительное устройство 2 выходом подключено к серверу 36 обработки и вывода данных, входами/выходами соединенному с выходами/входами аппаратно-программного комплекса 37 оператора, модуля 38 хранения данных и модуля 39 приема-передачи данных, взаимодействующего с внешними информационными системами.

Система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия работает следующим образом.

На рельсовое транспортное средство 1, например, автомотрису АС-01, оснащенную бортовым вычислительным устройством 2, перпендикулярно оси пути устанавливают раму-основание 8, на которой закрепляют регистрационно-измерительную систему 7, обеспечивающую полный бесконтактный контроль зоны рельс и рельсошпальной решетки. В состав регистрационно-измерительной системы 7 входят средства контроля.

Средства бесконтактного контроля зоны рельс - подсистемы 9 и 10 регистрации дефектов рельс, включающие, по меньшей мере, по три высокоскоростные телевизионные камеры 11, 12 и 13 и (14, 15, 16) расположенные по обе стороны рельс под углом относительно рельсового пути, исключая тем самым появление теневых зон в районе шейки рельс, обеспечивая обнаружение повреждений шпал, дефектов скреплений, факта крепления к рельсам несанкционированных объектов, поверхностных дефектов, например трещин, выкрашиваний, изломов и т.п., подсистемы 21 и 22 контроля балластного слоя в зоне рельс, включающие по меньшей мере по два георадарных датчика 23 и 24 (25 и 26), расположенных по обе стороны рельс под углом относительно рельсового пути, исключая тем самым появление теневых зон в районе подошвы рельс, обеспечивая обнаружение дефектов и деформаций балластного слоя и земляного полотна, несанкционированных объектов в балластном слое, при этом, при проведении контроля балластного слоя в зоне рельс в бортовом вычислительном устройстве 2 анализируют видеоизображения с телевизионных камер 11, 12, 13 и (14, 15 и 16) на предмет видимых отклонений балластного слоя - выбросов, крошения материала балластной призмы, размывов, следов проведения земляных работ и т.п., для дальнейшего учета при формировании отчета сервером обработки и вывода данных 36, тем самым обеспечивая косвенную верификацию показаний георадарных датчиков 23 и 24 (25 и 26).

Средства бесконтактного контроля межрельсового пространства - подсистема 17 контроля межрельсового пространства, включающая по меньшей мере одну высокоскоростную телевизионную камеру 18, установленную вертикально к плоскости пути, обеспечивая обнаружение видимых повреждений пути и несанкционированных объектов, подсистема 19 контроля балластного слоя межрельсового пространства, включающая по меньшей мере один георадарный датчик 20, установленный под углом к плоскости пути, минимизируя тем самым зону тени в районе шпал, обеспечивая обнаружение дефектов и деформаций балластного слоя и земляного полотна, несанкционированных объектов в балластном слое, при проведении контроля балластного слоя в зоне рельс в бортовом вычислительном устройстве 2 анализируют видеоизображения с телевизионной камеры 18 на предмет видимых отклонений балластного слоя - выбросов, крошение материала балластной призмы, размывов, следов проведения земляных работ и т.п., для дальнейшего учета при формировании отчета сервером обработки и вывода данных 36, тем самым обеспечивая косвенную верификацию показаний георадарного датчика 20.

Подсистемы 28 и 29 бесконтактного контроля балластного слоя в зоне конца шпалы, которые содержат по меньшей мере по два, на каждую сторону, георадарных датчика 30 и 31 (32 и 33), установленные под углом относительно плоскости пути встречно, обеспечивая тем самым минимизацию зоны тени в районе шпал и обеспечивая обнаружение дефектов и деформаций балластного слоя и земляного полотна, несанкционированных объектов в балластном слое, при проведении контроля балластного слоя в зоне конца шпал в бортовом вычислительном устройстве 2 анализируют видеоизображения с телевизионной камеры 12 (15) на предмет видимых отклонений - выбросов, крошение материала балластной призмы, размывов, следов проведения земляных работ и т.п., для дальнейшего учета при формировании отчета сервером обработки и вывода данных 36, тем самым обеспечивая косвенную верификацию показаний георадарных датчиков 30 и 31 (32 и 33).

Средства бесконтактного контроля железнодорожной инфраструктуры и окружающей местности, включающие по меньшей мере две тепловизионные камеры 34 и 35, установленные по бортам рельсового транспортного средства 1 под углом к пути, обеспечивая обнаружение опасных объектов по траверзу программными средствами бортового вычислительного устройства 2, данные о которых передаются в сервер 36 обработки и вывода данных для дальнейшего комплексирования и внесения их в отчет.

В качестве георадарных датчиков 20, 23-26, 30-33 используют многочастотные георадарные системы, обеспечивающие более высокие показатели обнаружения по сравнению с одночастотными георадарными системами, в том числе съем георадиолокационного профиля балластного слоя и земляного полотна с высоким разрешением, что в свою очередь позволяет повысить безопасность движения поездов за счет своевременного обнаружения изменений строений грунтов земляного полотна, деформаций балластного слоя, обнаружение обводнённости и пониженной плотности, а также наличие инженерных сооружений и выявление скрытых объектов, таких как кабели, крупные неметаллические объекты, полости и укрытые гравием и землей несанкционированные предметы.

Кроме того, на раме-основании 8 устанавливают подсистему 27 подсветки, обеспечивающую устойчивую работу указанных систем видеообнаружения.

В состав регистрационно-измерительной системы 7 может быть введена система обдува, обеспечивающая очищение окон используемых датчиков.

Для ведения инженерной разведки и повышения количества классификационных признаков обнаруживаемых объектов регистрационно-измерительная система 7 может быть оснащена детекторами нелинейных переходов, обеспечивающими обнаружение радиоэлектронных устройств, находящихся в пределах рельсошпальной решетки и приповерхностном слое балласта.

Данные от датчика 5 пути и скорости, а также подсистем регистрационно-измерительной системы 7 через блок 33 согласования поступают в бортовое вычислительное устройство 2, где осуществляется первичная обработка результатов диагностики и контроля верхнего строения пути, в том числе привязка результатов диагностики к относительным координатам соответствующих подсистем. Бортовое вычислительное устройство 2 передает данные в сервер 36 обработки и вывода данных, где производится комплексирование результатов диагностики всех подсистем регистрационно-измерительной системы 7. Данные от подсистем регистрационно-измерительной системы 7 обрабатываются посредством мультимодальной свёрточной нейронной сети, имеющей два входа - первый вход представляет собой рекуррентную нейронную сеть, на вход которой поступают данные с георадарных датчиков, которые сжимаются в латентное пространство признаков, второй вход представляет собой свёрточную нейронную сеть, обеспечивающую преобразование видеоданных, получаемых с телевизионных камер, в латентное пространство признаков, после чего признаки с обоих входов объединяются в один слой, поступающий на вход полносвязанной нейронной сети, работающей в режиме классификатора по заранее размеченным данным, обеспечивающей обнаружение несанкционированных предметов, находящихся как на путях, так и внутри балластного слоя и земляного полотна и верификацию данных на основе комплексирования данных разных физических датчиков.

Одновременно сервер 36 обработки и вывода данных осуществляет привязку обобщенных результатов диагностики к единой координате пути и географической координате, полученных от приемника 34 спутниковой навигации и датчика 35 пути и скорости, а также производит сопоставление полученных результатов с актуальными данными технического состояния контролируемого участка пути, которые поступают от модуля 38 хранения данных. После обработки данных сервер 36 обработки и вывода сохраняет актуализированные данные в модуле 38 хранения данных и формирует отчет, включающий диагностическую карту контролируемого участка рельсового пути, которую передает в автоматизированный программный комплекс 37 оператора, а также, через модуль 39 приема-передачи данных посредством радиоканала - во внешние информационные системы, например, в единую интеллектуальную систему управления и автоматизации производственных процессов на железнодорожном транспорте.

Таким образом, предлагаемое техническое решение посредством применения комплексного подхода на основе использования датчиков различного принципа действия и направленности обеспечивает обнаружение в пути следования рельсового транспортного средства дефектов верхнего строения пути, несанкционированных предметов, находящихся как на поверхности железнодорожных путей так и в балластном слое железнодорожного пути, а также транспортных средств, людей и других объектов, находящихся в непосредственной близости к железнодорожной колее.

Изобретение относится к диагностическим комплексам, связанным с обеспечением безопасности движения поездов, а именно для контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия. Заявленная система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия содержит раму-основание, установленную на рельсовом транспортном средстве, оснащенном бортовым вычислительным устройством, подключенным через блок согласования к приемнику спутниковой навигации и внешнему датчику пути и скорости, а через шину данных - к регистрационно-измерительной системе, установленной на раме-основании и содержащей подсистемы регистрации дефектов рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере три телевизионные камеры, подсистему контроля межрельсового пространства, включающую по меньшей мере одну телевизионную камеру, подсистему контроля балластного слоя в межрельсовом пространстве, включающую по меньшей мере один георадарный датчик, подсистемы контроля балластного слоя в зоне рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, подсистему подсветки, подсистемы контроля балластного слоя в зоне концов шпалы, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, а также установленные по бортам базового транспортного средства по меньшей мере по одной тепловизионной камере. При этом бортовое вычислительное устройство выходом подключено к серверу обработки и вывода данных, входами/выходами соединенному с выходами/входами аппаратно-программного комплекса оператора, модуля хранения данных и модуля приема-передачи данных, взаимодействующего с внешними информационными системами. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет нахождения несанкционированных предметов, находящихся как на путях, так и внутри балластного слоя и земляного полотна путем верификации показаний датчиков различного принципа действия и направленности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система контроля верхнего строения пути и элементов железнодорожной инфраструктуры на предмет несанкционированного воздействия, характеризующаяся тем, что содержит раму-основание, установленную на рельсовом транспортном средстве, оснащенном бортовым вычислительным устройством, подключенным через блок согласования к приемнику спутниковой навигации и внешнему датчику пути и скорости, а через шину данных - к регистрационно-измерительной системе, установленной на раме-основании и содержащей подсистемы регистрации дефектов рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере три телевизионные камеры, подсистему контроля межрельсового пространства, включающую по меньшей мере одну телевизионную камеру, подсистему контроля балластного слоя в межрельсовом пространстве, включающую по меньшей мере один георадарный датчик, подсистемы контроля балластного слоя в зоне рельс, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, подсистему подсветки, подсистемы контроля балластного слоя в зоне концов шпалы, правого и левого, соответственно, каждая из которых включает по меньшей мере два георадарных датчика, а также установленные по бортам базового транспортного средства по меньшей мере по одной тепловизионной камере, при этом бортовое вычислительное устройство выходом подключено к серверу обработки и вывода данных, входами/выходами соединенному с выходами/входами аппаратно-программного комплекса оператора, модуля хранения данных и модуля приема-передачи данных, взаимодействующего с внешними информационными системами.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в состав регистрационно-измерительной системы введена система обдува.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что регистрационно-измерительная система оснащена детекторами нелинейных переходов.