Определение саморасцепа железнодорожного состава

Авторы патента:


Определение саморасцепа железнодорожного состава
Определение саморасцепа железнодорожного состава
Определение саморасцепа железнодорожного состава
Определение саморасцепа железнодорожного состава

 

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2619148:

ОПТАСЕНС ХОЛДИНГЗ ЛИМИТЕД (GB)

Раскрыты способ и устройство для определения саморасцепа железнодорожного состава, когда один или более железнодорожных вагонов/пассажирских вагонов (401) случайно расцепляются от остальной части железнодорожного состава. Способ заключает в себе выполнение распределенного акустического считывания на оптическом волокне (104a, 104b), развернутом вдоль длины железной дороги, чтобы предоставлять множество продольных акустических считывающих частей вдоль железной дороги (201). Акустический отклик анализируется, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава. Для этого осуществляют определение акустических событий (302, 303), связанных с различными частями железнодорожного состава, и определение, когда разделение между двумя событиями превышает пороговую величину. Повышается достоверность определения саморасцепа. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к определению саморасцепа секций железнодорожного состава на железной дороге и, в частности, к способам и устройствам для определения саморасцепа/разрыва железнодорожного состава с использованием волоконно-оптического распределенного акустического считывания.

Саморасцеп железнодорожного состава, иногда называемый разрывом железнодорожного состава либо "разъединением", может возникать, когда один или более пассажирских вагонов или вагонов железнодорожного состава становятся случайно расцепленными от остальной части пассажирских вагонов/вагонов и/или локомотива. Это может происходить во время движения железнодорожного состава, т.е. когда железнодорожный состав движется, например, вследствие отказа механизма сцепки.

Во многих конструкциях железнодорожного состава каждый вагон или пассажирский вагон может содержать собственный набор тормозов, и тормозная система может быть выполнена с возможностью активировать отказоустойчивый режим работы. Например, известны воздушные тормоза, в которых сжатый воздух предоставляется из локомотива через рукава, соединяющие вагоны между собой, и в случае падения давления воздуха, которое возникает, если два вагона должны расцепляться, тормоза в обеих секциях саморасцепленного железнодорожного состава должны автоматически применяться с использованием сжатого воздуха, накопленного в резервуаре в каждом вагоне. Таким образом, обе секции саморасцепленного железнодорожного состава автоматически должны принудительно останавливаться.

Тем не менее, в некоторых операциях на железной дороге не могут использоваться отказоустойчивые тормозные системы. Также возможно то, что отказоустойчивая тормозная система может быть недоступной для всего железнодорожного состава и/или может быть неисправной. Например, в воздушной тормозной системе, упомянутой выше, утечка при протекании сжатого воздуха, например, вследствие одного или более поврежденных или некорректно управляемых клапанов потенциально может означать, что вагоны в первой части железнодорожного состава принимают подачу под высоким давлением, а вагоны во второй части железнодорожного состава вообще не имеют подачи или имеют только подачу под низким давлением. Следовательно, резервуары сжатого воздуха в вагонах второй части железнодорожного состава не могут находиться под достаточным давлением для того, чтобы применять тормоза. Хотя это должно означать то, что задняя часть железнодорожного состава может не иметь тормозов, это может быть незаметно в длинносоставном железнодорожном составе. Саморасцеп железнодорожного состава, вытекающий из расцепления во второй секции железнодорожного состава, следовательно, не будет приводить к использованию отказоустойчивого режима работы.

Если саморасцеп железнодорожного состава возникает при отсутствии отказоустойчивого режима работы, саморасцеп железнодорожного состава не может быть легко определимым посредством поездной бригады железнодорожного состава, в частности, в случае длинносоставных грузовых железнодорожных составов, которые могут иметь любую длину от нескольких сотен метров вплоть до километров.

Безусловно, необнаруженный саморасцеп железнодорожного состава может представлять серьезную опасность. Расцепленная секция может замедляться вплоть до останова на линии, при этом она представляет неизвестную опасность на линии. Тем не менее, расцепленная задняя секция может иметь значительное количество движения и в силу этого может продолжать ехать еще некоторое расстояние. Если относительная скорость расцепленной секции по сравнению с приводимой секцией железнодорожного состава увеличивается, что может происходить, если приводимая секция железнодорожного состава замедляется, и/или расцепленная секция разгоняется под уклон, расцепленная секция может ударяться о заднюю часть остальной части железнодорожного состава, возможно нанося ущерб железнодорожному составу и с возможным риском крушения. В некоторых случаях расцепленная секция может ударяться о приводимую секцию, накатываться, еще больше разгоняться и снова ударяться. Альтернативно, если расцепленная секция едет в подъем, она может замедляться и затем изменять направление и становиться скатывающейся частью, едущей в направлении, из которого она поступила.

Известны различные системы для мониторинга и управления железнодорожными составами, которые предоставляют автоматическую защиту железнодорожных составов, но есть множество железнодорожных сетей, которые не работают с такими системами защиты железнодорожных составов. В любом случае такие системы типично не позволяют определять саморасцеп железнодорожного состава и должны требовать определения саморасцепа железнодорожного состава посредством некоторого другого средства, чтобы обеспечивать защиту для саморасцепа железнодорожного состава и всех перевозок по сети.

Например, некоторые системы управления движением железнодорожных составов базируются на предоставлении посредством самого железнодорожного состава позиционной информации, например, на основе одного или более из GPS-определителя местоположения, различных бортовых инерциальных систем управления и/или приемо-передающих устройств для обмена данными с путевыми информационными системами/маркерами положения. Типично различные определители местоположения, датчики или приемо-передающие устройства размещаются в локомотиве или иным способом впереди железнодорожного состава, и в силу этого предоставляют реалистичную информацию только относительно местоположения передней части железнодорожного состава. Положение конца железнодорожного состава в таком случае предполагается из знания числа вагонов железнодорожного состава. При саморасцепе железнодорожного состава, к примеру, как описано выше, передняя часть железнодорожного состава может продолжать двигаться ожидаемым способом без знания машинистом относительно саморасцепа. Следовательно, система управления движением железнодорожных составов должна определять ожидаемое движение передней части железнодорожного состава и не будет обнаруживать каких-либо проблем.

Следовательно, существует потребность в способе и устройстве, которые позволяют определять саморасцеп железнодорожного состава.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, согласно аспекту настоящего изобретения, предусмотрен способ определения саморасцепа железнодорожного состава, содержащий: выполнение распределенного акустического считывания по меньшей мере для одного оптического волокна, развернутого вдоль железной дороги, с тем чтобы предоставлять множество продольных акустических считывающих частей вдоль железной дороги; анализ акустического отклика от упомянутых акустических считывающих частей, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава.

Следовательно, способ этого аспекта настоящего изобретения использует принципы волоконно-оптического распределенного акустического считывания (DAS). Распределенное акустическое считывание представляет собой известный тип считывания, при котором оптическое волокно развертывается в качестве считывающего волокна и многократно опрашивается с помощью электромагнитного излучения, чтобы предоставлять считывание акустической активности по длине. Типично, один или более входных импульсов излучения вводятся в оптическое волокно. Посредством анализа излучения, обратно рассеянного внутри волокна, волокно может эффективно быть разделено на множество дискретных считывающих частей, которые могут быть (но необязательно) смежными. В каждой дискретной считывающей части механические возмущения волокна, например деформации вследствие падающих акустических волн, вызывают изменение свойств излучения, которое обратно рассеивается из этой части. Это изменение может быть определено, и проанализировано, и использовано для того, чтобы предоставлять показатель интенсивности возмущений волокна в этой считывающей части. Таким образом, DAS-датчик фактически выступает в качестве линейной считывающей матрицы акустических считывающих частей оптического волокна. Длина считывающих частей волокна определяется посредством характеристик опрашивающего излучения и обработки, применяемой к сигналам обратного рассеяния, но типично могут использоваться считывающие части порядка от нескольких метров до нескольких десятков метров и т.п. При использовании в этом подробном описании термин "распределенное акустическое считывание" должен считаться означающим считывание посредством оптического опроса оптического волокна для того, чтобы предоставлять множество дискретных акустических считывающих частей, распределенных продольно вдоль волокна, и термин "распределенный акустический датчик" должен интерпретироваться соответствующим образом. Термин "акустический" должен означать любой тип волны давления или механических возмущений, которые могут приводить к изменению деформации на оптическом волокне, и для исключения сомнений термин "акустический" должен считаться включающим в себя ультразвуковые и дозвуковые волны, а также сейсмические волны.

DAS может управляться с возможностью предоставлять множество считывающих каналов по большой длине волокна, например DAS может применяться к участкам волокна до 40 км или более со смежными считывающими каналами длиной порядка 10 м. Таким образом, может отслеживаться большая длина железной дороги, но с дискретизацией с высоким пространственным разрешением. Для длины, превышающей приблизительно 40 км, несколько узлов DAS-датчиков могут быть развернуты с различными интервалами, чтобы предоставлять непрерывный мониторинг любой требуемой длины железной дороги.

Способность определять акустические сигналы по множеству отдельных каналов, которые могут быть смежными по большой длине железной дороги, обеспечивает возможность определения сигналов, указывающих саморасцеп железнодорожного состава, т.е. разрыв железнодорожного состава, как подробнее описано ниже.

Определение сигнатуры, указывающей саморасцеп железнодорожного состава, может заключать в себе определение первого акустического события, связанного с первой частью железнодорожного состава, и второго акустического события, связанного со второй другой частью железнодорожного состава, и определение того, что разделение, т.е. расстояние между первым акустическим событием и вторым акустическим событием, находится за пределами порогового значения. Другими словами, способ может заключать в себе использование акустического отклика от DAS-датчика(ов) для того, чтобы идентифицировать различные части железнодорожного состава. Следует принимать во внимание, что по мере того, как движется железнодорожный состав по железной дороге, он формирует значительный шум в участке колеи, по которому он едет. В настоящем изобретении акустические сигналы, сформированные посредством железнодорожного состава по мере того, как он движется, определяются и используются для того, чтобы отличать различную часть железнодорожного состава. По мере того как движется железнодорожный состав, может быть некоторое изменение расстояния между любыми двумя данными местоположениями в железнодорожном составе (не в одном и том же вагоне/пассажирском вагоне), возникающее в результате нормального режима работы сцепок между вагонами. Тем не менее, для любых двух данных местоположений в железнодорожном составе, величина разделения должна оставаться в пределах диапазона (что зависит от того, насколько разнесены два местоположения, например сколько сцепок может быть между двумя местоположениями). Способ в силу этого может определять то, превышает или нет разделение между двумя частями железнодорожного состава пороговое значение. Пороговое значение, безусловно, должно задаваться на уровне, который превышает величину нормального изменения расстояния, которая может испытываться.

В одном варианте осуществления, способ содержит анализ акустического отклика от акустических считывающих частей, чтобы находить акустический сигнал, указывающий переднюю часть железнодорожного состава, и акустический сигнал, связанный с задней частью железнодорожного состава, и определение расстояния между акустическими сигналами, указывающими переднюю и заднюю части железнодорожного состава.

В этом варианте осуществления, определяются акустические сигналы, связанные с передней и задней частями железнодорожного состава. Это может выполняться посредством анализа акустического отклика от множества акустических считывающих частей, чтобы определять акустический отклик от увеличенной длины волокна, т.е. из множества смежных считывающих частей. Как упомянуто выше, железнодорожный состав должен создавать звук по мере того, как он движется, который должен быть определен посредством считывающих частей волокна рядом с релевантной частью колеи. Все считывающие части рядом с железнодорожным составом должны определять значительный акустический сигнал, и в силу этого положение железнодорожного состава должно показываться в качестве непрерывной области акустического шума. Конечно, следует принимать во внимание, что звук, сформированный посредством железнодорожного состава, также проходит перед передней частью железнодорожного состава и обратно относительно железнодорожного состава, и в силу этого участки волокна впереди и позади железнодорожного состава также должны определять шум вследствие движения железнодорожного состава. Тем не менее, хотя некоторые звуки, связанные с движением железнодорожного состава, к примеру затухающие колебания рельсов, могут проходить на значительное расстояние, такие звуки должны иметь различную характеристику относительно звуков, определенных, когда железнодорожный состав фактически находится рядом со считывающей частью. Таким образом, акустический отклик может быть проанализирован для того, чтобы определять, в общем, непрерывный акустический сигнал, указывающий, что железнодорожный состав находится рядом или совсем близко к считывающим частям. Способ в силу этого может заключать в себе идентификацию начала и конца непрерывных акустических возмущений, указывающих железнодорожный состав.

Следовательно, может обнаруживаться начало и конец акустического отклика от железнодорожного состава. Поскольку развертывание оптического волокна рядом с железной дорогой известно, в силу этого может определяться расстояние между передней и задней частями железнодорожного состава.

Если длина конкретного железнодорожного состава, отслеживаемого в данное время, известна, становится возможным сравнивать определенное расстояние с пороговым значением на основе максимальной ожидаемой длины железнодорожного состава (возможно, включающей в себя некоторый допустимый запас для небольших неточностей при определении передней и задней частей железнодорожного состава). Если длина железнодорожного состава превышает пороговое значение, может определяться событие саморасцепа железнодорожного состава.

Тем не менее, иногда ожидаемая длина или железнодорожный состав может быть неизвестной, либо фактическая длина может отличаться от ожидаемой длины, поскольку другое число вагонов, возможно, фактически присоединено по сравнению с ожидаемым числом. Это не является проблемой в вариантах осуществления настоящего изобретения, поскольку DAS-датчик может предоставлять регулярный мониторинг железнодорожного состава по мере того, как он проходит вдоль отслеживаемого участка колеи. Таким образом, способ может заключать в себе многократное определение расстояния между акустическими сигналами, указывающими переднюю и заднюю части железнодорожного состава, и определение, увеличивается ли упомянутое расстояние за пределы пороговой величины. Таким образом, независимо от того, какова начальная длина железнодорожного состава, могут определяться все изменения расстояния между передней и задней частями железнодорожного состава выше пороговой величины. Таким образом, может определяться саморасцеп железнодорожного состава даже в железнодорожных составах неизвестной номинальной длины. Пороговое значение в силу этого может быть основано на ранее определенном расстоянии между передней и задней частями железнодорожного состава. Другими словами, DAS-система будет предоставлять индикатор относительно общей длины железнодорожного состава по мере того, как он движется на отслеживаемом участке колеи, посредством определения расстояния между акустическими сигналами, связанными с передней и задней частями железнодорожного состава. Если это измеренное расстояние впоследствии увеличивается на неожиданную величину, например длина превышает определенный процент от первоначально измеренной длины, это может указывать событие саморасцепа железнодорожного состава.

Как упомянуто выше, расстояние между передней и задней частями железнодорожного состава должно варьироваться в нормальном режиме работы по мере того, как вагоны либо сближаются (скажем, если железнодорожный состав замедляется или спускается), либо отдаляются (скажем, если железнодорожный состав ускоряется или поднимается). Начальное значение длины железнодорожного состава в силу этого может получаться и сравниваться с последующими значениями длины железнодорожного состава. Может устанавливаться пороговое значение на основе начального значения плюс определенный процент. Если расстояние между передней и задней частями превышает это пороговое значение, может определяться саморасцеп железнодорожного состава. Если железнодорожный состав остается в пределах порогового значения в течение определенного периода времени, дополнительные значения расстояния между передней и задней частями, определенные в промежутке, могут использоваться для того, чтобы уточнять начальное значение и/или пороговое значение. Именно тот факт, что длинный участок колеи может отслеживаться с высоким пространственным разрешением с помощью DAS-системы, например приблизительно 40 км колеи со считывающими частями порядка 10 м по всем этим 40 км, обеспечивает возможность эффективной реализации такого способа.

В одном варианте осуществления, определение акустических сигналов, связанных с передней и задней частями железнодорожного состава соответственно, содержит идентификацию первой считывающей части и последней считывающей части, чтобы определять акустическую сигнатуру, получающуюся из железнодорожного состава, проходящего характерные признаки колеи. В частности, способ может содержать идентификацию акустических сигналов, связанных с колесными парами железнодорожного состава, проходящего характерные признаки колеи. Следует принимать во внимание, что по мере того, как движется железнодорожный состав, формируется множество звуков. Тем не менее, в частности, любые особенности колеи, которые формируют шум по мере того, как колесные пары железнодорожного состава проходят характерный признак, должны формировать характерный повторяющийся шаблон, вытекающий из компоновки колесных пар. Таким образом, например, для колеи на стыках может возникать шум, сформированный, когда колеса проходят от одного участка рельса на другой. Он типично должен формировать акустический сигнал. Когда следующие колесные пары проходят тот же стык, они также должны формировать аналогичный акустический сигнал. Таким образом, акустическая считывающая часть около рельсового стыка должна определять характерный шаблон. Например, рассмотрим железнодорожный состав, имеющий локомотив с двумя передними колесными парами и, после большего промежутка, двумя задними колесными парами. Если железнодорожный состав едет с относительно постоянной скоростью, считывающая часть рядом со стыком или другим характерным признаком колеи может определять четыре различных звука, соответствующие каждой из четырех колесных пар, пересекающих характерный признак поочередно, с двумя звуками относительно близко по времени и затем, после большего промежутка, еще двумя звуками относительно близко по времени. Отличительный повторяющийся шаблон колесных пар, пересекающих характерные признаки колеи, следовательно, может быть использован для того, чтобы определять местоположение железнодорожного состава и идентифицировать переднюю и заднюю части железнодорожного состава посредством идентификации первой и последней считывающих частей, чтобы надежно определять характерные звуки. Тем не менее, в общем, прохождение железнодорожного состава на колее, которая практически не имеет характерных признаков, формирует акустические сигналы, связанные с прохождением колесных пар/осей железнодорожного состава, которые проявляются в качестве относительно интенсивных "выбросов" широкополосного шума в общем акустическом сигнале вследствие прохождения железнодорожного состава.

В дополнение или в качестве альтернативы определению передней и задней частей железнодорожного состава, способ может содержать идентификацию акустических признаков, связанных с отдельными вагонами железнодорожного состава. Таким образом, акустический сигнал, связанный с первым вагоном железнодорожного состава, может определяться и отличаться от акустического сигнала, связанного со вторым вагоном железнодорожного состава. Кроме того, характеристика относительно пересечения посредством колесных пар характерных признаков колеи или общих выбросов широкополосного шума вследствие колесных пар может быть использована для того, чтобы отличать различные вагоны железнодорожного состава.

Считается, что железнодорожный состав состоит из нескольких вагонов с идентичной компоновкой. Каждый из них имеет конкретную компоновку колесных пар. Например, в качестве простого примера, вагон может иметь всего две колесные пары, переднюю и заднюю, которые отделены на первое расстояние, которое фактически является фиксированным. Также предусмотрено разделение между передними и задними колесными парами смежных вагонов. Это второе расстояние, которое может существенно отличаться от первого расстояния, может варьироваться в пределах диапазона по мере того, как движется железнодорожный состав. В качестве аргумента, предположим, что максимальная величина второго расстояния при обычном применении еще меньше первого расстояния. По мере того как последовательность вагонов проходит данный характерный признак колеи, каждая колесная пара должна приводить к формированию аналогичного акустического сигнала. Для железнодорожного состава, едущего с относительно постоянной скоростью, это должно формировать последовательность вхождений отличительного акустического отклика, отделенных посредством промежутков в шаблоне "длинный, короткий, длинный, короткий" и т.д. Длительность длинных промежутков должна быть обоснованно постоянной, тогда как длительность коротких промежутков может незначительно варьироваться. Если такой шаблон определен, можно идентифицировать то, что сигналы, определенные с обеих сторон длинных промежутков, соответствуют колесным парам отдельного вагона, пересекающим характерный признак колеи, тогда как короткие промежутки представляют время между колесными парами смежных вагонов. Таким образом, разделение между вагонами может определяться и отслеживаться в зависимости от порогового значения.

Способ в силу этого может заключать в себе идентификацию акустических сигналов, связанных с колесной парой, проходящей характерный признак колеи, и определение интервала между акустическими сигналами, соответствующими разным колесным парам. Может определяться интервал между акустическими признаками, сформированными посредством колесных пар в одном и том же вагоне, и интервал между характерными признаками, сформированными посредством колесных пар в разных вагонах.

Чтобы определять фактическое расстояние между вагонами, необходимо знать скорость железнодорожного состава. Тем не менее, оно может вычисляться посредством проверки темпа продвижения передней и/или задней части железнодорожного состава, который может быть определен так, как изложено выше. Альтернативно, если длина между осями вагонов известна, расстояние между вагонами может быть определено из сравнения измеренной длительности между вагонами с длительностью между акустическими сигналами вследствие проезда колесных пар одного вагона. После того как расстояние между задней колесной парой одного вагона и передней колесной парой следующего вагона определено, расстояние может сравниваться с максимальным допустимым пороговым значением.

Альтернативно, разделение между вагонами во времени может отслеживаться непосредственно в зависимости от порогового значения времени, которое может регулироваться, например, на основе скорости железнодорожного состава. Альтернативно, способ может заключать в себе определение того, превышает или нет интервал между признаками, сформированными посредством колесных пар в разных вагонах, пороговое значение на основе интервала между колесными парами в одном и том же вагоне. Например, если можно определять время между первой и последней колесными парами одного вагона и известно, что расстояние между колесной парой примыкающих вагонов никогда не должно превышать расстояние между первой и последней колесными парами одного вагона, измеренная длительность для прохождения посредством колесных пар одного вагона характерных признаков колеи может быть использована непосредственно для того, чтобы определять надлежащее пороговое значение.

На практике, фактическая компоновка колесных пар вагонов может быть более сложной. Например, каждый вагон может иметь переднюю и заднюю тележки, каждая из которых поддерживает две колесные пары. Тем не менее, в общем, для отдельного вагона, следовательно, предусмотрены в целом фиксированные расстояния между разными колесными парами (согласно движению используемых тележек). Также возникает разделение между колесными парами примыкающих вагонов, причем типично маловероятно то, что оно является идентичным разделению между колесными парами в одном и том же вагоне. Таким образом, может выполняться идентичный тип анализа, но, например, с поиском пар акустических сигналов в относительно быстрой последовательности, соответствующей паре колесных пар на тележке, после которых позднее идет другая пара акустических сигналов, представляющих следующую тележку.

Конечно, возможно то, что разделение между колесными парами примыкающих вагонов может быть практически идентичным разделению между колесными парами в данном вагоне. В этом случае может быть невозможным уникально идентифицировать то, какие сигналы соответствуют колесным парам одного и того же вагона, а какие сигналы соответствуют колесным парам смежных вагонов. Тем не менее, относительная длительность по-прежнему может сравниваться между собой и отслеживаться во времени.

Также железнодорожный состав может содержать определенное число разных вагонов, имеющих различные компоновки колес и соединенных между собой в неизвестном порядке. Тем не менее, способ по-прежнему может применяться для того, чтобы определять саморасц железнодорожного состава.

На практике железнодорожный состав должен проходить определенное число характерных признаков колеи вдоль колеи, и каждый из них может быть рядом с различными считывающими частями распределенного акустического датчика. Таким образом, относительная длительность акустических сигналов, определенная, когда железнодорожный состав проходит один характерный признак колеи, может сравниваться с относительной длительностью, определенной посредством другой считывающей части позднее по мере того, как железнодорожный состав проходит другой характерный признак колеи. Фактически, относительный шаблон, полученный в одной части колеи, может сравниваться с относительным шаблоном, полученным в другой части колеи. Изменение скорости движения железнодорожного состава должно влиять на абсолютное разнесение между акустическими сигналами, а не на относительное разнесение. Если определяется существенное изменение, и длительность между двумя частями шаблона акустических сигналов значительно увеличена относительно пропорции с остальной частью шаблона, это может быть индикатором саморасцепа железнодорожного состава.

Рельсовые стыки упомянуты в качестве подходящих характерных признаков колеи. Рельсовые стыки типично отделены на каждые несколько десятков метров, и в силу этого каждый стык может быть расположен рядом с отдельной считывающей частью оптического волокна, причем длина считывающей части составляет примерно порядка 10 м. Это обеспечивает возможность непрерывного мониторинга практически всей длины железнодорожного состава, что также обеспечивает возможность простого определения изменений длительности между событиями вследствие ускорения/замедления железнодорожного состава. Тем не менее, должен быть подходящим любой характерный признак колеи, который реагирует на прохождение железнодорожного состава посредством формирования различных акустических откликов от заданных частей из нескольких различных частей железнодорожного состава.

Следовательно, в общем, способ может заключать в себе идентификацию общих акустических сигналов, определенных посредством DAS-датчика вследствие прохождения железнодорожного состава на отслеживаемом участке колеи. Определенные акустические сигналы вследствие железнодорожного состава затем могут быть проанализированы, чтобы определять последовательность относительно интенсивных широкополосных сигналов, т.е. сигналов в широком диапазоне частот. Обнаружено, что такие сигналы соответствуют сигналам, сформированным посредством колесных пар железнодорожных составов, и в силу этого могут быть использованы для того, чтобы идентифицировать колесные пары/оси железнодорожного состава. Посредством идентификации сигналов вследствие колесных пар железнодорожного состава по мере того, как он движется по колее, любые события саморасцепа железнодорожного состава, т.е. разрыв железнодорожного состава, могут быть легко определены посредством проверки разделения по расстоянию (или по времени) между сигналами вследствие колесных пар.

Следует отметить, что в прошлом использовались датчики деформации для вариантов применения подсчета числа осей, например, для определения того, покинул или нет железнодорожный состав полностью участок колеи (к примеру, железнодорожный переезд). Варианты осуществления настоящего должны обеспечивать возможность подсчета числа осей, но подсчет числа осей, в общем, применяется в фиксированном местоположении и требует знания числа осей железнодорожного состава. Варианты осуществления настоящего изобретения используют акустическое считывание для того, чтобы непрерывно определять сигналы вследствие прохождения колесных пар вдоль отслеживаемого участка колеи и определять расстояние между сигналами вследствие прохождения колесных пар по мере того, как движется железнодорожный состав. Это существенно отличается от подсчета числа осей.

При использовании оптическое волокно может быть развернуто рядом с колеей. По меньшей мере часть оптического волокна может быть заглублена вдоль пути колеи. Оптическое волокно, которое используется, может быть частью инфраструктуры связи, которая уже проложена рядом с колеей, либо оно может быть установлено специально для распределенного акустического считывания. Дополнительно или альтернативно по меньшей мере часть оптического волокна может быть присоединена к колее. Заглубленное оптическое волокно защищается от воздействия окружающей среды и может оставаться на месте в течение многих лет без необходимости технического обслуживания. Хотя земля может предоставлять некоторое ослабление акустических сигналов, по-прежнему могут определяться хорошие сигналы. Тем не менее, волокно, присоединенное к части колеи, например присоединенное к рельсу, может позволять определять дополнительные сигналы и может позволять обеспечивать лучшее различение в некоторых вариантах применения.

По меньшей мере часть оптического волокна может быть развернута смежно с множеством смежных колей. Другими словами, по меньшей мере часть оптического волокна может проходить вдоль двух или более рельсовых линий параллельно. В этом случае распределенное акустическое считывание может предоставлять определение саморасцепа железнодорожного состава для железнодорожных составов, едущих по двум или более параллельным колеям. Если движения железнодорожного состава известны заранее, то конкретная отслеживаемая колея должна быть очевидной из контекста, т.е. времени и местоположения вдоль путей акустических сигналов. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления, способ может идентифицировать то, по какой из множества смежных колей едет железнодорожный состав. Предусмотрено множество способов, которыми может быть идентифицирована конкретная колея. Если местоположение по меньшей мере некоторых характерных признаков колеи варьируется для колеи так, что релевантные считывающие части волокна, которые находятся рядом с признаками колеи, отличаются для каждой колеи, то прохождение железнодорожного состава на данной колее должно быть идентифицируемым из местоположения акустических откликов к таким признакам.

Дополнительно или альтернативно, характеристика акустических сигналов, сформированных посредством прохождения железнодорожного состава, может быть проанализирована, чтобы определять поперечное смещение от волокна к источнику сигналов. Это может выполняться посредством определения времени поступления данного акустического воздействия в других частях считывающего волокна. Разница во времени поступления между считывающими частями должна варьироваться в зависимости от степени поперечного смещения. Таким образом, отличительный сигнал, к примеру, при выдаче гудка железнодорожном составом, может быть определен в нескольких различных считывающих частях, и может определяться разница во времени поступления. Альтернативно, может использоваться любой подходящий отличительный акустический сигнал. Дополнительно или альтернативно, сигналы могут быть проанализированы, чтобы определять темп изменения доплеровского сдвига в любом сигнале относительно постоянной частоты. Максимальный темп изменения доплеровского сдвига должен зависеть от того, насколько близко считывающая часть находится к источнику звука постоянной частоты.

В случае, если определяется саморасцеп железнодорожного состава, способ может содержать идентификацию местоположения разрыва железнодорожного состава. Если способ заключается в мониторинге передней и задней частей железнодорожного состава, способ может идентифицировать общее местоположение разрыва с точки зрения местоположения задней части для расцепленной части железнодорожного состава. Если способ заключает в себе мониторинг акустических сигналов в ответ на характерные признаки колеи, может идентифицироваться и отслеживаться фактическая секция расцепленного железнодорожного состава. Способ также может включать в себя формирование аварийного сигнала, который может включать в себя по меньшей мере одно из видео- и/или звукового аварийного сигнала в диспетчерской или оповещения в диспетчерскую. Автоматическая сигнализация может осуществляться для того, чтобы не допускать продвижения других железнодорожных составов на одной и той же линии, и если расцепленная секция скатывается, то оповещения могут отправляться на переезды и станции на линии. Машинист железнодорожного состава, который саморасцепился, также может быть автоматически уведомлен по радиостанции. В случае, если расцепленная часть железнодорожного состава по-прежнему едет в одном и том же направлении, машинист может иметь возможность постепенно уменьшать скорость, чтобы не допускать столкновения с высоким количеством движения и медленно принудительно останавливать обе секции железнодорожного состава.

В некоторых реализациях, диспетчерская должна принимать данные из множества DAS-датчиков, развернутых вдоль железнодорожной сети, и обрабатывать возвраты, чтобы определять разрыв железнодорожного состава. Таким образом, в другом аспекте изобретения предусмотрен способ определения саморасцепа железнодорожного состава, содержащий: прием измерительных сигналов, соответствующих определенным акустическим сигналам из множества местоположений вдоль железной дороги; и анализ измерительных сигналов, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава.

Способ этого аспекта изобретения предлагает полностью идентичные преимущества и может быть использован идентично первому аспекту изобретения. В частности, измерительные сигналы получаются посредством выполнения распределенного акустического считывания на оптическом волокне, развернутом вдоль железной дороги. Может использоваться любой тип матрицы акустических датчиков, в которой множество датчиков развертываются вдоль железной дороги, но DAS предлагает относительно дешевый и надежный способ предоставления акустического датчика для больших непрерывных длин, который не требует большого числа отдельных датчиков с отдельным потреблением мощности и необходимостью технического обслуживания. Таким образом, DAS является практическим способом предоставления акустического считывания вдоль железной дороги таким способом, который в иных случаях не является практическим.

Изобретение также относится к компьютерной программе для осуществления способа, как описано выше.

В общем, настоящее изобретение относится к использованию волоконно-оптического распределенного акустического считывания для того, чтобы определять разрыв железнодорожного состава.

В другом аспекте, предусмотрена система для определения разрыва железнодорожного состава, содержащая: контроллер, сконфигурированный с возможностью: принимать измерительные сигналы по меньшей мере из одного распределенного акустического считывающего узла, сконфигурированного с возможностью осуществлять распределенное акустическое считывание по меньшей мере для одного оптического волокна, развернутого вдоль железной дороги, с тем чтобы предоставлять множество продольных акустических считывающих частей вдоль железной дороги; и анализировать акустический отклик от упомянутых акустических считывающих частей, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава.

Система может работать аналогично тому, как описано выше относительно способа, и может быть реализована в любом из описанных вариантов осуществления. Система может включать в себя по меньшей мере один распределенный акустический считывающий узел.

Изобретение также относится к компьютерной системе, выполненной с возможностью осуществлять способ, описанный выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение описывается только в качестве примера относительно следующих чертежей, на которых:

Фиг. 1 иллюстрирует традиционный DAS-датчик;

Фиг. 2 иллюстрирует то, как DAS-датчик может быть развернут вдоль железной дороги;

Фиг. 3 иллюстрирует отклик DAS-системы на железнодорожный состав, движущийся по железной дороге;

Фиг. 4 иллюстрирует то, как акустические сигналы могут быть многократно использованы для того, чтобы определять относительные местоположения частей железнодорожного состава; и

Фиг. 5 показывает акустический сигнал, определенный посредством DAS-датчика из железнодорожного состава, проходящего по отслеживаемому участку колеи.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает схематический вид компоновки распределенного волоконно-оптического считывания. Длина считывающего волокна 104 соединяется с возможностью разъединения на одном конце с опрашивающим устройством 106. Выходной сигнал из опрашивающего устройства 106 передается в процессор 108 сигналов, который может располагаться совместно с опрашивающим устройством или может быть удаленным от него, и необязательно пользовательский интерфейс/графический дисплей 110, который на практике может быть реализован посредством надлежащего специализированного PC. Пользовательский интерфейс может располагаться совместно с процессором сигналов или может быть удаленным от него.

Считывающее волокно 104 может иметь длину во множество километров и может иметь длину, например, в 40 км или более. Считывающее волокно может быть стандартным немодифицированным одномодовым оптическим волокном, к примеру, которое обычно используется в приложениях связи, без необходимости намеренно вводимых узлов отражения, таких волоконная брэгговская решетка и т.п. Возможность использовать немодифицированную длину стандартного оптического волокна для того, чтобы предоставлять считывание, означает то, что может использоваться недорогое легкодоступное волокно. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления волокно может содержать волокно, которое изготовлено таким образом, что оно является чрезвычайно чувствительным к падающим вибрациям. Волокно должно быть защищено посредством его заключения в кабельную конструкцию. При использовании волокно 104 развертывается в интересующей области, которая должна отслеживаться, которая в настоящем изобретении может располагаться вдоль пути железной дороги, как описано.

При работе опрашивающее устройство 106 возбуждает опрашивающее электромагнитное излучение, которое, например, может содержать последовательность оптических импульсов, имеющих выбранный частотный шаблон, в считывающем волокне. Оптические импульсы могут иметь такой частотный шаблон, как описано в публикации патента (Великобритания) GB2442745, содержимое которой настоящим содержится по ссылке в данном документе, хотя также известны и могут быть использованы DAS-датчики, базирующиеся на одном опрашивающем импульсе. Следует отметить, что при использовании в данном документе термин "оптический" не ограничивается видимым спектром, и оптическое излучение включает в себя инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Как описано в GB2442745, явление рэлеевского обратного рассеяния приводит к отражению некоторой части света, входящего в волокно, обратно к опрашивающему устройству, в котором оно обнаруживается, чтобы предоставлять выходной сигнал, который представляет собой акустические возмущения около волокна. Следовательно, опрашивающее устройство для удобства содержит по меньшей мере один лазер 112 и по меньшей мере один оптический модулятор 114 для формирования множества оптических импульсов, разделенных посредством известной разности оптических частот. Опрашивающее устройство также содержит по меньшей мере один фотодетектор 116, сконфигурированный с возможностью определять излучение, которое подвергается рэлеевскому обратному рассеянию от собственных узлов рассеяния в волокне 104. DAS-датчик на основе рэлеевского обратного рассеяния является очень полезным в вариантах осуществления настоящего изобретения, но также известны и могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения системы на основе бриллюэновского или рамановского рассеяния.

Сигнал из фотодетектора обрабатывается посредством процессора 108 сигналов. Процессор сигналов легко демодулирует возвращаемый сигнал на основе разности частот между оптическими импульсами, например, как описано в GB2442745. Процессор сигналов также может применять алгоритм развертывания фазы, как описано в GB2442745. За счет этого может отслеживаться фаза обратно рассеянного света из различных участков оптического волокна. Следовательно, могут определяться все изменения фактической оптической длины пути в данном участке волокна, к примеру, обусловленные падающими волнами давления, вызывающими деформацию на волокне.

Форма оптического ввода и способ обнаружения обеспечивают пространственное разрешение одного непрерывного волокна в дискретные продольные считывающие участки. Иными словами, акустический сигнал, считываемый на одном считывающем участке, может предоставляться практически независимо от считываемого сигнала на смежном участке. Такой датчик может рассматриваться в качестве полностью распределенного или внутреннего датчика, поскольку он использует собственное рассеяние, обрабатываемое внутренне в оптическом волокне, и в силу этого распределяет функцию считывания по всему оптическому волокну. Пространственное разрешение считывающих частей оптического волокна, например, может составлять приблизительно 10 м, что, скажем, для непрерывной длины волокна порядка 40 км предоставляет приблизительно 4000 независимых акустических каналов и т.п., развернутых вдоль 40 км железной дороги. Это позволяет предоставлять фактически одновременный мониторинг всего 40-километрового участка колеи. При применении к мониторингу железнодорожного состава отдельные считывающие части могут иметь длину порядка 10 м или меньше.

Поскольку считывающее оптическое волокно является относительно недорогим, считывающее волокно может быть развернуто в местоположении на постоянной основе, поскольку затраты на оставление волокна на месте не являются значительными. Волокно может быть развернуто рядом с колеей и, например, может быть заглублено рядом с участком колеи.

Фиг. 2 иллюстрирует участок железнодорожной колеи 201 с оптическим волокном, заглубленным рядом с колеей. Как упомянуто выше, волоконно-оптическое считывание может выполняться для участков волокна порядка 40-50 км. Тем не менее, для некоторых DAS-датчиков может быть затруднительным надежно считывать за пределами приблизительно 50 км вдоль волокна. Длина в 40-50 км может быть достаточной для того, чтобы отслеживать требуемый участок колеи, скажем, между главными станциями, и другие волокна могут быть развернуты, чтобы отслеживать другие участки колеи. Для очень длинных колей может быть необходимым объединять в цепочку несколько DAS-датчиков. Фиг. 2 иллюстрирует один модуль 106 опрашивающего устройства, сконфигурированный с возможностью отслеживать одно оптическое волокно 104a, развернутое вдоль одной части колеи, и другое оптическое волокно 104b, развернутое вдоль другой длины колеи. Модуль опрашивающего устройства может размещать два лазера и детектора и т.д., т.е. специализированные компоненты для каждого волокна, либо лазер и, возможно, детектор могут быть мультиплексированы между двумя волокнами. Скажем, после 40 км волокна 104b может быть развернуто другое волокно, которое отслеживается посредством другого модуля опрашивающего устройства. Таким образом, может быть приблизительно 80 км и т.п. между модулями опрашивающего устройства.

При использовании опрашивающее устройство работает так, как описано выше, чтобы предоставлять последовательность смежных каналов акустического считывания вдоль пути колеи. При использовании акустические сигналы, сформированные посредством железнодорожного состава 202 при движении по колее 201, могут быть определены и проанализированы, чтобы определять саморасцеп железнодорожного состава. DAS-датчик за счет этого предоставляет систему мониторинга, которая позволяет отслеживать большие длины колеи с высоким пространственным разрешением. Как упомянуто, длина считывающих частей может составлять порядка нескольких метров. Тем не менее, развертывание датчика заключает в себе просто прокладку волоконно-оптического кабеля вдоль пути колеи, и в некоторых случаях подходящие оптоволокна уже могут существовать.

Поскольку значительная длина колеи может отслеживаться посредством смежных считывающих частей волокна, может быть относительно несложно определять движение железнодорожного состава по колее. Безусловно, движение железнодорожного состава будет создавать диапазон шумов: шум от двигателя локомотива, шумы от вагонов железнодорожного состава и сцепок и шумы от колес на колее. Акустические сигналы являются наиболее сильными около железнодорожного состава, и в силу этого при проверке интенсивности сигналов, определенных посредством датчика, возвраты из считывающих частей волокна рядом с текущим положением железнодорожного состава должны демонстрировать относительно высокую акустическую интенсивность. Как проиллюстрировано на фиг. 3, которая иллюстрирует определенную акустическую интенсивность согласно каналу DAS-датчика, положение железнодорожного состава в силу этого может, в общем, определяться посредством определения непрерывных акустических возмущений относительно высокой интенсивности.

Следовательно, можно пытаться оценивать положение передней и задней частей железнодорожного состава посредством определения того, где непрерывные возмущения начинаются 302 и завершаются 303. Посредством мониторинга положения передней и задней частей железнодорожного состава по мере того, как он движется, могут быть определены все изменения общей длины железнодорожного состава, и если изменение длины превышает пороговую величину, может определяться саморасцеп железнодорожного состава. Следует понимать, что должна возникать определенная величина изменения длины железнодорожного состава, поскольку сцепки спроектированы с возможностью обеспечивать определенную степень относительного перемещения между вагонами, например, для амортизации. Таким образом, в длинносоставном грузовом железнодорожном составе могут быть заметные изменения разделения между передней и задней частями железнодорожного состава в нормальном режиме работы. Тем не менее, если сцепка разрешает относительное перемещение самое большее на 5% от длины среднего вагона, то, безусловно, изменение длины порядка 10% может указывать разрыв железнодорожного состава. Таким образом, настоящее изобретение позволяет отслеживать разделение передней и задней частей железнодорожного состава во времени для того, чтобы определять изменение длины выше пороговой величины. Если определяется такое изменение длины, может определяться разрыв железнодорожного состава.

Следует отметить, что необязательно знать точную длину железнодорожного состава или компоновку вагонов, которые составляют железнодорожный состав, хотя эта информация при наличии может быть использована для того, чтобы обеспечивать дополнительную точность. Длина железнодорожного состава может быть определена посредством мониторинга начального разделения передней и задней частей железнодорожного состава в течение периода времени. Например, допустим, что железнодорожный состав выезжает со станции на отслеживаемый участок колеи. Точная длина железнодорожного состава неизвестна, но в некоторых сценариях можно предположить, что разрыв железнодорожного состава замечен на станции. Передняя часть железнодорожного состава отслеживается вдоль отслеживаемого участка колеи, и, как только весь железнодорожный состав находится на отслеживаемом участке, может получаться положение задней части железнодорожного состава и в силу этого начальное значение разделения между передней и задней частями. По мере того как продолжает двигаться железнодорожный состав, должны непрерывно отслеживаться положение передней и задней частей и получаться дополнительные значения разделения передней и задней частей. Если эти значения остаются в пределах заданного диапазона (скажем, например, в пределах 5%), то со временем начальное значение для саморасцепа может быть уточнено в среднее значение. Начальное или уточненное среднее значение может быть использовано для того, чтобы задавать пороговое значение, например, в 10% разделения, и, если обнаружено, что определенное разделение изменяется более чем на пороговую величину, может определяться событие саморасцепа железнодорожного состава.

Как проиллюстрировано на фиг. 3, может быть возможным определять положение передней или задней части железнодорожного состава просто посредством проверки профиля интенсивности считывающих частей и идентифицировать начало и конец, в общем, непрерывных акустических возмущений выше определенной интенсивности. Тем не менее, общий шум, связанный с движением железнодорожного состава, может проходить в направлении от железнодорожного состава, и скорость звука, особенно вдоль рельсов, должна намного превышать скорость движения железнодорожного состава.

Таким образом, в одном варианте осуществления отличительный звук, связанный с железнодорожным составом, проходящим характерные признаки колеи, может быть использован для того, чтобы определять, в каком месте находятся части железнодорожного состава. Например, в колее на стыках, в которой существуют промежутки между участками рельса, может формироваться шум в колесе, проходящем от одного участка рельса на следующий. Это должно создавать шум относительно высокой интенсивности и относительно небольшой длительности. Повторяющийся шаблон таких шумов затем должен возникать вследствие прохождения разных колесных пар по одному и тому же стыку. Следует отметить, что любой характерный признак колеи, который приводит к акустическому отклику от колесной пары, формирует такой повторяющийся шаблон акустических сигналов. Он может представлять собой рельсовое сочленение, рельсовый стык, рельсовую сварку и т.п. либо неисправность на рельсе. Следует понимать, что рельсовые стыки имеют тенденцию возникать каждые несколько десятков метров колеи. Таким образом, типично предусмотрен самое большее один рельсовый стык в расчете на 10-метровую считывающую часть волокна, что обеспечивает возможность определения отклика одного характерного признака колеи посредством отдельной считывающей части.

Фиг. 4a иллюстрирует этот принцип. Фиг. 4a показывает часть железнодорожного состава, содержащую три аналогичных сцепленных вагона 401, например крытых грузовых вагона, на железнодорожной колее 201. Каждый вагон 401 имеет переднюю тележку, поддерживающую две колесных пары, и заднюю тележку, поддерживающую две колесных пары.

Как проиллюстрировано, расстояние между осями колесных пар передней тележки составляет d1, и в этом примере идентичное разнесение применяется к задней тележке. Расстояние между внутренними осями передних и задних тележек на вагоне составляет d2. Номинальное расстояние между последней осью одного вагона и первой осью следующего вагона составляет d3. В этом примере d2>d3>d1, хотя специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что другие компоновки являются возможными.

Фиг. 4a показывает эту секцию железнодорожного состава, движущегося в направлении признака 402 на колее, например рельсового стыка, что должно приводить к акустической сигнатуре по мере того, как колесная пара движется по нему. Если железнодорожный состав движется с постоянной скоростью, в результате должна получаться последовательность различных акустических сигналов, как показано на фиг. 4b. Фиг. 4b показывает интенсивность в зависимости от времени (с игнорированием фонового шума общего движения железнодорожного состава для простоты). В определенное время возникает первый акустический сигнал, после которого позднее на время T1 идет второй сигнал. Эти сигналы соответствуют колесным парам передней тележки переднего вагона. Далее предусмотрен промежуток T2 перед другой парой сигналов, отделенной посредством T1. Это соответствует фактическому времени для продвижения задней части первого вагона к признаку 402 и прохождения колесных пар задней тележки. Далее предусмотрен промежуток T3 до того, как передняя тележка второго вагона достигает характерного признака.

Следовательно, можно видеть, что считывающая часть около признака 402 должна определять повторяющийся шаблон акустических сигналов по мере того, как колеса проходят признак в этом местоположении. Это обеспечивает возможность определения того факта, что колеса железнодорожного состава проходят это местоположение.

Конечно, возможно то, что акустический сигнал из колес признак может проходить к следующей считывающей части. С учетом уровня общего шума сигналы из данного характерного признака колеи могут быть определимыми только посредством считывающих частей около этого признака. Если какие-либо сигналы распространяются на относительно большие расстояния и в силу этого определяются посредством нескольких считывающих частей, может определяться время поступления в других частях с тем, чтобы определять самое раннее время поступления, которое, очевидно, соответствует ближайшей считывающей части к этому признаку. Таким образом, посредством анализа сигналов, определенных посредством считывающих частей в передней и задней частях непрерывной последовательности возмущений, проиллюстрированной на фиг. 3, может определяться считывающая часть, которая определяет звуки колесных пар передней или задней части железнодорожного состава.

Тем не менее, повторяющийся шаблон акустических сигналов, показанный на фиг. 4b, может быть использован для того, чтобы определять то, каким колесным парам соответствуют сигналы, и в силу этого относительное саморасцепление вагонов. Как упомянуто выше, шаблон состоит из сигналов, имеющих последовательные промежутки T1, T2, T1, T3, T1, T2 и т.д., где T2>T3>T1. Следует принимать во внимание, что пары сигналов, отделенных посредством T1, соответствуют двум колесным парам тележки. При условии, что промежуток T2 превышает промежуток T3, можно предположить, что промежуток T2 соответствует промежутку между тележками отдельного вагона, а промежуток T3 соответствует промежутку между вагонами. При условии, что вагоны являются идентичными, и компоновка колес известна, это может быть легко верифицировано посредством прослушивания еще нескольких последовательностей. При условии, что скорость движения железнодорожного состава является относительно постоянной (и типично длинносоставный железнодорожный состав типа, который может наиболее предпочтительно отслеживаться, не имеет высокого ускорения или замедления), промежуток между тележками в идентичном вагоне должен быть относительно постоянным, тогда как промежуток между вагонами может варьироваться.

Следовательно, это может быть использовано для того, чтобы определять саморасцеп железнодорожного состава. Фиг. 4c иллюстрирует железнодорожный состав с последним вагоном, расцепленным и поданным назад относительно остальной части железнодорожного состава. Фиг. 4d затем показывает акустические сигналы, которые могут определяться. В этом случае промежуток между несколькими первыми определенными акустическими сигналами может демонстрировать идентичный относительный шаблон с длительностями (относительно друг друга) между акустическими сигналами в T1, T2, T1, T3, T1, T2 соответственно, причем T2>T3>T1. Из этой последовательности можно сделать вывод, что T1 обусловлено промежутком между колесными парами тележки, T2 обусловлено промежутком между тележками на одном вагоне, а T3 обусловлено промежутком между первым и вторым вагонами. Тем не менее, следующие сигналы возникают только после промежутка T4, который превышает T2 и T3. На этой стадии в последовательности известно, что T4 обусловлено промежутком между вторым и третьим пассажирскими вагонами. Длительность T4 в силу этого может сравниваться с пороговым значением, которое может быть основано на длительности T3 (или фактически на длительностях T1 или T2), и можно определять то, что длительность T4 превышает длительность. В этом случае это указывает то, что соответствующее расстояние d4 между тележками второго и третьего вагонов превышает нормальное максимальное расстояние, что указывает на то, что вагоны стали расцепленными.

Вышеприведенный анализ предполагает определенное знание того, что все вагоны являются одинаковыми, так что в силу этого большая длительность T4 не обусловлена более длинной сцепкой, либо фактически T2 обусловлена сцепкой между вагонами, причем T3 представляет короткий вагон, а T4 - более длинный вагон. Тем не менее, способ может применяться даже без знаний компоновки железнодорожного состава посредством сравнения отклика при прохождении железнодорожным составом одного характерного признака колеи с откликом при более позднем прохождении железнодорожным составом другого признака железнодорожного состава. В этом случае скорость движения железнодорожного состава, возможно, варьируется при изменении абсолютной длительности, но относительная длительность между акустическими сигналами должна быть практически неизменной (что обеспечивает возможность нормального перемещения сцепки). Таким образом, шаблоны могут нормализоваться и сравниваться, и любое изменение выше порогового значения может использоваться для того, чтобы указывать саморасцеп железнодорожного состава.

В общем, акустический сигнал, определенный из железнодорожного состава посредством DAS-датчика, следовательно, должен формировать относительно интенсивный акустический сигнал, который должен быть определен посредством считывающих частей DAS-датчика около железнодорожного состава. В этом общем сигнале должна возникать последовательность идентифицируемых акустических сигналов, соответствующих колесным парам/осям железнодорожного состава. Эти сигналы типично должны быть относительно интенсивными широкополосными сигналами. Фиг. 5 показывает акустические сигналы, записанные посредством нескольких каналов DAS-датчика, полученных из считывающего волокна рядом с железнодорожной колеей, когда прошел железнодорожный состав. Можно видеть, что существует четкий акустический сигнал, определенный посредством нескольких смежных каналов DAS-датчика, который соответствует железнодорожному составу. Можно видеть, что этот сигнал является относительно четко определенным с точки зрения переднего и заднего фронтов сигналов высокой интенсивности. Он может быть использован, в общем, для того, чтобы определять положение передней и задней частей железнодорожного состава, и в силу этого может определяться общая длина железнодорожного состава, как пояснено выше.

Присутствие повторяющейся последовательности выбросов широкополосного шума также очевидно. Эти сигналы обусловлены прохождением колесных пар/осей железнодорожного состава по колее. Эти сигналы являются определимыми вследствие высокого пространственного разрешения DAS-датчика и способности DAS-датчика определять акустические сигналы в диапазоне частот из большой длины колеи.

DAS-датчик согласно вариантам осуществления настоящего изобретения в силу этого может быть выполнен с возможностью анализировать акустические сигналы, чтобы определять такие выбросы широкополосного шума. Из определения таких выбросов широкополосного шума железнодорожный состав эффективно отслеживается по всей длине по мере того, как он движется по колее. Таким образом, разделение между такими сигналами может отслеживаться, чтобы определять увеличение разделения, превышающее определенную величину, например превышающую заданное процентное отношение, чтобы определять событие незапланированного саморасцепа железнодорожного состава.

Если определяется событие саморасцепа железнодорожного состава, может выдаваться начальное предварительное оповещение, которое инициирует некоторые начальные меры предосторожности в то время, пока подтверждается саморасцеп, например, посредством дополнительного отслеживания железнодорожного состава. С машинистом также можно контактировать на предмет проверки того, может ли он подтверждать или отрицать саморасцеп железнодорожного состава. Например, может применяться незначительное ускорение, чтобы проверять то, увеличивается или нет определенный избыточный саморасцеп. После того как определяется саморасцеп железнодорожного состава, точное оповещение может формироваться в диспетчерской для управления движением железнодорожных составов. С машинистом можно контактировать на предмет того, чтобы принудительно управляемо останавливать железнодорожный состав, чтобы пытаться плавно останавливать расцепленную секцию. Если расцепленная секция отдельно принудительно останавливается, положение на колее может быть отмечено, и другие железнодорожные составы управляются так, чтобы избегать этого участка колеи до тех пор, пока опасность не будет устранена. Если расцепленная секция начинает скатываться, например, посредством отката под уклон, железнодорожные составы, станции, переезды и т.д. на линии могут быть уведомлены и предприняты меры предосторожности.

В момент, когда движется расцепленная секция, она может отслеживаться с использованием идентичных технологий, как пояснено, в общем, выше.

Следовательно, использование DAS обеспечивает возможность определения саморасцепа железнодорожного состава. Когда определяется саморасцеп железнодорожного состава, местоположение является легкодоступным, и могут приниматься надлежащие меры предосторожности. Движение расцепленной секции может отслеживаться, как и других железнодорожных составов в отслеживаемой сети, до тех пор, пока расцепленная секция не будет безопасно восстановлена.

DAS является, в частности, применимым к такому мониторингу, поскольку оно предоставляет недорогой непрерывный мониторинг больших длин железной дороги притом, что требуется предоставление данных из смежных считывающих частей по всей длине железной дороги.

1. Способ определения саморасцепа железнодорожного состава, содержащий этапы, на которых:

- выполняют распределенное акустическое считывание на по меньшей мере одном оптическом волокне, развернутом вдоль длины железной дороги, с тем, чтобы предоставлять множество продольных акустических считывающих частей вдоль железной дороги;

- анализируют акустический отклик от упомянутых акустических считывающих частей, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава,

при этом упомянутое определение упомянутой сигнатуры содержит этап, на котором определяют первое акустическое событие, связанное с первой частью железнодорожного состава, и второе акустическое событие, связанное со второй другой частью железнодорожного состава, и определяют то, что разделение между первым акустическим событием и вторым акустическим событием находится за пределами порогового значения.

2. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором анализируют акустический отклик от акустических считывающих частей, чтобы обнаружить акустический сигнал, указывающий переднюю часть железнодорожного состава, и акустический сигнал, связанный с задней частью железнодорожного состава, и определяют расстояние между акустическими сигналами, указывающими переднюю и заднюю части железнодорожного состава.

3. Способ по п. 2, содержащий этап, на котором многократно определяют расстояние между акустическими сигналами, указывающими переднюю и заднюю части железнодорожного состава, и определяют, увеличивается ли упомянутое расстояние за пределы пороговой величины.

4. Способ по п. 3, в котором упомянутое пороговое значение основано на ранее определенном расстоянии между передней и задней частями железнодорожного состава.

5. Способ по п. 2, в котором определение акустических сигналов, связанных с передней и задней частями железнодорожного состава соответственно, содержит этап, на котором идентифицируют начало и конец непрерывных акустических возмущений, указывающих железнодорожный состав.

6. Способ по п. 2, в котором определение акустических сигналов, связанных с передней и задней частями железнодорожного состава соответственно, содержит этап, на котором идентифицируют первую считывающую часть и последнюю считывающую часть, чтобы определять акустическую сигнатуру, получающуюся от колесных пар, проходящих характерные признаки колеи.

7. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором идентифицируют акустические признаки, связанные с отдельными вагонами железнодорожного состава.

8. Способ по п. 7, содержащий этап, на котором идентифицируют акустические сигналы, связанные с колесной парой, и определяют интервал между акустическими сигналами, соответствующими разным колесным парам.

9. Способ по п. 8, в котором идентификация акустических сигналов, связанных с колесной парой, содержит этап, на котором идентифицируют относительно интенсивный компонент широкополосного шума в акустическом отклике от упомянутых акустических считывающих частей.

10. Способ по п. 8, в котором идентификация акустических сигналов, связанных с колесной парой, содержит этап, на котором идентифицируют акустические сигналы, связанные с колесной парой, проходящей характерный признак колеи.

11. Способ по п. 8, содержащий этап, на котором идентифицируют интервал между акустическими признаками, сформированными посредством колесных пар в одном и том же вагоне, и интервал между признаками, сформированными посредством колесных пар в разных вагонах.

12. Способ по п. 11, при этом способ содержит этап, на котором определяют то, превышает или нет интервал между признаками, сформированными посредством колесных пар в разных вагонах, пороговое значение на основе интервала между колесными парами в одном и том же вагоне.

13. Способ по п. 1, в котором оптическое волокно развертывается рядом с колеей.

14. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть оптического волокна заглублена вдоль пути колеи.

15. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть оптического волокна присоединена к колее.

16. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть оптического волокна развертывается смежно с множеством смежных колей.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этап, на котором идентифицируют то, по какой из множества смежных колей едет железнодорожный состав.

18. Способ по п. 1, содержащий, в случае, если определяется саморасцеп железнодорожного состава, этап, на котором идентифицируют местоположение разрыва железнодорожного состава.

19. Способ по п. 1, содержащий, в случае, если определяется саморасцеп железнодорожного состава, этап, на котором формируют аварийный сигнал.

20. Способ определения саморасцепа железнодорожного состава, содержащий этапы, на которых:

- принимают измерительные сигналы, соответствующие определенным акустическим сигналам из множества местоположений вдоль длины железной дороги; и

- анализируют измерительные сигналы, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава,

при этом упомянутое определение упомянутой сигнатуры содержит этап, на котором определяют первое акустическое событие, связанное с первой частью железнодорожного состава, и второе акустическое событие, связанное со второй другой частью железнодорожного состава, и определяют то, что разделение между первым акустическим событием и вторым акустическим событием находится за пределами порогового значения.

21. Способ по п. 20, в котором упомянутые измерительные сигналы получают посредством выполнения распределенного акустического считывания на оптическом волокне, развернутом вдоль длины железной дороги.

22. Система для определения разрыва железнодорожного состава, содержащая:

- контроллер, сконфигурированный с возможностью:

- принимать измерительные сигналы из по меньшей мере одного распределенного акустического считывающего узла, сконфигурированного с возможностью осуществлять распределенное акустическое считывание на по меньшей мере одном оптическом волокне, развернутом вдоль длины железной дороги, с тем, чтобы предоставлять множество продольных акустических считывающих частей вдоль железной дороги; и

- анализировать акустический отклик от упомянутых акустических считывающих частей, чтобы определять сигнатуру, указывающую саморасцеп железнодорожного состава,

при этом упомянутое определение упомянутой сигнатуры содержит этап, на котором определяют первое акустическое событие, связанное с первой частью железнодорожного состава, и второе акустическое событие, связанное со второй другой частью железнодорожного состава, и определяют то, что разделение между первым акустическим событием и вторым акустическим событием находится за пределами порогового значения.

23. Система по п. 22, дополнительно содержащая по меньшей мере один распределенный акустический считывающий узел.

24. Компьютерная система, запрограммированная с возможностью осуществлять способ по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геофизическим, а в частности к сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки сейсмоакустических преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

Использование: для диагностики изделий сложной геометрии. Сущность изобретения заключается в том, что в изделии возбуждают вынужденные колебания электромагнитным способом, измеряют параметры колебаний и разность фаз между опорным сигналом и колебаниями изделия в нескольких различных точках, возбуждают бигармонические колебания, выделяют сигнал отклик на комбинационных частотах, а по изменению параметров этого сигнала в сравнении с эталонными параметрами изделия без дефекта судят о наличии или отсутствии значимых дефектов в проверяемом изделии.

Способ относится к области измерительной техники и может быть использован для оперативного контроля уровня и плотности жидкости в баках резервуарного парка, что актуально для предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, авиационной, медицинской, пищевой промышленности.

Использование: для измерения параметров ультразвуковых волн (УЗВ) при исследованиях физико-механических характеристик материалов и дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что перед проведением основного измерения получают информацию о помехе, для чего в исследуемой среде располагают излучающий и приемный преобразователи, возбуждают и принимают ультразвуковые импульсы, нормируют амплитуду первого вступления, соответствующего волне помехи, запоминают полученный импульс, после чего проводят основное измерение, нормируют амплитуду первого вступления импульса, совмещают его с первым вступлением импульса, полученного при предварительном измерении, и производят вычитание импульсов.
Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований, и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Группа изобретений относится к средствам диагностики целостности корпуса оборудования. Технический результат – повышение точности определения потерь целостности корпуса оборудования.

Изобретение относится к области медицины, в частности к области онкологии и урологии, и касается способа выбора отделов предстательной железы для пункции при диагностике рака предстательной железы.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности.

Изобретение может быть использовано для измерения уровня границы жидкостей с разными плотностями и электропроводностями, диэлектрическими проницаемостями от 1,5 единиц, границы жидкость - осадок на предприятиях нефтегазовой отрасли в атомной энергетике.

Использование: для обнаружения дефектов в стенке трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвуковых преобразователей возбуждают импульсы упругой волны в перекачиваемой по трубопроводу жидкости под заданным углом к внутренней поверхности трубопровода по ходу перемещения дефектоскопа и против перемещения дефектоскопа через равные интервалы пройденного пути, анализируют эхо-импульсы из стенки трубопровода, амплитуды которых превысили заданный пороговый уровень, при этом измеряют время регистрации наибольшего эхоимпульса после каждого возбуждения ультразвукового преобразователя, а дефект считают зарегистрированным, если в течение не менее чем в трех последовательных возбуждениях ультразвукового преобразователя, излучающего ультразвуковые импульсы по ходу движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно уменьшается, или у ультразвукового преобразователя, излучающего против хода движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно увеличивается.

Изобретения относятся к области акустических измерений и касаются акустооптического кабеля. Кабель включает в себя несколько секций волоконно-оптических акустооптических сенсоров.

Изобретение относится к метрологии, а именно к виброметрии. Способ измерения вибраций предполагает нанесение светоотражающих меток, регистрацию точек контроля с вибрационным размытием, получение бинарных изображений в виде матрицы связанных элементов.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, устройствам исследований и может быть использовано для контроля характеристик преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения местоположения источника звука. Предлагаются способ и система, в которых акустические сигналы, принятые акустическими датчиками, содержащими оптоволоконный датчик, обрабатываются с целью определения положения источника или источников акустических сигналов.

Изобретение относится к волоконно-оптическим сенсорным системам, используемым в системах мониторинга протяженных и крупногабаритных объектов, и может быть использовано для мониторинга состояния судна и элементов его конструкции (баки и т.д.) путем акустоэмиссионной диагностики, детектируя акустические сигналы от этих элементов, которые воздействуют на оптическое волокно и могут быть зарегистрированы при помощи метода когерентной рефлектометрии.

Способ создания нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона относится к области производства подводных сейсмических датчиков, используемых для контроля и измерения параметров сейсмических и гидрологических процессов, протекающих в морях и океанах.

Изобретение относится к информационно-измерительным системам и может применяться для вибромониторинга протяженных, площадных или объемных объектов. Оптическое волокно размещают в механической связи с контролируемым объектом и генерируют оптические импульсы длительностью T.

Изобретение относится к распределенным волоконно-оптическим устройствам обнаружения звуковых волн. Заявленное распределенное волоконно-оптическое устройство обнаружения звуковых волн включает блок излучения оптических импульсов, вызывающий падение оптического импульса на оптическое волокно, и блок приема света рэлеевского рассеяния, принимающий рэлеевское рассеяние света, полученное внутри оптического волокна.

Изобретение относится к метрологии, а, именно к виброметрии. Датчик содержит чувствительный оптический кабель, оптический интерфейс, когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр.
Наверх