RU2828911C1 - Train movement control system in virtual coupling mode - Google Patents
Train movement control system in virtual coupling mode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828911C1 RU2828911C1 RU2024109235A RU2024109235A RU2828911C1 RU 2828911 C1 RU2828911 C1 RU 2828911C1 RU 2024109235 A RU2024109235 A RU 2024109235A RU 2024109235 A RU2024109235 A RU 2024109235A RU 2828911 C1 RU2828911 C1 RU 2828911C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- train
- unit
- module
- radio
- computer
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 208000010587 benign idiopathic neonatal seizures Diseases 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, а именно к системам управления движением поездов, и может быть использовано для сокращения интервала попутного следования между поездами в режиме виртуальной сцепки, в том числе при автоматическом управлении УА4.The invention relates to the field of railway automation, telemechanics and communications, namely to train movement control systems, and can be used to reduce the interval between trains in the virtual coupling mode, including with automatic control of the UA4.
Известна система для контроля расстояния между следующими друг за другом поездами на основе цифровой радиосвязи, которая содержит установленные на каждом локомотиве приемник навигационных сигналов и бортовую радиостанцию, постовое центральное устройство, расположенное в диспетчерском центре и содержащее блок идентификации, блок вычисления расстояния между поездами, блок определения скорости сближения поездов, блок контроля координат, блок памяти, формирователь электронной карты и блок принятия решений, подключенный к аппаратно-программному устройству автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, которое соединено с блоком управления IP сетью передачи данных. На каждом локомотиве установлен блок согласования интерфейсов, приемник навигационных сигналов, блок управления локомотивом, пульт машиниста и бортовая радиостанция, связанная по радиоканалу через базовую станцию с IP сетью. Причем блок управления сетью передачи данных, бортовые радиостанции поездов и базовые радиостанции с помощью IP сети выполнены с возможностью организации цифровой радиосвязи на основе стандарта DMR (RU 2578646 C1, B61L 25/02, 13.02.2015). A system is known for monitoring the distance between trains following one another based on digital radio communication, which comprises a navigation signal receiver and an on-board radio station installed on each locomotive, a central post device located in the dispatch center and containing an identification unit, a distance calculation unit between trains, a unit for determining the speed of approach of trains, a coordinate control unit, a memory unit, an electronic map generator and a decision-making unit connected to the hardware and software device of the automated work place of the train dispatcher, which is connected to the control unit by an IP data transmission network. An interface matching unit, a navigation signal receiver, a locomotive control unit, a driver's console and an on-board radio station connected via a radio channel through a base station with an IP network are installed on each locomotive. Moreover, the data transmission network control unit, on-board train radio stations and base radio stations using an IP network are designed with the ability to organize digital radio communications based on the DMR standard (RU 2578646 C1, B61L 25/02, 13.02.2015).
В известном техническом решении в режиме реального времени контроль и оперативное управление движением поездов, следующих друг за другом, на всем диспетчерском участке осуществляет поездной диспетчер. In a well-known technical solution, real-time control and operational management of the movement of trains following one another throughout the entire dispatch section is carried out by a train dispatcher.
Однако в известном решении в условиях сбоев спутниковых навигационных приемников не представляется возможным с высокой точностью определить координаты поездов. Кроме того, в известном решении отсутствует возможность определения препятствий на пути в габаритах поезда.However, in the known solution, in conditions of failures of satellite navigation receivers, it is not possible to determine the coordinates of trains with high accuracy. In addition, in the known solution there is no possibility of determining obstacles on the track within the dimensions of the train.
Наиболее близким аналогом является система децентрализованного интервального регулирования движения поездов, содержащая на каждом локомотиве в устройстве управления движением модуль обработки данных, к первому входу которого подключен навигационный приемник, а выход соединен с дисплеем, и радиомодем, соединенный по радиоканалу с установленным в хвостовом вагоне радиомодемом, соединенным с микропроцессором, на локомотиве установлены программный модуль расчета координаты места нахождения хвостового вагона впереди идущего поезда, программный модуль контроля следования впереди идущего поезда в полном составе, блок памяти с записанной в ней электронной картой и датчики пути и скорости, при этом датчики пути и скорости своими выходами соединены с входами программного модуля расчета координаты места нахождения хвостового вагона впереди идущего поезда и программного модуля контроля следования впереди идущего поезда в полном составе, входы/выходы которых подключены к соответствующим выходам/входам радиомодема, выход программного модуля расчета координаты места нахождения хвостового вагона впереди идущего поезда соединен со вторым входом модуля обработки данных, а выход программного модуля контроля следования впереди идущего поезда в полном составе соединен с дополнительным входом дисплея, а на хвостовом вагоне установлен инерциальный датчик измерения ускорений движения вагона, который подключен к микропроцессору (RU 2725332 C1, B61L 23/34, 02.07.2020). The closest analogue is the system of decentralized interval regulation of train traffic, containing on each locomotive in the movement control device a data processing module, to the first input of which a navigation receiver is connected, and the output is connected to the display, and a radio modem connected via a radio channel to a radio modem installed in the tail car, connected to a microprocessor, a software module for calculating the coordinates of the location of the tail car of the train ahead, a software module for monitoring the movement of the train ahead in full, a memory unit with an electronic map recorded in it and track and speed sensors are installed on the locomotive, wherein the track and speed sensors are connected with their outputs to the inputs of the software module for calculating the coordinates of the location of the tail car of the train ahead and the software module for monitoring the movement of the train ahead in full, the inputs/outputs of which are connected to the corresponding outputs/inputs of the radio modem, the output of the software module for calculating the coordinates of the location of the tail car of the train ahead is connected to the second input of the data processing module, and the output of the software module for monitoring the movement of the train ahead in full connected to an additional display input, and an inertial sensor for measuring the acceleration of the car’s movement is installed on the tail car, which is connected to the microprocessor (RU 2725332 C1, B61L 23/34, 02.07.2020).
Недостатком известного технического решения является ограниченность области применения, обусловленная использованием известного решения в основном для линий с малой и средней интенсивностью движения поездов, а также слабой точностью измерения координат от датчиков пути и скорости в условиях сильных помех или отсутствия сигналов спутниковой навигации и невозможностью определения препятствий на пути в габаритах поезда в зоне прямой видимости.The disadvantage of the known technical solution is the limited scope of application, due to the use of the known solution mainly for lines with low and medium train traffic intensity, as well as the low accuracy of measuring coordinates from track and speed sensors in conditions of strong interference or lack of satellite navigation signals and the impossibility of determining obstacles on the track within the dimensions of the train in the line of sight.
Управление движением поездов в условиях сокращенного межпоездного интервала в реальных условиях перевозочного процесса применяется в случаях пропуска пакетов (двух и более) поездов при проведении ремонтных работ с закрытием путей перегона, при восстановлении графика движения после отказа технических средств железнодорожной инфраструктуры, при использовании технологии «виртуальная сцепка» и в других случаях. При этом движение поездов происходит часто в условиях неработающих сигналов АЛС и путевых светофоров, в условиях помех спутниковых сообщений, что создает риски нарушения безопасности движения.Train traffic control under conditions of reduced inter-train intervals in real conditions of the transportation process is used in cases of skipping trains (two or more) during repair work with the closure of the tracks of the section, when restoring the traffic schedule after the failure of technical means of the railway infrastructure, when using the "virtual coupling" technology and in other cases. In this case, train traffic often occurs under conditions of inoperative ALS signals and track traffic lights, under conditions of interference with satellite communications, which creates risks of traffic safety violations.
Технический результат заключается в сокращении межпоездного интервала при движении поездов в режиме виртуальной сцепки за счет применения интегрированных систем технического зрения и высокоточного позиционирования без изменения существующих систем железнодорожной автоматики и радиосвязи. The technical result consists in reducing the interval between trains when trains are moving in virtual coupling mode due to the use of integrated technical vision systems and high-precision positioning without changing the existing railway automation and radio communication systems.
Указанный технический результат достигается тем, что система управления движением поездов в режиме виртуальной сцепки содержит на локомотиве каждого поезда блок автоведения, выходом соединенный с блоком управления режимами движения поезда, а входами – с выходами двух модулей центральной обработки информации, которые соединены между собой и подключены к межмодульному интерфейсу, к которому также подключены блок автоведения, два модуля измерения параметров движения, входы каждого из которых соединены с блоком датчиков пути и скорости, бесплатформенной инерциальной навигационной подсистемой и приемником спутниковых сигналов ГНСС, модуль маршрута, модуль радиоканала, соединенный с модулем радиомодема, вычислитель и блок кодирования/декодирования сообщений, взаимодействующий с блоком интерфейса машиниста, блок видеокамер и блок лидаров, входы/выходы которых подключены к выходам/входам вычислителя, модуль искусственной нейронной сети, взаимодействующий с вычислителем, при этом приемник спутниковых сигналов ГНСС выполнен по меньшей мере двухканальным, а радиомодемы следующих друг за другом поездов – с возможностью взаимодействия по радиоканалу непосредственно или через центр радиоблокировки.Said technical result is achieved in that the train movement control system in the virtual coupling mode comprises, on the locomotive of each train, an automatic control unit, the output of which is connected to the train movement mode control unit, and the inputs are connected to the outputs of two central information processing modules, which are interconnected and connected to an intermodule interface, to which the automatic control unit, two motion parameter measurement modules, the inputs of each of which are connected to a path and speed sensor unit, a strapdown inertial navigation subsystem and a GNSS satellite signal receiver, a route module, a radio channel module connected to a radio modem module, a computer and a message encoding/decoding unit interacting with the driver interface unit, a video camera unit and a lidar unit, the inputs/outputs of which are connected to the outputs/inputs of the computer, an artificial neural network module interacting with the computer, wherein the GNSS satellite signal receiver is made at least two-channel, and the radio modems following one after another trains – with the ability to interact via radio directly or through a radio blocking center.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы управления движением поездов в режиме виртуальной сцепки. The drawing shows a structural diagram of the proposed train movement control system in virtual coupling mode.
Система управления движением поездов в режиме виртуальной сцепки содержит на локомотиве каждого поезда блок 1 автоведения, выходом соединенный с блоком 2 управления режимами движения поезда, а входами – с выходами двух модулей 3 и 4 центральной обработки данных (МЦО 3 и МЦО 4), которые соединены между собой и подключены к межмодульному интерфейсу 5, к которому также подключены два модуля 6 и 7 измерения параметров движения (модули 6 и 7 ИПД), входы каждого из которых соединены с блоком 8 датчиков пути и скорости (блок 8 ДПС), бесплатформенной инерциальной навигационной подсистемой 9 (БИНС 9) и приемником 10 спутниковых сигналов ГНСС (приемник 10 ГНСС), модуль 11 маршрута (ММ 11), модуль 12 радиоканала (РК 12), соединенный с модулем 13 радиомодема (РМ 13), вычислитель 14 и блок 15 кодирования/декодирования (блок 15 К/Д), взаимодействующий с блоком 16 интерфейса машиниста (блок 16 ИМ), подсистему 17 технического зрения (подсистему 17 ТЗ), включающую блок 18 видеокамер и блок 19 лидаров, вход/выход каждого из которых подключен к соответствующему выходу/входу вычислителя 14, другим входом/выходом соединенным с выходом/входом модуля 20 искусственной нейронной сети (модуль 20 ИНС).The train movement control system in the virtual coupling mode comprises, on the locomotive of each train, an automatic control unit 1, the output of which is connected to the train movement mode control unit 2, and the inputs are connected to the outputs of two modules 3 and 4 of the central data processing (MCP 3 and MCP 4), which are interconnected and connected to the intermodule interface 5, to which two modules 6 and 7 of the movement parameter measurement (IPM modules 6 and 7) are also connected, the inputs of each of which are connected to the unit 8 of the track and speed sensors (unit 8 DPS), the strapdown inertial navigation subsystem 9 (SINS 9) and the receiver 10 of the GNSS satellite signals (receiver 10 GNSS), the route module 11 (MM 11), the radio channel module 12 (RC 12), connected to the radio modem module 13 (RM 13), the computer 14 and the unit 15 encoding/decoding unit (block 15 K/D), interacting with the driver interface unit 16 (block 16 IM), the technical vision subsystem 17 (subsystem 17 TZ), including the video camera unit 18 and the lidar unit 19, the input/output of each of which is connected to the corresponding output/input of the computer 14, with the other input/output connected to the output/input of the artificial neural network module 20 (INS module 20).
Система управления движением поездов в режиме виртуальной сцепки работает следующим образом.The train control system in virtual coupling mode operates as follows.
В память модуля 11 маршрута локомотива каждого поезда опционально перед каждой поездкой записывается электронная карта маршрута (ЭКМ) с актуальной цифровой моделью пути с указанием координат опорных объектов инфраструктуры, а также длина его состава и вес. An electronic route map (ERM) with an up-to-date digital track model indicating the coordinates of infrastructure reference objects, as well as the length of its train and weight, is optionally recorded into the memory of the 11th route module of each train before each trip.
Блоки 18 и 19 видеокамер и лидаров подсистемы 17 технического зрения расположены в голове поезда. Блок 18 включает видеокамеры видимого и инфракрасного диапазонов соответственно для средней дистанции – до 600 м и ближней дистанции – до 100 м, а блок 19 – из не менее чем 2 лидаров ближней зоны обнаружения – до 100 м и средней – до 600 м.Blocks 18 and 19 of video cameras and lidars of the subsystem 17 of technical vision are located at the head of the train. Block 18 includes video cameras of the visible and infrared ranges, respectively, for the average distance - up to 600 m and the short distance - up to 100 m, and block 19 - from at least 2 lidars of the short detection zone - up to 100 m and the average - up to 600 m.
Требуемая скорость движения рассчитывается в блоке 1 автоведения и синхронизируется с допустимой скоростью, определяемой в МЦО 3 и МЦО 4 как элементах устройства безопасности в части ее соблюдения. The required speed of movement is calculated in block 1 of automatic control and is synchronized with the permissible speed determined in MCO 3 and MCO 4 as elements of the safety device in terms of its observance.
Информация о кинематических параметрах движения каждого поезда определяется подсистемой 21 высокоточного позиционирования (подсистема 21 ВП), включающей модуль 11 маршрута, модули 6 и 7 ИПД, блок 8 ДПС, подсистему 9 БИНС и приемник 10 ГНСС.Information about the kinematic parameters of the movement of each train is determined by the high-precision positioning subsystem 21 (high-precision positioning subsystem 21), which includes the route module 11, the IPD modules 6 and 7, the DPS unit 8, the SINS subsystem 9 and the GNSS receiver 10.
Сигналы от приемника 10 ГНСС, состоящего из не менее чем двух каналов приема навигационных сигналов, подсистемы 9 БИНС и блока 8 ДПС, выполненного в виде колесного одометра локомотива, поступают в модули 6 и 7 ИПД, которые определяют значения фактической координаты локомотива поезда, пройденного пути и скорости через дифференцирование значений ускорений по результатам измерений подсистемы 9 БИНС. Signals from the GNSS receiver 10, consisting of at least two channels for receiving navigation signals, the BINS subsystem 9 and the DPS unit 8, made in the form of a locomotive wheel odometer, are sent to the IPD modules 6 and 7, which determine the values of the actual coordinates of the train locomotive, the distance traveled and the speed by differentiating the acceleration values based on the results of measurements by the BINS subsystem 9.
По данным текущих координат местоположения локомотива поезда, определяемых приемником 10 ГНСС, на основании комплексирования с данными из ЭКМ, хранящейся в модуле 11 маршрута, модули 6 и 7 ИПД вычисляют точное местоположение локомотива поезда и расстояние до мест ограничения скорости (Метод комплексирования данных электронных карт и спутниковых измерений для высокоточного позиционирования подвижных объектов / С.В. Соколов, В.А. Погорелов, А.Л. Охотников, М.В. Куриненко // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2023. – Т. 24, № 10. – С. 551-559). Based on the current coordinates of the train locomotive location determined by the GNSS receiver 10, based on integration with the data from the ECM stored in the route module 11, the IPD modules 6 and 7 calculate the exact location of the train locomotive and the distance to the speed limit locations (Method of integrating data from electronic maps and satellite measurements for high-precision positioning of moving objects / S.V. Sokolov, V.A. Pogorelov, A.L. Okhotnikov, M.V. Kurinenko // Mechatronics, automation, control. - 2023. - Vol. 24, No. 10. - P. 551-559).
Информацию о точном местоположении локомотива поезда, расстоянии до мест ограничения скорости и значения фактической скорости движения модули 6 и 7 ИПД через межмодульный интерфейс 5 передают в МЦО 3 и 4 (для расчета требуемой скорости) и далее результат вычисления в блок 1 автоведения. Блок 1 автоведения вычисляет требуемый скоростной режим движения поезда путем сравнения полученных данных МЦО 3 и 4 с допустимой скоростью на участке следования и по результатам сравнения выбирает режим ведения поезда (разгон, выбег, торможение), который передает для реализации в блок 2 управления режимами движения поезда. Information about the exact location of the train locomotive, the distance to the speed limit places and the actual speed of movement is transmitted by modules 6 and 7 of the IPD via the intermodule interface 5 to the MCO 3 and 4 (for calculating the required speed) and then the calculation result is transferred to the automatic control unit 1. The automatic control unit 1 calculates the required speed mode of the train by comparing the received data of MCO 3 and 4 with the permissible speed on the route section and, based on the comparison results, selects the train control mode (acceleration, coasting, braking), which is transmitted for implementation to the train control unit 2.
Информация, касающаяся параметров безопасного движения поезда (расстояние до хвоста ведущего поезда и текущая скорость), одновременно рассчитывается в МЦО 3 и 4, а полученные значения обрабатываются блоком 1 автоведения для последующего расчета кривой торможения с учетом проверки соответствия безопасной схеме движения. При нарушении соответствия безопасной схемы движения блок 1 автоведения формирует необходимый режим движения для блока 2 управления движением, обеспечивая необходимый режим торможения поезда (аварийный или служебный). Information concerning the parameters of safe train movement (distance to the tail of the leading train and the current speed) is simultaneously calculated in MCO 3 and 4, and the obtained values are processed by the automatic control unit 1 for subsequent calculation of the braking curve taking into account the check of compliance with the safe traffic pattern. In case of violation of compliance with the safe traffic pattern, the automatic control unit 1 generates the required traffic mode for the traffic control unit 2, ensuring the required train braking mode (emergency or service).
В стандартном случае модули 6 и 7 ИПД координату локомотива каждого поезда, движущегося в режиме виртуальной сцепки, определяют по данным от приемника 10 ГНСС. In the standard case, modules 6 and 7 of the IPD determine the coordinates of the locomotive of each train moving in the virtual coupling mode based on data from the GNSS receiver 10.
Для обеспечения контроля взаимного расположения поездов с ведущего поезда текущую информацию о его кинематических параметрах движения блоки 6 и 7 ИПД по интерфейсу 5 через модуль 12 радиоканала и радиомодем 13 передают в радиомодем 13 ведомого поезда. Полученную информацию радиомодем 13 ведомого поезда через модуль 12 радиоканала по интерфейсу 5 передает в МЦО 3 и 4 ведомого поезда. На основе полученных данных МЦО 3 и 4 вычисляют безопасные параметры движения ведомого поезда, которые учитываются блоком 1 автоведения для выбора безопасного режима движения. In order to ensure control of the relative position of trains, the current information about the kinematic parameters of movement of the leading train is transmitted by the IPD units 6 and 7 via interface 5 through the radio channel module 12 and the radio modem 13 to the radio modem 13 of the slave train. The received information is transmitted by the radio modem 13 of the slave train via the radio channel module 12 via interface 5 to the MCO 3 and 4 of the slave train. Based on the received data, the MCO 3 and 4 calculate the safe parameters of movement of the slave train, which are taken into account by the automatic control unit 1 to select a safe movement mode.
Блок 18 видеокамер и блок 19 лидаров сканируют непрерывно пространство перед поездом для выявления наличия препятствий в пределах его габарита и объектов инфраструктуры на пути следования и измерения точного расстояния до них. Блок 18 видеокамер и блок 19 лидаров ведомого поезда аналогичным образом определяет хвостовой вагон ведущего поезда и расстояние до него (в зоне прямой видимости). The 18 video camera unit and the 19 lidar unit continuously scan the space in front of the train to detect obstacles within its dimensions and infrastructure objects along the route and measure the exact distance to them. The 18 video camera unit and the 19 lidar unit of the trailing train similarly determine the tail car of the leading train and the distance to it (in the line of sight).
Блок 18 видеокамер в режиме реального времени производит съемку с частотой порядка 10-20 кадров в секунду в видимом и инфракрасном диапазонах и предварительную цифровую обработку кадров изображений пространства перед поездом. Отснятые кадры с выхода блока 18 видеокамер поступают в вычислитель 14. Вычислитель 14 массив отснятых кадров передает в модуль 20 ИНС и сохраняет их в своей памяти, в частности для возможности последующего машинного обучения модуля 20 ИНС, идентификации объектов инфраструктуры и препятствий при их обнаружении. The 18 video camera unit performs real-time shooting at a frequency of about 10-20 frames per second in the visible and infrared ranges and preliminary digital processing of the frames of images of the space in front of the train. The captured frames from the output of the 18 video camera unit are fed to the computer 14. The computer 14 transmits the array of captured frames to the INS module 20 and stores them in its memory, in particular for the possibility of subsequent machine learning of the INS module 20, identification of infrastructure objects and obstacles when they are detected.
При обнаружении препятствия или объекта инфраструктуры блоками 18 видеокамер и 19 лидаров вычислитель 14 выбирает соответствующие сегменты кадров для фокусирования на обработке необходимых данных, которые позволяют идентифицировать обнаруженные объекты (в случае обработки видеоизображений) и определить точное расстояние до них (в случае обработки данных лидара). When an obstacle or infrastructure object is detected by the 18 video camera and 19 lidar units, the computer 14 selects the corresponding frame segments to focus on processing the necessary data, which makes it possible to identify the detected objects (in the case of processing video images) and determine the exact distance to them (in the case of processing lidar data).
Вычислитель 14 использует данные о координатах опорных объектов, хранящихся в модуле 14 маршрута, уточняет текущее местоположение локомотива поезда относительно этих объектов и определяет скорость движения поезда за счет визуальной одометрии по данным блоков 18 видеокамер и 19 лидаров. The computer 14 uses the data on the coordinates of the reference objects stored in the route module 14, specifies the current location of the train locomotive relative to these objects and determines the speed of the train by means of visual odometry according to the data of the video camera units 18 and lidars 19.
Использование надежной априорной информации о координатах опорных объектов инфраструктуры, указанных в ЭКМ в модуле 11 маршрута, и виде препятствий и их изображений в модуле 20 ИНС, а также использование вычислителем 14 алгоритмов фильтрации помех обрабатываемых изображений позволяет повысить достоверность определения и идентификации объектов, находящихся на пути движения поезда, информация о которых выводится через межмодульный интерфейс 5 и блок 15 кодирования/декодирования сообщений на дисплей блока 16 интерфейса машиниста.The use of reliable a priori information about the coordinates of the reference infrastructure objects specified in the ECM in the route module 11, and the type of obstacles and their images in the INS module 20, as well as the use by the computer 14 of algorithms for filtering the noise of the processed images, makes it possible to increase the reliability of determining and identifying objects located on the train's route, information about which is output through the intermodule interface 5 and the message encoding/decoding block 15 to the display of the driver's interface block 16.
Вычислитель 14 за счет анализа последовательности видеокадров от блока 18 видеокамер и расстояния до препятствия, измеряемого блоком 19 лидаров, определяет скорость сближения с препятствием и расстояние до него, данные о которых передает через межмодульный интерфейс 5 в МЦО 3 и 4 и далее в блок 1 автоведения для корректировки режима движения. МЦО 3 и 4 вычисляют результат мажоритарного сравнения данных, и, через межмодульный интерфейс 5, блок 15 кодирования/декодирования сообщений передает данные на дисплей блока 16 интерфейса машиниста для отображения машинисту в реальном режиме времени информации о состоянии впереди расположенных участков пути, наличии препятствий, опорных объектах инфраструктуры, показаниях путевых светофоров, а также о расстоянии до препятствия и допустимой скорости движения поезда. The computer 14, by analyzing the sequence of video frames from the video camera unit 18 and the distance to the obstacle measured by the lidar unit 19, determines the speed of approach to the obstacle and the distance to it, the data on which it transmits via the intermodule interface 5 to the MCO 3 and 4 and then to the automatic control unit 1 for adjusting the driving mode. The MCO 3 and 4 calculate the result of the majority comparison of the data, and, via the intermodule interface 5, the message encoding/decoding unit 15 transmits the data to the display of the driver's interface unit 16 for displaying to the driver in real time information on the state of the track sections located ahead, the presence of obstacles, infrastructure reference objects, the indications of the track traffic lights, as well as the distance to the obstacle and the permissible speed of the train.
Если препятствие распознается вычислителем 14 ведомого поезда как хвостовой вагон ведущего поезда, то текущая координата и расстояние до хвостового вагона ведущего поезда от локомотива ведомого поезда с расчетом кривой торможения вычисляется в блоке 1 автоведения в соответствии с требованиями максимального уровня полноты безопасности и с учетом погрешностей измерений и расчетов параметров движения поезда (см. Методика выбора длины виртуальной сцепки по требованиям безопасности в интеллектуальных системах управления движением поездов/ Л.А. Баранов, П.Ф. Бестемьянов, Е.П. Балакина, О.Е. Пудовиков// Проблемы управления безопасностью сложных систем: Материалы XXX международной конференции, Москва, 14 декабря 2022 года/ Под общей редакцией А.О. Калашникова, В.В. Кульбы. – Москва: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2022. – С. 261-267). If the obstacle is recognized by the computer 14 of the slave train as the tail car of the lead train, then the current coordinate and the distance to the tail car of the lead train from the locomotive of the slave train with the calculation of the braking curve are calculated in the automatic control block 1 in accordance with the requirements of the maximum safety integrity level and taking into account the errors of measurements and calculations of the train movement parameters (see Methodology for selecting the length of a virtual coupling according to safety requirements in intelligent train control systems / L.A. Baranov, P.F. Bestemyanov, E.P. Balakina, O.E. Pudovikov // Problems of safety management of complex systems: Proceedings of the XXX international conference, Moscow, December 14, 2022 / Under the general editorship of A.O. Kalashnikov, V.V. Kulba. - Moscow: V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of the Russian Academy of Sciences, 2022. - pp. 261-267).
Безопасное расстояние до хвоста ведущего поезда и кривую торможения блок 1 автоведения ведомого поезда также вычисляет на основе данных о кинематических параметрах поезда от модулей 6 и 7 ИПД, которые учитываются при расчете безопасных параметров движения поезда в МЦО 3 и 4 независимыми друг от друга способами и затем сравниваются блоком 1 автоведения. При несовпадении данных расчетов производится цикл из трех расчетов последовательно и при дальнейшем несовпадении расчетов выбирается результат, соответствующий максимальному уровню безопасности для движения поезда.The safe distance to the tail of the leading train and the braking curve are also calculated by the automatic control unit 1 of the trailing train based on the data on the kinematic parameters of the train from modules 6 and 7 of the IPD, which are taken into account when calculating the safe parameters of the train movement in MCO 3 and 4 by independent methods and are then compared by the automatic control unit 1. If the calculation data does not match, a cycle of three calculations is performed sequentially and if the calculations continue to differ, the result corresponding to the maximum safety level for the train movement is selected.
Первый способ вычисления межпоездного интервала определяет координату хвостового вагона ведущего поезда как сумму текущей координаты головы локомотива ведомого поезда, измеренной с помощью обработки полученной навигационной информации от приемника 10 ГНСС модулями 6 и 7 ИПД и измеренного расстояния от головы локомотива ведомого поезда до хвоста последнего вагона ведущего поезда (или препятствия), измеренного в режиме определения дальности блоком 19 лидаров с учетом текущей скорости ведомого и ведущего поездов, измеренной модулями 6 и 7 ИПД и/или блоком 19 лидаров, а также их веса и параметров пути (уклон, подъем) по данным ЭКМ модуля 11 маршрута с учетом безопасного движения при служебном торможении ведомого и ведущего поезда в текущий момент времени. The first method for calculating the inter-train interval determines the coordinate of the tail car of the lead train as the sum of the current coordinate of the head of the locomotive of the follower train, measured by processing the navigation information received from the GNSS receiver 10 by the IPD modules 6 and 7 and the measured distance from the head of the locomotive of the follower train to the tail of the last car of the lead train (or obstacle), measured in the range determination mode by the lidar unit 19 taking into account the current speed of the follower and lead trains, measured by the IPD modules 6 and 7 and/or the lidar unit 19, as well as their weight and track parameters (slope, rise) according to the ECM data of the route module 11 taking into account safe movement during service braking of the follower and lead trains at the current moment in time.
Второй способ вычисления межпоездного интервала позволяет определить координату хвоста последнего вагона ведущего поезда как разницу между текущей координатой головы локомотива ведомого поезда и координатой головы локомотива ведущего поезда по данным модулей 6 и 7 ИПД на основе измерений навигационных сигналов от приемника 10 ГНСС с учетом известной длины состава ведущего поезда (с поправкой на кривизну пути по ЭКМ, хранящейся в модуле 11 маршрута). Длина состава и вес поезда заносится машинистом каждого поезда перед каждой поездкой в ЭКМ модуля 11 маршрута. The second method for calculating the inter-train interval allows determining the coordinate of the tail of the last car of the lead train as the difference between the current coordinate of the head of the locomotive of the trailing train and the coordinate of the head of the locomotive of the lead train according to the data of modules 6 and 7 of the IPD based on measurements of navigation signals from the GNSS receiver 10, taking into account the known length of the lead train (with a correction for the curvature of the track according to the ECM stored in module 11 of the route). The length of the train and the weight of the train are entered by the driver of each train before each trip in the ECM of module 11 of the route.
Совпадение результатов вычислений с учетом допустимой погрешности двумя упомянутыми способами исходных данных измерения координат от приемника 10 ГНСС на ведущем и ведомом поезде позволяет блоку 1 автоведения ведомого поезда соблюдать минимально возможную дистанцию с обеспечением максимального уровня полноты безопасности.The coincidence of the calculation results, taking into account the permissible error of the two mentioned methods of initial data for measuring coordinates from the GNSS receiver 10 on the leading and trailing trains, allows the automatic control unit 1 of the trailing train to maintain the minimum possible distance while ensuring the maximum level of safety integrity.
Обмен данными о координатах, измеряемых приемником 10 ГНСС, текущей скорости, весе и длине состава между поездами осуществляется через их радиомодемы 13 и модули 12 радиоканала в режиме реального времени.The exchange of data on coordinates measured by the GNSS receiver 10, the current speed, weight and length of the train between trains is carried out through their radio modems 13 and radio channel modules 12 in real time.
В зависимости от выбранных алгоритмов управления движением данные об измеренном блоком 19 лидаров межпоездном расстоянии и рассчитанной блоком 1 автоведения кривой торможения используются для выбора режима торможения поезда через блок 2 управления режимами движения поезда и для информирования машиниста через блок 16 ИМ.Depending on the selected motion control algorithms, the data on the inter-train distance measured by lidar unit 19 and the braking curve calculated by automatic control unit 1 are used to select the train braking mode via train motion mode control unit 2 and to inform the driver via IM unit 16.
В случае отсутствия сигнала спутниковой навигации или высокого уровня помех для дальнейшего высокоточного определения координаты головы ведомого поезда относительно координаты хвостового вагона ведущего поезда и определения расстояния между ними используются данные модулей 6 и 7 ИПД измерения параметров движения поезда по результатам измерения подсистемы 9 БИНС, блока 8 ДПС, а также блока 19 лидаров при визуальной видимости хвостового вагона ведущего поезда. Текущую координату головы поезда определяют путем приращения пути от координаты, определенной приемником 10 ГНСС, когда данные навигационных параметров были валидны, и текущими данными от модулей 6 и 7 ИПД по результатам измерения параметров движения блока 8 ДПС и подсистемы 9 БИНС (по значениям модуля скорости), как описано для устройства позиционирования рельсового транспортного средства (RU 2799734 C1, G01C 21/18, B61L 25/02, 20.04.2023).In the absence of a satellite navigation signal or a high level of interference, for further high-precision determination of the coordinate of the head of the trailing train relative to the coordinate of the tail car of the lead train and determination of the distance between them, the data of modules 6 and 7 of the IPD for measuring the train's motion parameters based on the measurement results of subsystem 9 of the SINS, unit 8 of the DPS, and also unit 19 of the lidars when the tail car of the lead train is visually visible. The current coordinate of the head of the train is determined by incrementing the path from the coordinate determined by receiver 10 of the GNSS, when the data of the navigation parameters were valid, and the current data from modules 6 and 7 of the IPD based on the measurement results of the motion parameters of unit 8 of the DPS and subsystem 9 of the SINS (based on the values of the speed module), as described for the positioning device of a rail vehicle (RU 2799734 C1, G01C 21/18, B61L 25/02, 20.04.2023).
МЦО 3 и 4 осуществляют обработку данных от модулей 6 и 7 ИПД по результатам измерений блока 8 ДПС, подсистемы 9 БИНС и вычислителя 14 по данным блока 19 лидаров. Результаты обработки в каждый текущий момент времени в виде допустимой скорости и значений расстояния до препятствия МЦО 3 и 4 передают в блок 16 интерфейса машиниста через интерфейс 5 и блок 15 кодирования/декодирования сообщений. Расчетная скорость и время хода по участку от блока 1 автоведения также через межмодульный интерфейс 5 и блок 15 кодирования/декодирования сообщений передается для отображения информации в блок 16 интерфейса машиниста. MCO 3 and 4 process data from modules 6 and 7 of the IPD based on the results of measurements by the DPS unit 8, the SINS subsystem 9 and the computer 14 based on the data from the lidar unit 19. The results of processing at each current moment in time in the form of the permissible speed and the values of the distance to the obstacle are transmitted by MCO 3 and 4 to the driver's interface unit 16 via the interface 5 and the message encoding/decoding unit 15. The estimated speed and travel time along the section from the automatic control unit 1 are also transmitted via the intermodule interface 5 and the message encoding/decoding unit 15 for displaying information in the driver's interface unit 16.
Вычислитель 14 передает информацию о расстоянии до препятствия и значение текущей координаты головы ведомого поезда через МЦО 3 и 4 в блок 1 автоведения для расчета кривой торможения. Скорость движения поезда регулируется таким образом, чтобы динамическое расстояние до препятствия было не меньше минимально возможного расстояния с учетом обеспечения требований безопасности движения и возможных погрешностей расчетов и измерений. По достижению минимально возможного расстояния и фиксации нарушения соответствия безопасной схеме движения от блока 1 автоведения передается воздействие на блок 2 управления, обеспечивая необходимый режим торможения поезда.The computer 14 transmits information about the distance to the obstacle and the value of the current coordinate of the head of the slave train through the MCO 3 and 4 to the automatic control unit 1 for calculating the braking curve. The speed of the train is regulated so that the dynamic distance to the obstacle is not less than the minimum possible distance, taking into account the requirements for traffic safety and possible errors in calculations and measurements. Upon reaching the minimum possible distance and recording a violation of compliance with the safe traffic pattern, the action is transmitted from the automatic control unit 1 to the control unit 2, ensuring the necessary braking mode of the train.
В случае отсутствия данных от блока 19 лидаров или невалидности этих данных вычислитель 14 формирует сигналы, инициирующие передачу данных одометрии из модулей 6 и 7 ИПД для вычитания пройденного расстояния по результатам обработки данных модулей 6 и 7 ИПД от последнего измерения расстояния до препятствия блоком 19 лидаров подсистемы 17 ТЗ. In the event of the absence of data from the lidar unit 19 or the invalidity of this data, the computer 14 generates signals initiating the transmission of odometry data from the IPD modules 6 and 7 to subtract the distance traveled based on the results of processing the data from the IPD modules 6 and 7 from the last measurement of the distance to the obstacle by the lidar unit 19 of the TZ subsystem 17.
В модули 6 и 7 ИПД поступают значения ускорений от подсистемы 9 БИНС с выхода акселерометров, значения скорости и значения проекций вектора скорости для расчёта текущего значения скорости в реальном времени путем комплексирования данных от не менее чем двух датчиков пути и скорости блока 8 ДПС. Modules 6 and 7 of the IPD receive acceleration values from the BINS subsystem 9 from the output of the accelerometers, speed values and speed vector projection values to calculate the current speed value in real time by combining data from at least two path and speed sensors of the DPS block 8.
На основе полученных данных модули 6 и 7 ИПД вычисляют с высокой точностью текущие значения модуля скорости ведомого поезда и текущие значения приращения пути, как указано в описании устройства позиционирования рельсового транспортного средства (RU 2799734 C1, G01C 21/18, B61L 25/02, 20.04.2023).Based on the received data, modules 6 and 7 of the IPD calculate with high accuracy the current values of the speed module of the slave train and the current values of the path increment, as specified in the description of the positioning device of a rail vehicle (RU 2799734 C1, G01C 21/18, B61L 25/02, 20.04.2023).
Блок 1 автоведения ведомого поезда с учетом данных от МЦО 3 и 4 на основании информации о расстоянии до препятствия и текущей скорости рассчитывает кривую торможения и обеспечивает необходимый режим торможения ведомого поезда. При фиксации нарушения соответствия безопасной схеме блок 1 автоведения формирует соответствующее сообщение в блок 2 управления режимами движения поезда для обеспечения необходимого режима торможения поезда.Block 1 of automatic control of the slave train, taking into account the data from MCO 3 and 4, calculates the braking curve based on information about the distance to the obstacle and the current speed and ensures the required braking mode of the slave train. When a violation of the safety scheme is detected, block 1 of automatic control generates a corresponding message to block 2 of the train movement modes control to ensure the required braking mode of the train.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает сокращение межпоездного интервала при движении поездов в режиме виртуальной сцепки без изменения существующих систем железнодорожной автоматики и радиосвязи, что позволяет повысить пропускную способность перегона в условиях проведения ремонтных работ или при нагоне.Thus, the proposed system ensures a reduction in the inter-train interval when trains are moving in virtual coupling mode without changing the existing railway automation and radio communication systems, which makes it possible to increase the capacity of the section during repair work or during a rush.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2828911C1 true RU2828911C1 (en) | 2024-10-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2836929C1 (en) * | 2024-09-24 | 2025-03-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Train location and route determination device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2411147C2 (en) * | 2007-10-08 | 2011-02-10 | Зао Нпц "Тормоз" | Method and system of train handling |
RU2611445C1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-02-22 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" | System of automatic braking of rolling stock according to data of high precision system of coordinates |
WO2021226786A1 (en) * | 2020-05-11 | 2021-11-18 | Mtr Corporation Limited | On-board systems for trains and methods of determining safe speeds and locations of trains |
RU2804565C1 (en) * | 2023-04-07 | 2023-10-02 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | On-board technical vision system of rail vehicle |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2411147C2 (en) * | 2007-10-08 | 2011-02-10 | Зао Нпц "Тормоз" | Method and system of train handling |
RU2611445C1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-02-22 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" | System of automatic braking of rolling stock according to data of high precision system of coordinates |
WO2021226786A1 (en) * | 2020-05-11 | 2021-11-18 | Mtr Corporation Limited | On-board systems for trains and methods of determining safe speeds and locations of trains |
RU2804565C1 (en) * | 2023-04-07 | 2023-10-02 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | On-board technical vision system of rail vehicle |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2836929C1 (en) * | 2024-09-24 | 2025-03-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Train location and route determination device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3473522B1 (en) | Vehicle on-board controller centered train operation control system | |
US5893043A (en) | Process and arrangement for determining the position of at least one point of a track-guided vehicle | |
CN112132896B (en) | Method and system for detecting states of trackside equipment | |
CN112406960B (en) | Active anti-collision system and method for fusion of multiple sensors for subway | |
EP3770549B1 (en) | Information processing device, movement device, method, and program | |
RU2567997C2 (en) | Mobile devices and methods of monitoring vehicles | |
CN110968086B (en) | Vehicle arrival control method and system | |
CN110264783A (en) | Vehicle collision avoidance early warning system and method based on bus or train route collaboration | |
Albrecht et al. | A precise and reliable train positioning system and its use for automation of train operation | |
CN112307594A (en) | Integrated system and method for road data collection and simulation scene establishment | |
RU2725332C1 (en) | System for decentralized interval control of train movements | |
CN110027593A (en) | A kind of full-automatic unmanned driving's rail vehicle safe-guard system | |
CN113501029A (en) | Urban railway barrier and derailment detection device and method | |
RU2828911C1 (en) | Train movement control system in virtual coupling mode | |
CN113179303A (en) | Method, device and program carrier for reporting traffic events | |
US12073714B2 (en) | Traffic jam information providing device, traffic jam information processing method, and recording medium | |
US11454987B2 (en) | Self-driving coordination system and control method thereof | |
CN113650645A (en) | Method and system for identifying train turnout trend | |
CN110794821B (en) | Vehicle-mounted control device, field end positioning device, vehicle control system and vehicle | |
Franke et al. | Towards holistic autonomous obstacle detection in railways by complementing of on-board vision with UAV-based object localization | |
US11553309B2 (en) | Indoor and outdoor seamless positioning switching device including domains and actors | |
JP7461275B2 (en) | Track transportation system, control method for track transportation system, and trackside equipment shape measurement system | |
CN112622987A (en) | Train autonomous positioning speed measurement and integrity check system and method | |
KR102672693B1 (en) | Location Recognition and Occurrence Event Recording System for Railway Vehicle | |
GB2632923A (en) | Method for detecting obstacles onboard a machine adapted to move on at least one predetermined path |