RU2280579C1

RU2280579C1 - Rail vehicle navigation system

Info

Publication number: RU2280579C1
Application number: RU2005104492/11A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Белотелов (RU); Дмитрий Владимирович Белотелов; Евгений Игоревич Есаулов (RU); Евгений Игоревич Есаулов; Евгений Юрьевич Култыгин (RU); Евгений Юрьевич Култыгин
Original assignee: Дмитрий Владимирович Белотелов; Евгений Игоревич Есаулов; Евгений Юрьевич Култыгин
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-07-27

Abstract

FIELD: railway transport; traffic control.

SUBSTANCE: invention relates to navigation systems of rail vehicles. According to invention, computer is installed on board the running object and at least one satellite navigation receiver connected to computer. Passive markers are safely installed on rail track with possibility of definite determination of beginning and end of each separate significant section of rail track. Device is provided for activation and recording of responses of markers equipped with antennas and connected to computer. Marker data base is placed on movable object or stationary, with possibility of access from computer through data transmission channels. Unattended passive markers are devices supplied by energy of electromagnetic oscillations transmitted from movable object through antennas of activation device and made for radiation of modulated electromagnetic oscillations characterizing place of location of marker at reception of said energy.

EFFECT: provision of high accuracy of positioning of rail vehicles, both self-propelled and non-self-propelled, possibility of use as component part of system providing information support of traffic control.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области организации и управления движением на железных дорогах, а именно к системам навигации, обеспечивающим высокоточное позиционирование рельсовых транспортных средств как самоходных, так и несамоходных, и может быть использовано в качестве составной части системы информационного обеспечения управления движением, а именно точного определения местонахождения рельсовых транспортных средств, в том числе и дистанционное определение занимаемого рельсового пути.The invention relates to the field of organization and control of traffic on railways, and in particular to navigation systems providing high-precision positioning of rail vehicles, both self-propelled and non-self-propelled, and can be used as part of a traffic management information system, namely, accurate location determination rail vehicles, including the remote determination of the occupied rail track.

Известна (RU, патент 0026505, 2001) система навигации железнодорожного транспортного средства, характеризуемая наличием, по меньшей мере, одного идентификатора (маркера) пути, размещенного на трассе прохождения указанного транспортного средства, расположенного на указанном транспортном средстве средства возбуждения отклика указанного идентификатора путей и средства регистрации отклика указанного идентификатора путей, бортового компьютера, причем указанный бортовой компьютер выполнен с возможностью анализа указанного отклика и передачи информации посредством бортового терминала наземному посту контроля местонахождения транспортного средства. В предпочтительном варианте реализации система содержит более одного идентификатора путей, каждый из которых настроен на генерирование излучения в заданном диапазоне частот. Обычно идентификаторы путей, расположенные по трассе следования железнодорожного транспортного средства, настроены на генерирование излучений, длины волн которых соответствуют заранее заданной зависимости, при этом предпочтительно идентификаторы путей, расположенные по трассе следования железнодорожного транспортного средства, настроены на генерирование излучений, длины волн которых монотонно возрастают или убывают. Преимущественно, идентификаторы путей размещены на заданном расстоянии друг от друга, причем расстояние между последовательно установленными идентификаторами путей введено в программу бортового компьютера. Обычно каждый идентификатор путей имеет свой идентификационный номер, введенный в программу бортового компьютера и передаваемый идентификатором на транспортное средство. Система может дополнительно содержать, по меньшей мере, один радиоканал и/или спутник-ретранслятор.Known (RU, patent 0026505, 2001) is a navigation system for a railway vehicle, characterized by the presence of at least one identifier (marker) of the track located on the path of the specified vehicle located on the specified vehicle of the means of exciting the response of the specified track identifier and means registering the response of the specified path identifier, the on-board computer, and the specified on-board computer is configured to analyze the specified response and transmission and information through the on-board terminal to the ground control post of the vehicle location. In a preferred embodiment, the system contains more than one path identifier, each of which is configured to generate radiation in a given frequency range. Typically, the track identifiers located along the railway vehicle track are tuned to generate emissions whose wavelengths correspond to a predetermined relationship, while preferably the track identifiers located along the railway vehicle track are tuned to generate emissions whose wavelengths increase monotonically or are decreasing. Advantageously, the path identifiers are located at a predetermined distance from each other, the distance between successively set path identifiers being entered into the on-board computer program. Usually each path identifier has its own identification number entered into the on-board computer program and transmitted by the identifier to the vehicle. The system may further comprise at least one radio channel and / or repeater satellite.

Недостатком известной системы следует признать ее локальный характер, поскольку при использовании ее в масштабах значительного региона информационный сигнал, генерируемый идентификатором, может не обеспечить точного места расположения данного идентификатора, что приведет к ошибке в определении места нахождения транспортного средства и тем более занимаемого рельсового пути.A disadvantage of the known system should be recognized as its local nature, since when used on a significant region, the information signal generated by the identifier may not provide the exact location of this identifier, which will lead to an error in determining the location of the vehicle and, moreover, the occupied rail track.

Известна (RU, патент 2092355, 1997) система для управления движением поездов с использованием искусственных спутников Земли, содержащая установленные на каждом локомотиве приемники передаваемых с искусственных спутников Земли сигналов, выход каждого из которых связан с входом соответствующего из дальномеров, выходами подключенных к входам блока формирования сигналов местоположения поезда путем решения навигационных уравнений, связанного выходами с входом блока контроля и регулирования скорости движения поезда, входом блока памяти и через цифроаналоговый преобразователь с входом передатчика, выполненного с возможностью передачи сигналов через спутник связи на диспетчерский пункт, на котором установлен блок обработки информации, связанный с дисплеем, кроме того, система снабжена установленным на каждом локомотиве рельсовым локатором, а блок формирования сигналов местоположения поезда выполнен с дополнительным входом, подключенным к выходу рельсового локатора, и каналом формирования сигналов скорости поезда и расстояния до идущего впереди транспортного средства по информации, поступающей с рельсового локатора, для индикации их на локомотивном дисплее.Known (RU, patent 2092355, 1997) is a system for controlling the movement of trains using artificial Earth satellites, containing on each locomotive receivers of signals transmitted from artificial Earth satellites, the output of each of which is connected to the input of the corresponding rangefinder, the outputs connected to the inputs of the formation unit signals of the location of the train by solving the navigation equations associated with the outputs of the input of the control unit and control the speed of the train, the input of the memory unit and through a digital-to-analog converter with a transmitter input, which is capable of transmitting signals through a communication satellite to a control room, on which an information processing unit connected to the display is installed, in addition, the system is equipped with a rail locator installed on each locomotive, and the train location signal generation unit is made with an additional the input connected to the output of the rail locator, and the channel for generating signals of the speed of the train and the distance to the vehicle in front in front of formation coming from the rail locator to indicate them on the locomotive display.

Недостатком известного устройства следует признать невозможность определения занятого транспортным средством рельсового пути, поскольку точность определения координат с использованием средств космической навигации не превышает 10 м, а расстояние между рельсовыми путями обычно составляет 4-6 м.A disadvantage of the known device should be recognized as the impossibility of determining a rail occupied by a vehicle, since the accuracy of determining coordinates using space navigation means does not exceed 10 m, and the distance between rail tracks is usually 4-6 m.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в обеспечении повышения точности определения местонахождения подвижных объектов рельсового транспорта.The technical problem solved by the proposed technical solution is to increase the accuracy of determining the location of moving objects of rail transport.

Техническим результатом является создание навигационной системы, обеспечивающей повышение безопасности использования объектов рельсового транспорта за счет однозначного дистанционного определения занимаемого подвижными объектами рельсового пути и их положения на этом пути.The technical result is the creation of a navigation system that ensures increased safety of the use of rail transport facilities due to the unambiguous remote determination of the rail track occupied by moving objects and their position on this track.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать систему навигации рельсового транспорта, содержащую размещенное на борту подвижного объекта вычислительное устройство, выполненное с возможностью подключения к каналам передачи информации, к которому подключен, по меньшей мере, один спутниковый навигационный приемник с антенной, кроме того, система содержит средство активации и регистрации откликов маркеров с антеннами, подключенное к вычислительному устройству, и множество необслуживаемых пассивных маркеров, представляющих собой устройства, получающие питание от энергии электромагнитных колебаний, передаваемой с подвижного объекта посредством антенн средства активации, и выполненные с возможностью при получении указанной энергии излучать модулированные электромагнитные колебания, однозначно характеризующие место установки маркера, установленные безопасным образом на рельсовом пути с возможностью однозначного определения начала и конца каждого отдельного значащего участка рельсового пути, и базу данных маркеров, размещаемую на подвижном объекте или стационарно с возможностью доступа вычислительного устройства к указанной базе данных с использованием радиоканала. Это делает возможным определять дистанционно с диспетчерского пункта или локально на подвижном объекте занятый транспортным средством рельсовый путь и местонахождение на указанном рельсовом пути транспортного средства.To achieve the indicated technical result, it is proposed to use a rail navigation system containing a computing device located on board a moving object, configured to connect to information transmission channels to which at least one satellite navigation receiver with an antenna is connected, and the system further comprises means for activating and recording responses of tokens with antennas connected to a computing device and a multitude of maintenance-free passive tokens s, which are devices that are powered by electromagnetic energy transmitted from a moving object via antennas of the activation means, and configured to emit modulated electromagnetic waves upon receipt of the indicated energy, which unambiguously characterize the location of the marker, installed safely on the rail with the possibility of unambiguous determining the beginning and end of each individual significant section of the rail track, and a database of markers placed at moving object or stationary with the possibility of access of the computing device to the specified database using a radio channel. This makes it possible to determine remotely from the control room or locally on a moving object the rail occupied by the vehicle and the location on the specified rail track of the vehicle.

При реализации системы предпочтительно могут быть использованы или индукционные средства активации и регистрации и индукционные маркеры, или микроволновые средства активации и регистрации и микроволновые маркеры. Система также может дополнительно содержать инерционный датчик гироскопического типа. Обычно инерционный датчик дополнительно содержит встроенный счетчик количества оборотов колеса подвижного объекта.When implementing the system, either induction activation and registration means and induction markers, or microwave activation and registration means and microwave markers can preferably be used. The system may also further comprise an inertial gyro sensor. Typically, the inertial sensor further comprises a built-in counter of the number of revolutions of the wheel of the moving object.

Предлагаемая система навигации отличается от известных аналогичных систем тем, что кроме определения местоположения с высокой точностью за счет средств спутниковой навигации позволяет однозначно определять занимаемый рельсовый путь за счет идентификации рельсового пути маркером, одновременно выполняющим функцию калибровки спутникового приемника.The proposed navigation system differs from known similar systems in that in addition to determining the location with high accuracy due to satellite navigation, it allows you to uniquely determine the occupied rail track by identifying the rail track with a marker that simultaneously performs the calibration function of the satellite receiver.

Указанный технический результат достигается только комплексным использованием аппаратуры, размещенной на борту подвижного объекта, включающей подключенное к каналам передачи данных вычислительное устройство и подключенный к нему спутниковый навигационный приемник с антенной, а также индукционных (в другом варианте - микроволновых) средств активации и регистрации отклика маркеров с антеннами, размещаемой на рельсовом пути группы необслуживаемых пассивных маркеров, представляющих собой устройства, получающие питание от энергии электромагнитных колебаний, передаваемой с подвижного объекта, и, будучи запитаны, излучающие электромагнитные колебания, модулированные цифровой информацией, содержащей номер маркера, и устанавливаемых безопасным образом на рельсовом пути так, чтобы однозначно определять начало и конец каждого отдельного значащего участка рельсового пути; а также базы данных маркеров, размещаемой или на подвижном объекте, или стационарно, подключенной к каналу передачи данных. Исключение хотя бы одного из вышеперечисленных элементов не позволяет получить указанный технический результат.The specified technical result is achieved only by the integrated use of equipment located on board a moving object, including a computing device connected to data channels and a satellite navigation receiver connected to it with an antenna, as well as induction (in another embodiment, microwave) means of activation and registration of marker responses with antennas placed on the rail track of a group of maintenance-free passive markers, which are devices powered by electric energy electromagnetic waves transmitted from a moving object, and, when powered, emitting electromagnetic waves, modulated by digital information containing a marker number, and installed safely on the rail so as to uniquely determine the beginning and end of each individual significant section of the rail track; as well as a marker database located either on a moving object, or stationary, connected to a data transmission channel. The exclusion of at least one of the above elements does not allow to obtain the specified technical result.

Используемый маркер представляет собой одно из известных устройств, содержащих приемник электромагнитной энергии, запоминающее устройство, формирователь цифровой последовательности, модулятор и передатчик. Для приема и излучения электромагнитных колебаний маркер содержит также одну или более катушку индуктивности или антенну. При попадании в приемник достаточного количества электромагнитной энергии схема начинает работать следующим образом. Формирователь воздействует считанной из запоминающего устройства цифровой последовательностью на модулятор, изменяющий известным способом одну или более из характеристик излучаемого передатчиком электромагнитного колебания. Для повышения достоверности принятой подвижным средством информации цифровая последовательность повторяется циклически до тех пор, пока электромагнитная энергия не перестанет поступать на вход приемника.The marker used is one of the known devices comprising an electromagnetic energy receiver, a storage device, a digital sequence generator, a modulator and a transmitter. To receive and emit electromagnetic waves, the marker also contains one or more inductors or antennas. When a sufficient amount of electromagnetic energy gets into the receiver, the circuit begins to work as follows. The shaper acts by the digital sequence read from the storage device on the modulator, which changes one or more of the characteristics of the electromagnetic wave emitted by the transmitter in a known manner. To increase the reliability of the information received by the mobile device, the digital sequence is repeated cyclically until the electromagnetic energy ceases to flow to the input of the receiver.

Маркер, координаты которого с высокой точностью привязки к местности хранятся в базе данных, позволяет определить погрешность спутниковой навигации и компенсировать ее, вплоть до следующего маркера. Это позволяет определить путь, на котором находится данное транспортное средство и увеличить точность определения положения на данном пути.A marker, the coordinates of which are stored in a database with high accuracy of reference to the terrain, allows you to determine the error of satellite navigation and compensate for it, up to the next marker. This allows you to determine the path on which the vehicle is located and to increase the accuracy of determining the position on this path.

На чертеже изображена блок-схема навигационной системы рельсовых транспортных средств, при этом использованы следующие обозначения: спутниковый навигационный приемник 1 с антенной 2, вычислительное устройство 3, инерционный датчик 4, база данных маркеров 5, приемопередатчик 6 с антеннами 7 и маркеры 8.The drawing shows a block diagram of the navigation system of rail vehicles, with the following notation: satellite navigation receiver 1 with antenna 2, computing device 3, inertial sensor 4, marker database 5, transceiver 6 with antennas 7 and markers 8.

Предлагаемая система навигации работает следующим образом. Спутниковый навигационный приемник 1 получает сигналы от навигационных спутников (например, GPS, ГЛОНАСС и т.д.) через антенну 2. На основе полученных радиосигналов, решая известным образом навигационное уравнение, приемник 1 рассчитывает положение подвижного объекта в пространстве с некоторой точностью (обычно, до 10-30 м), не позволяющей однозначно определить занимаемый рельсовый путь, и передает его в вычислительное устройство 3. При прохождении транспортного средства в зоне действия маркера 8 последний активируется от электромагнитной энергии, излучаемой средством активации и регистрации 6 через антенны 7, и начинает излучать электромагнитные колебания, модулированные цифровой информацией, характеризующей номер маркера. Средство активации и регистрации 6 через антенны 7 принимает электромагнитные колебания от маркера 8 и передает считанный номер маркера в вычислительное устройство 3. Вычислительное устройство 3 через каналы передачи данных передает номер маркера в базу данных 5. База данных 5 возвращает через каналы передачи данных в вычислительное устройство 3 информацию о координатах маркера, рельсовом пути, на котором он установлен, а также дополнительную информацию, например данные о скоростном режиме участка, профиле участка, расстоянии до объектов (в т.ч. следующем маркере) и т.д. Вычислительное устройство 3 на основе полученной информации рассчитывает поправку к данным спутникового навигационного приемника и в дальнейшем использует эту поправку до следующего маркера. В варианте использования микроволнового маркера 8 вычислительное устройство 3 дополнительно своей командой может отключать микроволновое электромагнитное излучение средства активации и регистрации 6 с целью уменьшения влияния вредного электромагнитного излучения на окружающую среду и повторно включает его на расстоянии до следующего маркера, минимум вдвое превышающем погрешность спутникового навигационного приемника 1. В случае кратковременного пропадания сигнала с навигационных спутников (в частности, в тоннелях, под эстакадами, в горах и т.д.) вычислительное устройство 3 использует инерционный датчик 4 для определения вектора движения подвижного объекта (в другом варианте - спутниковый навигационный приемник использует встроенный инерционный датчик). При дополнительном использовании встроенного счетчика оборотов колеса вычислительное устройство получает также данные о скорости движения и пройденном криволинейном расстоянии, которые использует для решения навигационного уравнения известным способом.The proposed navigation system works as follows. Satellite navigation receiver 1 receives signals from navigation satellites (e.g. GPS, GLONASS, etc.) through antenna 2. Based on the received radio signals, solving the navigation equation in a known manner, receiver 1 calculates the position of a moving object in space with some accuracy (usually, up to 10-30 m), which does not allow to unambiguously determine the occupied rail track, and transmits it to the computing device 3. When passing the vehicle in the range of the marker 8, the latter is activated by electromagnetic rgii emitted by the means of activation and registration 6 through the antenna 7, and begins to emit electromagnetic waves, modulated by digital information characterizing the marker number. The means of activation and registration 6 through antennas 7 receives electromagnetic waves from the marker 8 and transmits the read marker number to the computing device 3. Computing device 3 passes the marker number to the database 5 through the data transmission channels. Database 5 returns via the data transmission channels to the computing device 3 information on the coordinates of the marker, the rail on which it is installed, as well as additional information, for example, data on the speed regime of the section, section profile, distance to objects ( including the following markers), etc. Computing device 3 on the basis of the received information calculates the correction to the data of the satellite navigation receiver and further uses this correction to the next marker. In the use case of the microwave marker 8, the computing device 3 can optionally turn off the microwave electromagnetic radiation of the activation and recording means 6 with its command in order to reduce the influence of harmful electromagnetic radiation on the environment and re-enable it at a distance to the next marker, at least twice the error of the satellite navigation receiver 1 . In case of short-term loss of a signal from navigation satellites (in particular, in tunnels, under trestles, mountains, etc.) computer 3 uses the inertia sensor 4 for determining the motion vector of the mobile object (in another embodiment - the satellite navigation receiver uses the inertial sensor integrated). With the additional use of the built-in wheel revolution counter, the computing device also receives data on the speed of movement and the traveled curved distance, which it uses to solve the navigation equation in a known manner.

Полученные данные о занимаемом рельсовом пути и своем местоположении на нем вычислительное устройство 3 может передать по каналам передачи данных системам управления движения или устройству отображения информации обслуживающему персоналу, в том числе на самом подвижном объекте.The computing device 3 can transmit the obtained data about the occupied rail track and its location on it through the data transmission channels to the motion control systems or the information display device to the maintenance personnel, including the mobile unit itself.

Использование предлагаемой системы позволяет однозначно определить местонахождения транспортного средства на рельсовом пути, а также занимаемый транспортным средством рельсовый путь.Using the proposed system allows you to uniquely determine the location of the vehicle on the track, as well as occupied by the vehicle track.

Claims

1. A navigation system for rail vehicles comprising a computing device located on board a moving object configured to connect to information transmission channels, as well as at least one satellite navigation receiver with an antenna connected to the computing device, characterized in that it further comprises maintenance-free passive markers that are installed safely on the track with the ability to uniquely determine the beginning and end of each individual significant hour rail track, a means of activation and registration of responses of markers, equipped with antennas and connected to a computing device, and a database of markers located on a moving object or stationary with the ability to access a computing device through information transmission channels, while maintenance-free passive markers are devices receiving power from the energy of electromagnetic waves transmitted from a moving object by means of antennas activation means, and made with the possibility upon receipt of the indicated energy, emit modulated electromagnetic waves that uniquely characterize the location of the marker.

2. The system according to claim 1, characterized in that the used induction means of activation and registration of markers and induction markers.

3. The system according to claim 1, characterized in that the used microwave means of activation and registration of markers and microwave markers.

4. The system according to claim 1, characterized in that it further comprises an inertial sensor of a gyroscopic type connected to a computing device.

5. The system according to claim 4, characterized in that the inertial sensor contains a built-in counter of the number of revolutions of the wheel of the movable object.