Способ составления цифровой ж/д карты и применение её для мониторинга движения локомотива

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении безопасности движения поездов. Такой результат достигается за счет получения цифровой ж/д карты на основе тестовой РЛС по информационным ориентирам в полосе отчуждения, а во время прохождения состава определяются эти ориентиры при помощи РЛС и сравниваются с цифровой ж/д картой на предмет совпадения в реальном масштабе времени. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, точнее к радиолокации (РЛС) и может быть использовано на ж/д транспорте для мониторинга рельсового пути и полосы отчуждения при движении состава. Общей проблемой повышения безопасности на ж/д транспорте является своевременное обнаружения внештатных ситуаций, таких как застрявших на переезде автотранспорт, отставший от поезда вагон, тем более встречный поезд, поваленное дерево, животные и люди на рельсовым пути и пр.

Другой проблемой является точное определение местоположения состава на ж/д, так на скоростях 100 км/час ошибка достигает в лучшем случае 20-50 м, что явно недостаточно, особенно для высокоскоростных поездов типа «Сапсан» и других, вновь разрабатываемых еще более скоростных. Это объясняется тем, что определение характеристик движения осуществляется в основном механическими средствами, например, датчики скорости на оси колес локомотива, а местоположение локомотива по счисления (интегрированию) скорости, при этом ошибка за время следования накапливается.

Радиотехническая, особенно радиолокационная, техника на ж/д РФ находится на недостаточной стадии развития и на локомотивах почти не применяется. РЛС довольно широко применяется в основном на сортировочных станциях, так называемых «горках», для подсчета вагонов при формировании составов для определения их скорости.

Также РЛС применяется на ж/д конечных остановочных пунктах для предотвращения столкновений во время тормозного пути, о приближении к тупиковой точке, причем РЛС находится на земле, а отражатель на локомотиве или около буфера на последнем вагоне, см. http://elval.com/products/a40104.

Недостаток: ограниченное применение, только на ж/д станциях - стационарно.

Известны датчики ELV А-1 для обнаружения препятствий, предотвращение ж/д столкновения и работающие на частоте 94 ГГц, они могут эффективно использоваться в дыме, пыли, тумане или дожде, которые являются общими условиями для железных дорог, работающих над землей и под землей. Длина волны 3 миллиметра позволяет лучу радара проникать в длинный узкий дымовой туннель, и он все еще работает точно с пылью, прилипающей к передней части антенны.

Чрезвычайно узкий луч обнаружения (менее одного градуса) не отражает непреднамеренные объекты, такие как земля, рельсы, перекрестные ворота или стенки туннелей, а для определения местоположения состава (локомотива) его применение по инфраструктуре ж/д пути вообще проблематично.

Недостатки: работа только по прямой видимости, около рельсового пути влево-вправо, вверх-вниз пространство не просматривается, вообще очень ограниченная зона просмотра, по существу точечная.

Технической задачей изобретения является повышение безопасности поездов, особенно высокоскоростных.

Технический результат достигается за счет получения цифровой ж/д карты на основе тестовой РЛС по информационным ориентирам в полосе отчуждения, а во время прохождения состава определяются эти ориентиры при помощи РЛС и сравниваются с цифровой ж/д картой на предмет совпадения в реальном масштабе времени.

Конечно, есть метод составления цифровой ж/д карты, основанный на принципах геодезии так называемая теодолитная съемка, т.е измеряется расстояния и углов. Но это очень трудоемкая ручная работа и требует очень много времени, а длина железных дорог в мире очень большая.

Для решения поставленной задачи предлагается:

Основанный на использовании ориентиров в полосе отчуждения вдоль ж/д пути в качестве информационных отражающих меток, характеризующийся тем, что проводят тестовую поездку в масштабе реального времени прохождения маршрута, при этом измеряется расстояние от переднего среза локомотива до каждой метки и их азимутальные углы и по полученным значениям наносят проекцию каждой метки на продольный профиль ж/д пути с расстояниями от начала движения до каждой метки и между соединениями метками, получая таким образов цифровую ж/д карту.

Способ разделения на две части.

1ая - это построение цифровой дорожной карты (ЦДК) по определенному ориентиру путей.

2ая - это контроль прохождения маршрута.

В обеих частях применяется РЛС для определения информационных меток, в первом случае для составления центр, карт, во всех других случаях (пути следования регулярных маршрутных поездов) для сравнивания с ЦДК и определения отклонений от нее.

На фиг. 1 показана графическая схема определения расстояния и азимута до каждой метки по пути следования локомотива, на которой изображено (применительно к одной метке):

D₁ - дальность до метки В, измеренная по первому приемному каналу

D₂ - дальность до метки В, измеренная по второму приемному каналу

D - дальность до метки В

0 - угол пеленга метки В от линии движения локомотива (условный угол азимута)

С - проекция метки В на линию движения локомотива.

По изменению вычисленной дальности и пеленгу также вычисляется скорость локомотива и его координаты, которые сравниваются с цифровой дорожной картой и результаты сравнения и текущие координаты передаются по шине USB потребителям.

На фиг. 2 показана схема построения линейной горизонтальной координаты меток (проекций меток на горизонтальную ось): по существу цифровая дорожная карта, на которой показано:

1-5 - ориентиры (отсчеты меток) на полосе отчуждения

6, 8 и 9 - отсчеты меток на цифровой карте слева от ж/д пути

7 и 10 - отсчеты меток на цифровой карте справа от ж/д пути

11 - застрявший на ж/д переезде автотранспорт или около него

12 - метка, которой нет на цифровой карте

L₁-L₁₀ - расстояния от начала движения

ΔL - расстояния между соседними метками

L₁-L₅ - расстояния D от РЛС до каждой метки

Заметим, что для составления цифровой ж/д карты в тестовом режиме и для мониторинга прирельсовой обстановки применяется один и тот же алгоритм измерения и один и тот тип РЛС.

1. Способ составления цифровой ж/д карты для мониторинга движения локомотива, основанный на использовании ориентиров в полосе отчуждения вдоль ж/д пути в качестве информационных отражающих меток, характеризующийся тем, что проводят тестовую поездку в масштабе реального времени прохождения маршрута, при этом измеряется расстояние от переднего среза локомотива до каждой метки и их азимутальные углы и по полученным значениям наносят проекцию каждой метки на продольный профиль ж/д пути с расстояниями от начала движения до каждой метки и между соединениями метками, получая таким образом цифровую ж/д карту, при этом для обнаружения меток применяется РЛС на основе MIMO системы, расположенная в передней части локомотива и содержащая передающий зондирующий канал и два приемных отраженных канала со следующей последовательностью действий: отраженные сигналы по приемным каналам обрабатываются по алгоритму решения прямой геодезической задачи, причем дальности от метки до приемных антенн определяются выражениями

- дальность до первой приемной антенны;

- дальность до второй приемной антенны;

- время от начала посылки зондирующего сигнала до прихода отраженного сигнала,

с - скорость света,

пеленг метки определяется выражением:

где d - расстояния между антеннами приемных каналов, зная пеленг и расстояния D₁, D₂, истинное расстояние до метки определяется выражениями:

или

проекция каждой метки на горизонтальную ось цифровой карты равна

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что получаемые данные во время штатной поездки непрерывно сравниваются с цифровой ж/д картой пути следования локомотива в реальной масштабе времени и по этому сравнению выявляют лишние ориентиры, отсутствующие на цифровой карте, как помехи.