Устройство для определения положения шпал рельсового пути Российский патент 2025 года по МПК G01C3/02 G01B11/22 G01B21/00 E01B35/06 E01B35/04 B61K9/08 

Изобретение относится к информационно-измерительным системам, применяемым в железнодорожных машинах с бесконтактным считывающим устройством для определения положения шпал, а также прибором для измерения пройденного машиной расстояния и устройством управления для центрирования рабочего устройства, и может применяться для бесконтактного считывания положения шпал и определения путевой координаты их центра.

Из уровня техники известны система и способ для контроля железнодорожного пути (патент RU 2385446, опубликовано 27.03.2010, МПК: G01C 3/08 (2006.01)). Система, реализующая способ контроля железнодорожного пути, подлежащая установке на транспортном средстве, содержит: по меньшей мере, один источник света, являющийся лазером, расположенный рядом с железнодорожным путем для проецирования пучка света от края до края железнодорожного полотна, один оптический приемник, расположенный рядом с железнодорожным путем. При этом оптический приемник содержит цифровую камеру, один процессор для анализа совокупности изображений и определения географического местоположения совокупности изображений. Причем процессор выполнен с возможностью компилирования совокупности изображения и записи соответствующего географического местоположения совокупности изображений. Приводимое в описании изобретения устройство обработки, согласно предпочтительному варианту своего осуществления, включает в себя компьютер, имеющий быстродействующий процессор, например Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2,8 ГГц, а для эффективного хранения всех данных, предпочтительно, включает в себя два жестких диска большой емкости, сконфигурированных для использования одновременно обоих механизмов чтения/записи как один привод, что также известно под названием системы избыточного массива независимых дисков RAID. Требования к производительности процессора и объему хранилища данных можно отнести к недостаткам изобретения RU 2385446.

Из уровня техники также известны машина и способ для определения положения шпал рельсового пути (патент RU 2228988, опубликовано 20.05.2004, МПК: Е01В 35/06, G01C 3/00). Данное изобретение относится к машинам с измерительной аппаратурой, используемой при сооружении рельсовых путей. Машина имеет для определения положения шпал на рельсовом пути бесконтактное считывающее устройство в сочетании с прибором для измерения расстояния при регистрации пройденного машиной пути. Считывающее устройство представляет собой дальномер для бесконтактного определения значений дистанции по вертикали между машиной и путем. Устройство управления, связанное с дальномером, служит для непрерывной и последовательной разбивки контролируемого пути на измеряемые участки - соответственно на 1) опознанный участок со шпалой, включающий только в незначительной степени отличающиеся друг от друга данные измерений дистанции, и 2) на примыкающий к нему и находящийся между шпалами участок с щебнем между шпалами. Способ определения положения шпал рельсового пути характеризуется использованием последовательности скачкообразно измененных данных измерений дистанции по вертикали на границах «щебень-шпала». По совокупности признаков изобретение RU 2228988 выбрано в качестве прототипа.

Однако в случае, когда средний уровень щебня между шпалами отличается от уровня верхних поверхностей шпал не более чем на 2-3 см, применение способа обработки входных данных, который реализует устройство прототипа для детектирования границ шпал, может приводить к ложным срабатываниям (при низком пороге обнаружения границ «шпала-щебень» и «щебень-шпала») либо к пропускам границ (при высоком пороге). Указанного недостатка лишен способ определения положения шпал рельсового пути (патент RU 2806764, опубликовано 07.11.2023, МПК: Е01В 35/06 (2006.01), E01B 27/16 (2006.01), B61K 9/08 (2006.01), G01C 3/00 (2006.01)), который основан на получении отсчетов измерений дистанции d в вертикальном направлении между машиной и щебнем или шпалой. При этом для регистрации точек начала и окончания шпалы применяют два цифровых фильтра Ф₁ и Ф₂, импульсные характеристики которых выбираются таким образом, что являются зеркальными отражениями ожидаемых временных реализаций сигнала измерителя дистанции d для участков 1) «щебень-шпала» и 2) «шпала-щебень» соответственно по информации о скорости движения машины при априори известных ширине шпалы, среднем расстоянии между шпалами и частоте дискретизации F_д сигнала бесконтактного измерителя дистанции d. На вход цифровых согласованных фильтров Ф₁ и Ф₂ подают сигнал с вычтенной априори известной дистанцией до шпалы в вертикальном направлении d_шп, а для сигналов с выходов фильтров Ф₁ и Ф₂ выполняют поиск точек локальных максимумов, превышающих порог Z_пор, определяют соответствующие им моменты времени t₁ и t₂ проезда над точками начала и окончания шпалы. При регистрации пройденного машиной пути s(t) оценивают текущие путевые координаты точек начала и окончания шпалы R₁=s(t₁) и R₂=s(t₂) и вычисляют по ним путевую координату центра шпалы R_цш=0,5(R₁+R₂). Порог обнаружения границы шпалы Z_пор устанавливают по критерию Неймана-Пирсона исходя из допустимого уровня вероятности ложных обнаружений границ шпал.

Техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается высоком уровне ложных срабатываний устройства прототипа при измерении положения центров шпал в тех ситуациях, когда отличие среднего уровня щебня между шпалами от уровня их верхних поверхностей составляет не более 2-3 см.

Технический результат изобретения заключается в снижении вероятности ложных срабатываний при отличии среднего уровня щебня между шпалами от уровня их верхних поверхностей не более чем на 2-3 см.

Технический результат достигается реализацией в устройстве определения положения шпал рельсового пути согласованной цифровой фильтрации: при этом устройство управления на основании априорной информации о скорости движения железнодорожной машины и ширине шпалы адаптивно формирует весовые коэффициенты для двух цифровых согласованных фильтров, предназначенных для обнаружения участков пути с началом и окончанием шпалы.

Работу заявляемого устройства можно описать следующим образом. Сигналы с выхода бесконтактного считывающего устройства 1, выполняющего измерения вертикальной дальности до элементов железнодорожного пути, поступают на аналого-цифровой преобразователь 2, а с него - на первый вход первого вычитающего устройства 3, на второй вход которого с устройства управления 7 поступает априори известное расстояние до шпалы (фиг. 1). Цифровые отсчеты с компенсированной дальностью до шпалы с выхода первого вычитающего устройства 3 параллельно поступают на сигнальные входы первого и второго цифровых согласованных фильтров 5 и 6 соответственно. На входы весовых коэффициентов указанных цифровых фильтров с устройства управления 7 поступают соответственно векторы отсчетов их импульсной характеристики g_сф1 и g_сф2, соответствующие моментам времени «щебень-шпала» и «шпала-щебень» соответственно. Указанные векторы отсчетов импульсных характеристик, вычисленные устройством управления 7, хранятся в оперативном запоминающем устройстве 8. Поскольку форма импульсных характеристик зависит от скорости движения бесконтактного считывающего устройства 1 вдоль железнодорожного пути, то для получения информации о ней на вход устройства управления 7 поступает сигнал с выхода прибора для измерения пройденного составом расстояния 4. Выходы первого и второго цифровых согласованных фильтров 5 и 6 подключают к входам первого и второго пороговых устройств 9 и 10, пороговые значения на которые поступают из устройства управления 7. Для вычисления номеров отсчетов локальных максимумов, превысивших порог обнаружения, применяются первый и второй блоки вычисления номеров отсчетов локальных максимумов 11 и 12, на первые входы которых подаются отсчеты с выходов первого и второго цифровых согласованных фильтров 5 и 6 соответственно, а на вторые входы, фактически являющиеся входами разрешения вычислений, - сигналы с выходов первого и второго пороговых устройств 9 и 10 соответственно. Выходные сигналы блоков 11 и 12 подключают соответственно к первому и второму входам второго вычитающего устройства 13. Выходной сигнал второго вычитающего устройства 13 поступает на вход блока 14 вычисления путевой координаты центра шпалы.

Изобретение относится к информационно-измерительным системам, применяемым в железнодорожных машинах с бесконтактным считывающим устройством для определения положения шпал, а также прибором для измерения пройденного машиной расстояния и устройством управления для центрирования рабочего устройства, и может применяться для бесконтактного считывания положения шпал и определения путевой координаты их центра. Устройство содержит бесконтактное считывающее устройство и прибор для измерения расстояния, аналого-цифровой преобразователь, первое вычитающее устройство, устройство управления, первый и второй цифровые согласованные фильтры, оперативное запоминающее устройство, первое и второе пороговые устройства, первый и второй блоки вычисления номера отсчета локального максимума, второе вычитающее устройство и блок вычисления путевой координаты центра шпалы. Технический результат изобретения заключается в снижении вероятности ложных срабатываний при отличии среднего уровня щебня между шпалами от уровня их верхних поверхностей не более чем на 2-3 см. 1 ил.

Устройство для определения положения шпал рельсового пути, содержащее бесконтактное считывающее устройство, выполняющее измерения вертикальной дальности до элементов железнодорожного пути, прибор для измерения пройденного расстояния и устройство управления, причем выход прибора для измерения пройденного расстояния подключен к входу устройства управления, отличающееся тем, что выход бесконтактного считывающего устройства соединен с входом аналого-цифрового преобразователя; выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого вычитающего устройства, второй вход первого вычитающего устройства соединен с устройством управления; выход первого вычитающего устройства параллельно подключен к сигнальным входам первого и второго цифровых согласованных фильтров, на входы весовых коэффициентов которых с устройства управления поступают соответственно векторы отсчетов их импульсных характеристик g_сф1 и g_сф2, соответствующие моментам времени «щебень-шпала» и «шпала-щебень» соответственно, при этом вход устройства управления подключен к выходу прибора для измерения пройденного расстояния, а вычисленные устройством управления векторы отсчетов импульсных характеристик хранятся в оперативном запоминающем устройстве; выходы первого и второго цифровых согласованных фильтров подключены соответственно к входам первого и второго пороговых устройств, пороговые значения на которые поступают из устройства управления, и к первым входам первого и второго блоков вычисления номеров отсчетов локальных максимумов, вторые входы подключены к выходам первого и второго пороговых устройств соответственно; выходы первого и второго блоков вычисления номеров отсчетов локальных максимумов соединены соответственно с первым и вторым входами второго вычитающего устройства, а выход второго вычитающего устройства соединен с входом блока вычисления путевой координаты центра шпалы.