RU2791472C1 - System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line - Google Patents

System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line Download PDF

Info

Publication number
RU2791472C1
RU2791472C1 RU2021134923A RU2021134923A RU2791472C1 RU 2791472 C1 RU2791472 C1 RU 2791472C1 RU 2021134923 A RU2021134923 A RU 2021134923A RU 2021134923 A RU2021134923 A RU 2021134923A RU 2791472 C1 RU2791472 C1 RU 2791472C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
linear
infrastructure
electromagnetic waves
railway
detection system
Prior art date
Application number
RU2021134923A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2791472C9 (en
Inventor
Риккардо МАДЖОРА
Сара САЛЬВАДОР
Original Assignee
Дма С.Р.Л.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дма С.Р.Л. filed Critical Дма С.Р.Л.
Application granted granted Critical
Publication of RU2791472C1 publication Critical patent/RU2791472C1/en
Publication of RU2791472C9 publication Critical patent/RU2791472C9/en

Links

Images

Abstract

FIELD: railway vehicle.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a device for checking the state of a contact line. The detection system for linear infrastructures of a railway line comprises at least one electromagnetic wave detection device and a control unit configured to process electromagnetic waves reflected by said linear infrastructure and determine the position of the linear infrastructure relative to a predetermined reference frame. At the same time, the said device for detecting electromagnetic waves adapted for installation on board a railway vehicle, wherein the electromagnetic wave detection device comprises a phased array radar including a plurality of transceiver antennas. Also claimed is a railway vehicle containing a detection system for linear infrastructures of a railway line, and a method for detecting linear infrastructures through the detection system.
EFFECT: technical result consists in providing the possibility of determining the position of the linear infrastructures of the railway line when polluted by atmospheric agents or pollution from the movement of the transport itself.
10 cl, 14 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к диагностическим системам для железнодорожных инфраструктур, в частности к системам для детекции и мониторинга линейных инфраструктур, таких как цепные линии и опорные столбы цепной линии, а также профиль балласта.The present invention relates to diagnostic systems for railway infrastructures, in particular to systems for detecting and monitoring linear infrastructures such as catenaries and catenary poles, as well as the ballast profile.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

В железнодорожных инфраструктурах определение положения контактного провода и грузонесущего кабеля воздушной силовой линии по отношению к рельсовому пути важно для обеспечения того, чтобы они находились в правильном положении по отношению к контакту с контактным башмаком пантографа железнодорожного подвижного состава. На самом деле, неверная геометрическая форма контактов может привести к тому, что пантограф случайно зацепится за провода, что, скорее всего, приведет к разрушению обоих. Как показано на фиг. 1, воздушная силовая линия С включает в себя грузонесущий кабель или цепную линию Р, на которой контактный провод L подвешен посредством множества подвесов S. Контактный провод L может быть одиночным, как, например, в случае поперечного сечения с фиг. 2 или двойным, как в случае поперечного сечения с фиг. 3. При этом если Z обозначает вертикальную ось, центрированную посередине уклона пути, воздушная линия С может быть расположена в положении, более или менее смещенном относительно оси Z, что означает либо тот факт, что она может быть установлена на расстоянии от средней линии только на одной стороне от самой средней линии или тот факт, что она проходит с одной стороны на другую сторону средней линии.In railway infrastructures, determining the position of the contact wire and the load-carrying cable of the overhead power line in relation to the rail track is important to ensure that they are in the correct position with respect to contact with the contact shoe of the railway rolling stock pantograph. In fact, the wrong geometry of the pins can cause the pantograph to accidentally snag on the wires, most likely destroying both. As shown in FIG. 1, the overhead power line C includes a load-carrying cable or catenary P, on which a contact wire L is suspended by a plurality of hangers S. The contact wire L may be single, such as in the case of the cross section of FIG. 2 or double, as in the case of the cross section of FIG. 3. However, if Z denotes a vertical axis centered in the middle of the track grade, the overhead line C can be located in a position more or less offset from the Z axis, which means either the fact that it can be installed at a distance from the center line only by one side of the centerline itself, or the fact that it runs from one side to the other side of the centerline.

В настоящее время существуют инструменты для измерения положения контактного провода L и грузонесущего кабеля Р относительно пути, которые основаны на контактной системе. Это контактные датчики, обычно добавляемые к пантографу диагностического транспортного средства для измерения высоты контактного провода L и в некоторых случаях его бокового положения относительно середины пути, которое может изменяться в зависимости от прохождения воздушной линии в плоскости рельсов (ось Y), или же в зависимости от наличия переключателей или пересечений, или просто в результате компенсации теплового расширения посредством натяжных грузов или по любой другой причине.Currently, there are tools for measuring the position of the contact wire L and the load-carrying cable P with respect to the path, which are based on a contact system. These are contact sensors usually added to the pantograph of a diagnostic vehicle to measure the height of the contact wire L and in some cases its lateral position relative to the middle of the track, which can vary depending on the passage of the overhead line in the plane of the rails (Y axis), or depending on the presence of switches or intersections, or simply as a result of compensation for thermal expansion by means of tension weights, or for any other reason.

Кроме того, еще один недостаток, хотя и частичный, заключается в том, что этот инструмент может измерять положение воздушной линии только в рабочих условиях, когда провод L смещен относительно положения покоя из-за взаимодействия с пантографом.In addition, another disadvantage, although partial, is that this instrument can only measure the position of an overhead line under operating conditions, when the wire L is displaced from the rest position due to interaction with the pantograph.

Разумеется, измерение положения в рабочих условиях представляет некоторый интерес для целей диагностики, однако именно положение покоя более интересно, поскольку именно последнее позволяет проводить прогностическую деятельность в отношении возможных недостатков во время движения железнодорожного транспорта.Of course, the measurement of the position under operating conditions is of some interest for diagnostic purposes, but it is the rest position that is more interesting, since it is the latter that allows predictive activities in relation to possible shortcomings during the movement of railway traffic.

Кроме того, существует множество бесконтактных измерительных инструментов, предназначенных для измерения положения одного или более проводов L в зависимости от их типа. Когда эти инструменты установлены вблизи пантографа, они могут измерять как положение под давлением пантографа (т.е. с поднятым пантографом), так и статическое положение или положение покоя (т.е. с опущенным пантографом). Это инструменты преимущественно оптического типа, основанные на ротационных сканерах (LIDAR) или оптической триангуляции различных типов.In addition, there are many non-contact measuring instruments designed to measure the position of one or more wires L, depending on their type. When these instruments are mounted near the pantograph, they can measure both the pantograph pressure position (i.e. with the pantograph up) and the static or rest position (i.e. with the pantograph down). These are instruments of predominantly optical type, based on rotational scanners (LIDAR) or optical triangulation of various types.

Несмотря на то, что они достаточно точны и потенциально способны выполнять мониторинг воздушных линий не строго в рабочих условиях, основным недостатком, которым страдают эти инструменты, является загрязнение. Поскольку это оптические приборы, они нуждаются в прозрачных или, во всяком случае, рефракционных окнах, через которые собственно и производится измерение. Поскольку эти окна в любом случае находятся на участках железнодорожного транспорта, на которые воздействуют суровые погодные условия, они подвержены чрезвычайно быстрому ухудшению рабочих характеристик из-за загрязнения атмосферными агентами и/или загрязнения в результате накопления материала, отделяющегося от движущегося железнодорожного транспорта, такого как жир, грязь и жидкости.Although they are quite accurate and potentially capable of monitoring overhead lines in non-strict field conditions, the main disadvantage that these instruments suffer from is contamination. Since these are optical devices, they need transparent or, in any case, refractive windows, through which the measurement is actually made. Since these windows are in any case located in sections of rail traffic that are exposed to severe weather conditions, they are subject to extremely rapid performance degradation due to pollution by atmospheric agents and/or pollution from the accumulation of material released from moving rail traffic, such as grease. , dirt and liquids.

Также детекция поперечного профиля балласта на уклоне является важным аспектом, хотя и относительно независимым от того, что было изложено выше. Балласт - это слой щебня, который удерживает шпалы и, следовательно, путь, прикрепленными к грунту. Высота балласта по отношению к шпалам является весьма критическим параметром: она должна быть достаточной, чтобы удерживать путь на грунте, но не чрезмерной, как для того, чтобы не тратить материал, так и для предотвращения повреждения поезда или инфраструктуры камнями, поднятыми при перемещении воздуха из-за прохождения поезда.Also, the detection of the cross profile of the ballast on the slope is an important aspect, although relatively independent of what has been described above. Ballast is the layer of rubble that keeps the sleepers, and therefore the track, anchored to the ground. The height of the ballast in relation to the sleepers is a very critical parameter: it must be sufficient to keep the track on the ground, but not excessive, both in order not to waste material, and to prevent damage to the train or infrastructure by stones raised by the movement of air from -for the passage of the train.

Также для определения профиля балласта в настоящее время используются оптические инструменты, которые имеют те же проблемы, что указано выше.Also, optical instruments are currently used to determine the ballast profile, which have the same problems as mentioned above.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутых технических проблем. В частности, задача настоящего изобретения состоит в создании системы для детекции положения линейных инфраструктур, таких как воздушные линии, опорные столбы и профиль балласта, обеспечивающей возможность работы, по существу нечувствительной к загрязнению атмосферными агентами или загрязнению из-за движения самого транспорта.The object of the present invention is to solve the above technical problems. In particular, it is an object of the present invention to provide a system for detecting the position of linear infrastructures such as overhead lines, poles and ballast profile, allowing operation to be substantially insensitive to pollution by atmospheric agents or pollution due to traffic itself.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задача настоящего изобретения решается системой, железнодорожным транспортным средством и способом, имеющими совокупность признаков, изложенную в прилагаемой формуле изобретения, составляющей неотъемлемую часть сведений технического характера, раскрытых в материалах заявки в отношении изобретения.The objective of the present invention is solved by a system, a railway vehicle and a method having the totality of features set forth in the attached claims, which form an integral part of the technical information disclosed in the application materials in relation to the invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые представлены исключительно в качестве неограничивающего примера и на которых:The invention is described below with reference to the accompanying drawings, which are presented solely as a non-limiting example and in which:

- фиг. 1-3, которые уже были описаны, иллюстрируют воздушную силовую линию и два ее характерных поперечных сечения, соответственно;- fig. 1-3, which have already been described, illustrate an air field line and its two characteristic cross sections, respectively;

- фиг. 4 и 5 иллюстрируют условия, приведенные на примере смещения линейных инфраструктур относительно середины плоскости рельсов;- fig. 4 and 5 illustrate the conditions given by the example of the displacement of linear infrastructures relative to the middle of the plane of the rails;

- фиг. 6 и 7 иллюстрируют два варианта осуществления измерительной системы в соответствии с изобретением;- fig. 6 and 7 illustrate two embodiments of a measuring system in accordance with the invention;

- фиг. 8 и 9 представляют собой два вида (вид сбоку и вид в перспективе, соответственно) другого варианта осуществления измерительной системы согласно изобретению;- fig. 8 and 9 are two views (side view and perspective view, respectively) of another embodiment of the measuring system according to the invention;

- фиг. 10 и 11 иллюстрируют вид в перспективе и вид сверху, соответственно, другого варианта осуществления системы согласно изобретению;- fig. 10 and 11 illustrate a perspective view and a plan view, respectively, of another embodiment of the system according to the invention;

- фиг. 12 и 13 иллюстрируют еще один вариант осуществления изобретения; и- fig. 12 and 13 illustrate another embodiment of the invention; And

- фиг. 14 иллюстрирует еще один вариант осуществления изобретения, приспособленный, в частности, для детекции профиля балласта на уклоне.- fig. 14 illustrates another embodiment of the invention, adapted in particular for the detection of a ballast profile on a slope.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

На фиг. 6 и 7 позицией 1 обозначена система детекции для железнодорожных инфраструктур в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. Система 1 детекции содержит по меньшей мере одно устройство 2 детекции электромагнитных волн, которое, в свою очередь, содержит по меньшей мере одну приемопередающую антенну.In FIG. 6 and 7, 1 denotes a detection system for railway infrastructures in accordance with various embodiments of the invention. The detection system 1 comprises at least one electromagnetic wave detection device 2, which in turn comprises at least one transceiver antenna.

В некоторых вариантах осуществления, таких как проиллюстрированный на фиг. 7, система детекции может содержать два устройства детекции электромагнитных волн, обозначенных ссылочными номерами 2А, 2В. По меньшей мере одна приемопередающая антенна каждого устройства 2, 2А, 2В приспособлена для излучения электромагнитных волн в направлении линейной инфраструктуры и для приема электромагнитных волн, отраженных линейной инфраструктурой.In some embodiments, such as illustrated in FIG. 7, the detection system may include two electromagnetic wave detection devices, designated 2A, 2B. At least one transceiver antenna of each device 2, 2A, 2B is adapted to radiate electromagnetic waves towards the line infrastructure and to receive electromagnetic waves reflected by the line infrastructure.

Систему 1 удобно устанавливать на крыше железнодорожного транспорта, однако - в зависимости от линии инфраструктуры, которая подлежит детекции, - возможны и другие местоположения.System 1 is conveniently installed on the roof of a railway vehicle, however - depending on the line of infrastructure to be detected - other locations are possible.

В предпочтительном варианте осуществления устройство 2 детекции содержит радар, относящийся к так называемому типу с фазированной решеткой, включающий в себя множество приемопередающих антенн, питаемых последовательно, с предварительно установленной фазовой задержкой, так что общий волновой фронт может охватывать угол β амплитуды, достаточный для покрытия диапазона изменений положений воздушной линии С, представляющего интерес для конкретного типа применения.In a preferred embodiment, the detection device 2 comprises a radar of the so-called phased array type, including a plurality of transmit/receive antennas fed in series with a predetermined phase delay so that a common wavefront can cover an amplitude angle β sufficient to cover the range changes in the position of the overhead line C, which is of interest for a particular type of application.

В радаре с фазированной решеткой подача на решетку приемопередающих антенн сигналов, имеющих заранее установленную разность фаз, генерирует волновой фронт с известным угловым сдвигом фазы относительно оси самого радара. Это означает, что, изменяя фазовый сдвиг во времени, можно изменять угол β, определяя в результате рабочий диапазон устройства 2.In a phased array radar, applying signals having a predetermined phase difference to the array of transceiver antennas generates a wavefront with a known angular phase shift relative to the axis of the radar itself. This means that by changing the phase shift in time, it is possible to change the angle β, thereby determining the operating range of device 2.

Система 1 дополнительно содержит электронный блок управления CU, который приспособлен для приема сигнала, представляющего электромагнитную волну, отраженную и перехваченную приемопередающими антеннами устройства 2, и для определения положения линейной инфраструктуры по отношению к заданной системе отсчета. В общем случае электронный блок управления CU принимает совокупность сигналов, которые содержат информацию, касающуюся излучаемых электромагнитных волн и отраженных электромагнитных волн. Учитывая, что обработка данных сигнала относительно отраженных электромагнитных волн является особенно сложной, обработка выполняется с помощью специализированных вычислительных блоков (таких как DSP+RISC CPU и, возможно, FPGA).The system 1 further comprises an electronic control unit CU which is adapted to receive a signal representing an electromagnetic wave reflected and intercepted by the transceiver antennas of the device 2 and to determine the position of the linear infrastructure with respect to a given reference frame. In general, the CU electronic control unit receives a set of signals which contain information regarding radiated electromagnetic waves and reflected electromagnetic waves. Considering that signal data processing with respect to reflected electromagnetic waves is particularly complex, the processing is performed by dedicated computing units (such as DSP+RISC CPUs and possibly FPGAs).

Как можно видеть на фиг. 6 и 7, а также на следующих фигурах 8 и 11, система 1 приспособлена для применения на борту железнодорожного транспортного средства V, которое может быть либо диагностическим транспортным средством, либо полностью обычным пассажирским или грузовым железнодорожным транспортным средством, таким как пассажирский вагон, высокоскоростной поезд, товарный вагон, локомотив или же железнодорожная дрезина, управляемая человеком (например, ручная дрезина или автодрезина). При установке на борт железнодорожного транспортного средства, система 1, кроме того, приспособлена для взаимодействия с датчиком 3 (или вообще любым датчиком углового положения), подключенным к колесной паре тележки железнодорожного транспортного средства (например, интегрированным в положении, соответствующем буксе тележки), что обеспечивает синхронизацию данных, детектируемых устройством 2, с движением транспортного средства вдоль плоскости рельсов.As can be seen in FIG. 6 and 7, as well as in the following figures 8 and 11, the system 1 is adapted for use on board a railway vehicle V, which can be either a diagnostic vehicle or a completely conventional passenger or freight railway vehicle such as a passenger car, high-speed train , a freight car, a locomotive, or a railroad railcar operated by a person (for example, a manual railcar or a railcar). When installed on board a railway vehicle, the system 1 is further adapted to interact with a sensor 3 (or any angle sensor in general) connected to the wheelset of the railway vehicle bogie (for example, integrated in a position corresponding to the bogie box), which ensures synchronization of the data detected by the device 2 with the movement of the vehicle along the plane of the rails.

В частности, каждый сбор данных устройством 2 запускается импульсом, который также вызывает считывание счетчика импульсов кодировщика 3. Таким образом, можно обеспечить измерение с эталонным пробегом на участке пути, по которому движется транспортное средство V, и, кроме того, можно измерить расстояние, пройденное самим транспортным средством V.In particular, each data acquisition by the device 2 is triggered by an impulse which also causes the encoder 3's pulse counter to be read. In this way, it is possible to provide a measurement with a reference mileage on the section of the path along which the vehicle V is traveling, and in addition, it is possible to measure the distance traveled the vehicle itself V.

Считывание устройством 2 происходит чрезвычайно быстро, и устройство 2 способно эффективно работать до скорости порядка 300 км/ч.Reading by device 2 is extremely fast and device 2 is capable of operating efficiently up to speeds of the order of 300 km/h.

Как показано на фиг. 6, система 1 в соответствии с изобретением, в которой имеется одиночное устройство 2 детекции, может использоваться всякий раз, когда необходимо измерять ничего, кроме положения одного или более контактных проводов L воздушной линии С. Решение с фиг. 7, напротив, предпочтительно, когда требуется измерить также и цепную линую кабеля Р, который может быть скрыт контактным проводом L, если система 1 находится точно под ним.As shown in FIG. 6, the system 1 according to the invention, in which there is a single detection device 2, can be used whenever it is necessary to measure nothing but the position of one or more contact wires L of the overhead line C. The solution of FIG. 7, on the contrary, it is preferable when it is also required to measure the catenary line of the cable P, which can be hidden by the contact wire L if the system 1 is exactly below it.

В случае, когда участок пути имеет какую-либо характеристику геометрической неоднородности или сингулярности или для предотвращения частичной или неполной детекции из-за того, что грузонесущий кабель Р воздушной линии может быть замаскирован проводом L, или опять же из-за того, что при использовании двойного провода L один из двух проводов может быть замаскирован другим - опять же с учетом установки системы 1 на крыше железнодорожного подвижного состава - система 1 более удобно построена как представлено на фиг. 7, то есть, по меньшей мере с двумя устройствами 2А, 2В детекции электромагнитных волн (предпочтительно, радарами с фазированной решеткой), расположенными на противоположных сторонах транспортного средства V и имеющими взаимно инцидентные оси. Таким образом, любой объект, который замаскирован для одного из двух радаров 2А, 2В, не будет замаскирован для другого.In the case where a section of the track has any characteristic of geometric heterogeneity or singularity or to prevent partial or incomplete detection due to the fact that the load-carrying cable P of the overhead line can be masked by the wire L, or again due to the fact that when using double wire L, one of the two wires can be masked by the other - again considering the installation of the system 1 on the roof of the railway vehicle - the system 1 is more conveniently constructed as shown in FIG. 7, that is, with at least two electromagnetic wave detection devices 2A, 2B (preferably phased array radars) located on opposite sides of the vehicle V and having mutually incident axes. Thus, any object that is masked to one of the two radars 2A, 2B will not be masked to the other.

Однако в этих вариантах осуществления системы 1 возникает необходимость улавливать отраженные эхо-сигналы каждого радара 2А, 2В, чтобы предотвратить события ложного распознавания.However, in these embodiments of the system 1, it becomes necessary to capture the return echoes of each radar 2A, 2B in order to prevent false positive events.

Первое решение состоит в подаче на радары 2А, 2В сигналов, имеющих разные частоты, так, чтобы фильтровать сигналы, соответствующие отраженным электромагнитным волнам, с помощью фильтров, чувствительных к частотам, тем самым легко отличая эхо-сигналы радара 2А от эхо-сигналов радара 2В.The first solution is to feed the radars 2A, 2B with signals having different frequencies so as to filter the signals corresponding to the reflected electromagnetic waves with frequency sensitive filters, thereby easily distinguishing the echoes of the radar 2A from the echoes of the radar 2B. .

Вторая возможность состоит в управлении радарами 2А, 2В (и любыми другими радарами 2, которые могут составлять инструмент 1) посредством так называемого метода разделения времени, т.е. присвоения каждому радару 2А, 2В окна работы в заданном интервале времени, чтобы иметь взаимно однозначное соответствие между конкретным моментом времени и испускаемыми и отраженными электромагнитными волнами. Другими словами, в этом случае есть уверенность, что в данный момент работает один и только один радар из решетки системы 1, в соответствии с последовательностью активации радара.The second possibility is to control the radars 2A, 2B (and any other radars 2 that may constitute instrument 1) by means of the so-called time-sharing method, i.e. assigning each radar 2A, 2B a window of operation in a given time interval to have a one-to-one correspondence between a particular time and emitted and reflected electromagnetic waves. In other words, in this case, there is confidence that one and only one radar from the array of system 1 is currently operating, in accordance with the activation sequence of the radar.

В других вариантах осуществления можно управлять радарами 2А, 2В и другими возможными радарами системы 1 так, чтобы два метода управления - с переменной частотой и временным разделением - объединялись друг с другом.In other embodiments, radars 2A, 2B, and other possible radars of system 1 can be controlled such that the two control methods - variable frequency and time division - are combined with each other.

Как показано на фиг. 8, в другом варианте осуществления изобретения система 1 приспособлена, в частности, для измерения положения и детекции геометрической формы кронштейнов, несущих воздушную линию С. Кронштейны обозначены позицией В и в общем случае содержат раму, установленную консольно по отношению к опорному столбу ST, к которому прикреплен грузонесущий кабель или цепная линия Р. В этом случае, в дополнение к одному или более устройств 2 детекции электромагнитных волн, опять же предпочтительно расположенным на крыше железнодорожного транспортного средства, система 1 предпочтительно содержит одно или более устройств 4 получения изображения, приспособленных для определения рамок соответствующей линейной инфраструктуры (кронштейн В) и для предоставления, посредством известных алгоритмов обработки изображений, указания геометрической формы самого кронштейна В и - в сочетании с данными, полученными посредством устройства 2, - указания его положения относительно плоскости рельсов (высота в направлении Z относительно оси Y/плоскости XY, при этом ось Z перпендикулярна плоскости XY). Комбинация устройства 2 с устройствами 4 получения изображения важна, поскольку устройство 2 предоставляет внутренне откалиброванные геометрические размеры, тогда как размеры на изображении меняются в зависимости от расстояния, оптики и угла обзора.As shown in FIG. 8, in another embodiment of the invention, the system 1 is adapted, in particular, for measuring the position and detecting the geometric shape of the brackets carrying the overhead line C. The brackets are designated B and generally comprise a frame mounted cantilevered with respect to the supporting post ST, to which a load carrying cable or catenary P is attached. In this case, in addition to one or more electromagnetic wave detection devices 2, again preferably located on the roof of the railway vehicle, the system 1 preferably comprises one or more imaging devices 4 adapted to detect frames corresponding linear infrastructure (bracket B) and to provide, by means of known image processing algorithms, an indication of the geometric shape of the bracket B itself and - in combination with data obtained by the device 2 - an indication of its position relative to the plane of the rails (height in the Z direction rel. along the Y axis/XY plane, with the Z axis perpendicular to the XY plane). The combination of device 2 with imaging devices 4 is important because device 2 provides internally calibrated geometric dimensions, while image dimensions vary with distance, optics, and viewing angle.

Как показано на фиг. 10 и 11, в еще одном варианте осуществления системы 1 можно предусмотреть радар 2, который может быть установлен на одной стороне железнодорожного транспортного средства V и приспособлен для детекции положения опорных столбов ST.As shown in FIG. 10 and 11, in yet another embodiment of the system 1, a radar 2 can be provided, which can be mounted on one side of the railway vehicle V and adapted to detect the position of the supporting posts ST.

Также в этом случае устройство 2 детекции электромагнитных волн предпочтительно представляет собой радар с использованием фазированной решетки, приспособленный для сканирования железнодорожной инфраструктуры в пределах диапазона измерения, определяемого углом β, который может изменяться в зависимости от возбуждения приемопередающих антенн самого радара 2.Also in this case, the electromagnetic wave detection device 2 is preferably a phased array radar adapted to scan the railway infrastructure within the measurement range determined by the angle β, which may vary depending on the excitation of the transceiver antennas of the radar 2 itself.

Как показано на фиг. 12 и 13, в еще одном варианте осуществления системы 1 можно предусмотреть радар 2, который может быть установлен на платформе железнодорожного вагона или дрезины, даже с приведением в действие человеком или толкаемым или буксируемым людьми на грунте, и приспособлен для детекции положения проводов (грузонесущий кабель Р или контактные провода L) воздушной линии С. Опорным параметром в данном случае является расстояние h, измеренное в (вертикальном) направлении Z с относительно плоскости (параллельной плоскости XY), касательной к платформе вагона или дрезины, что соответствует расстоянию системы 1 от плоскости самой платформы.As shown in FIG. 12 and 13, in yet another embodiment of system 1, it is possible to provide a radar 2, which can be mounted on the platform of a railway car or trolley, even when powered by a person or pushed or towed by people on the ground, and adapted to detect the position of wires (carrying cable P or contact wires L) of the overhead line C. The reference parameter in this case is the distance h measured in the (vertical) direction Z c relative to the plane (parallel to the XY plane) tangent to the wagon or railcar platform, which corresponds to the distance of the system 1 from the plane itself platforms.

Расстояние h является функцией желаемого поперечного разрешения (ось Y) инструмента: чем лучше желаемое разрешение, тем больше расстояние h. Также в этом случае устройство 2 детекции электромагнитных волн предпочтительно представляет собой радар с использованием фазированной решетки, приспособленный для сканирования железнодорожной инфраструктуры (воздушная линия L) в диапазоне измерения, определяемом углом β, который изменяется как функция управления приемопередающими антеннами самого радара 2. Согласно предпочтительному аспекту изобретения, аппаратное обеспечение системы 1 унифицировано для всех применений, описанных в данном документе; т.е. предпочтительно, чтобы система приемопередающих антенн всегда имела одну и ту же структуру независимо от применения.The distance h is a function of the desired lateral resolution (y-axis) of the instrument: the better the desired resolution, the greater the distance h. Also in this case, the electromagnetic wave detection device 2 is preferably a phased array radar adapted to scan the railway infrastructure (overhead line L) in the measurement range determined by the angle β, which varies as a function of the control of the transceiver antennas of the radar 2 itself. According to a preferred aspect of the invention, the hardware of system 1 is unified for all applications described in this document; those. it is preferable that the transceiver antenna system always have the same structure regardless of the application.

Адаптация рабочих параметров достигается за счет генерации различных сигналов для управления антеннами. Угол β в общем случае является одним из параметров, которые адаптируются путем выполнения изменений в отношении управляющих сигналов. Например, в случае транспортных средств V, состоящих из низких или опущенных вагонов, вагонеток или дрезин (малое расстояние h), предпочтительно устанавливать угол β на меньшие значения, чем в случае большого расстояния h, чтобы исследовать всегда и только ту область, что представляет интерес в поперечном направлении Y.Adaptation of operating parameters is achieved by generating various signals to control the antennas. The angle β is generally one of the parameters that are adapted by making changes to the control signals. For example, in the case of vehicles V consisting of low or lowered wagons, trolleys or railcars (small distance h), it is preferable to set the angle β to smaller values than in the case of a large distance h, in order to always and only explore the area of interest. in the transverse Y direction.

Как показано на фиг. 14, в еще одном варианте осуществления системы 1 можно предусмотреть радар 2, который может быть установлен под днищем (любого) железнодорожного транспортного средства и приспособлен для детекции профиля BLP путевого балласта BL. В этом случае балласт составляет линейную инфраструктуру, исследуемую с помощью системы 1, а профиль BPL соответствует огибающей положений каждой точки балласта относительно системы отсчета каждого устройства 2 детекции электромагнитных волн.As shown in FIG. 14, in yet another embodiment of system 1, a radar 2 can be provided that can be installed under the bottom of (any) railway vehicle and adapted to detect the BLP profile of the track ballast BL. In this case, the ballast constitutes a linear infrastructure investigated using the system 1, and the BPL profile corresponds to the envelope of the positions of each point of the ballast relative to the frame of reference of each device 2 for detecting electromagnetic waves.

В предпочтительном варианте осуществления система 1 содержит три радара 2, которые расположены один в центральном положении, а два других по обе стороны от транспортного средства, так чтобы покрывать все поперечное сечение балласта BL. В целом, количество радаров 2 соизмеримо с поперечным сечением балласта и углом измерения (или диапазоном углов измерения) β каждого радара 2. В качестве примера на фиг. 14 три радара 2 представлены как имеющие углы измерения β (центральный радар), β' (левый радар), β'' (правый радар). В соответствии с потребностями три угловых значения могут быть идентичными друг другу, адаптированы к площади (например, β≠β'=β''), или же все они могут отличаться друг от друга (β≠β'≠β'').In a preferred embodiment, the system 1 comprises three radars 2, which are located one in a central position and the other two on either side of the vehicle so as to cover the entire cross-section of the ballast BL. In general, the number of radars 2 is commensurate with the ballast cross-section and measurement angle (or range of measurement angles) β of each radar 2. As an example, FIG. 14, three radars 2 are shown as having measurement angles β (center radar), β' (left radar), β'' (right radar). According to needs, the three angular values can be identical to each other, adapted to the area (for example, β≠β'=β''), or they can all be different from each other (β≠β'≠β'').

Детекция профиля BLP балласта BL дает, когда железнодорожное транспортное средство V движется, последовательность поперечных профилей (т.е. профилей, поперечных по отношению к железнодорожному пути, следовательно, по отношению к направлению движения), которые соответствуют либо участку пути между двумя последовательными шпалами или участку пути, охватывающему шпалы. Профиль, детектированный на последнем участке, предоставляет ссылку для обработки профиля, детектированного в пространстве между последовательными шпалами: в частности, блок управления С может быть запрограммирован на распознавание профилей BPL, детектированных в пространствах между последовательными шпалами (следовательно, представляющих только балласт) и те, что получены, когда присутствует шпала, так чтобы сравнивать первое со вторым и определять отклонения профиля BPL только балласта относительно профилей BPL, детектированных там, где присутствуют шпалы (которые по большей части представляют собой профили самих шпал). Таким образом, может быть рассчитан индикатор отклонения профиля, детектированного там, где присутствует только балласт, по сравнению с профилем, детектированным там, где присутствуют только шпалы, и может быть зарегистрирован дефект, когда индикатор отклонения является чрезмерным в положительном направлении, (балласт на шпалах: риск повреждения нижней части железнодорожного транспорта из-за подбрасывания камней) или в отрицательном направлении (балласт слишком далеко ниже шпал: риск смещения уклона).The detection of the profile BLP of the ballast BL gives, when the railway vehicle V is moving, a sequence of transverse profiles (i.e. profiles transverse to the railway track, hence to the direction of travel) which correspond either to the section of track between two successive sleepers or section of the track covering the sleepers. The profile detected in the last section provides a link for processing the profile detected in the space between successive sleepers: in particular, the control unit C can be programmed to recognize BPL profiles detected in the spaces between successive sleepers (therefore representing only the ballast) and those that are obtained when a sleeper is present, so as to compare the former with the latter and determine the deviations of the BPL profile of only the ballast relative to the BPL profiles detected where the sleepers are present (which are for the most part the profiles of the sleepers themselves). Thus, a deflection indicator of a profile detected where only ballast is present compared to a profile detected where only sleepers are present can be calculated, and a defect can be registered when the deflection indicator is excessive in the positive direction (ballast on sleepers). : risk of damage to the lower part of the rail vehicle due to tossing of stones) or in a negative direction (ballast too far below the sleepers: risk of slope shifting).

Также в случае варианта осуществления с фиг. 14, система 1 может быть оборудована одним или более устройствами получения изображения, которые взаимодействуют с одним или более устройств детекции электромагнитных волн (например, радарами) 2.Also in the case of the embodiment of FIG. 14, system 1 may be equipped with one or more imaging devices that cooperate with one or more electromagnetic wave detection devices (e.g., radars) 2.

В каждом из вариантов осуществления, описанных в данном документе, система 1 позволяет реализовать способ детекции линейной инфраструктуры, содержащий:In each of the embodiments described herein, system 1 allows for the implementation of a line infrastructure detection method comprising:

- установку системы 1 детекции на железнодорожном транспортном средстве V любого типа (локомотив, пассажирский вагон, грузовой вагон, вагонетка или дрезина);- installation of a detection system 1 on a railway vehicle V of any type (locomotive, passenger car, freight car, trolley or handcar);

- движение железнодорожного транспортного средства по железнодорожному пути, где расположены подлежащие детекции линейные инфраструктуры;- the movement of a railway vehicle along the railway track, where the linear infrastructures to be detected are located;

- активацию по меньшей мере одного устройства детекции электромагнитных волн (например, радара 2) для направления электромагнитных волн на сетевую инфраструктуру, подлежащую детекции; и- activation of at least one device for detecting electromagnetic waves (for example, radar 2) for directing electromagnetic waves to the network infrastructure to be detected; And

- обработку, посредством блока управления, электромагнитных волн, отраженных линейной инфраструктурой, и определение положения линейной инфраструктуры относительно предварительно заданной системы отсчета (например, относительно локальной системы отсчета устройства 2 или, опять же, по отношению к системе отсчета, в свою очередь, определенной по отношению к одной или более локальным системам отсчета устройства 2 или устройств 2).- processing, by means of the control unit, electromagnetic waves reflected by the linear infrastructure and determining the position of the linear infrastructure with respect to a predetermined reference system (for example, relative to the local reference system of the device 2 or, again, in relation to the reference system, in turn, determined by with respect to one or more local reference frames of device 2 or devices 2).

Специалисту в данной области будет понятно, что система 1 согласно изобретению свободна от всех проблем загрязнения, которые присущи оптическим устройствам известного типа, с сохранением при этом всех их преимуществ. Фактически, устройства 2 детекции электромагнитных волн по существу нечувствительны к загрязнению - независимо от того, установлены ли они на крыше, по бокам или под днищем транспортного средства - и точно так же могут быть установлены на железнодорожном транспортном средстве как это определяется необходимостью. При этом устройства 2 детекции электромагнитных волн не требуют контакта между ними и воздушной линией С, поэтому их можно использовать для измерения любого участка линии, даже не задействованного в питании железнодорожного транспортного средства V.The person skilled in the art will appreciate that the system 1 according to the invention is free from all the problems of contamination that are inherent in optical devices of the known type, while retaining all their advantages. In fact, the electromagnetic wave detection devices 2 are essentially insensitive to contamination - whether they are installed on the roof, on the sides or under the bottom of the vehicle - and can just as well be installed on a railway vehicle as required. At the same time, the devices 2 for detecting electromagnetic waves do not require contact between them and the overhead line C, so they can be used to measure any section of the line, even not involved in the power supply of the railway vehicle V.

Разумеется, детали конструкции и варианты осуществления могут широко варьироваться относительно описанных и проиллюстрированных без выхода за объема охраны, определяемого прилагаемой формулой изобретения.Of course, construction details and embodiments may vary widely from those described and illustrated without departing from the scope of the appended claims.

Claims (24)

1. Система (1) детекции для линейных инфраструктур (С, Р, L, ST, В, BL) железнодорожной линии, содержащая:1. A detection system (1) for linear infrastructures (C, P, L, ST, B, BL) of a railway line, comprising: - по меньшей мере одно устройство (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн, содержащее по меньшей мере одну приемопередающую антенну, причем устройство (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн приспособлено для излучения электромагнитных волн в направлении линейной инфраструктуры (С, Р, L, ST, В, BL) посредством указанной по меньшей мере одной приемопередающей антенны и для приема электромагнитных волн, отраженных указанной линейной инфраструктурой (С, Р, L, ST, В, BL); и- at least one device (2, 2A, 2B) for detecting electromagnetic waves, containing at least one transceiver antenna, moreover, the device (2, 2A, 2B) for detecting electromagnetic waves is adapted to emit electromagnetic waves in the direction of the linear infrastructure (C, P , L, ST, B, BL) via said at least one transceiver antenna and for receiving electromagnetic waves reflected by said linear infrastructure (C, P, L, ST, B, BL); And - блок управления, приспособленный для обработки электромагнитных волн, отраженных указанной линейной инфраструктурой (С, Р, L, ST, В, BL), и определения положения указанной линейной инфраструктуры (С, Р, L, ST, В, BL) относительно заранее заданной системы отсчета,- a control unit adapted to process electromagnetic waves reflected by said line infrastructure (C, P, L, ST, B, BL) and determine the position of said line infrastructure (C, P, L, ST, B, BL) relative to a predetermined reference systems, при этом указанное по меньшей мере одно устройство (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн приспособлено для установки на борту железнодорожного транспортного средства (V).wherein said at least one electromagnetic wave detection device (2, 2A, 2B) is adapted for installation on board a railway vehicle (V). 2. Система (1) детекции по п. 1, в которой указанное по меньшей мере одно устройство (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн содержит радар с фазированной решеткой, включающий в себя множество приемопередающих антенн.2. The detection system (1) according to claim 1, wherein said at least one electromagnetic wave detection device (2, 2A, 2B) comprises a phased array radar including a plurality of transceiver antennas. 3. Система (1) детекции по п. 2, в которой указанное по меньшей мере одно устройство (2А, 2В) детекции электромагнитных волн содержит пару радаров с фазированной решеткой, имеющих инцидентные оси.3. Detection system (1) according to claim 2, wherein said at least one electromagnetic wave detection device (2A, 2B) comprises a pair of phased array radars having incident axes. 4. Система (1) детекции по п. 3, в которой приемопередающие антенны первого радара (2А) с фазированной решеткой указанной пары питаются на другой частоте по сравнению с приемопередающими антеннами второго радара (2В) с фазированной решеткой указанной пары.4. The detection system (1) of claim 3, wherein the transceiver antennas of the first phased array radar (2A) of said pair are fed at a different frequency compared to the transceiver antennas of the second phased array radar (2B) of said pair. 5. Система (1) детекции по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере одно устройство (3) получения изображения, приспособленное для взаимодействия с указанным по меньшей мере одним устройством (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн для получения данных изображения, относящихся к линейной инфраструктуре (С, Р, L, ST, В, BL), на которую падают электромагнитные волны, излучаемые указанным по меньшей мере одним устройством (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн.5. The detection system (1) according to any of the preceding claims, further comprising at least one image acquisition device (3) adapted to interact with said at least one electromagnetic wave detection device (2, 2A, 2B) to acquire image data relating to the linear infrastructure (C, P, L, ST, B, BL) on which electromagnetic waves emitted by said at least one electromagnetic wave detection device (2, 2A, 2B) fall. 6. Железнодорожное транспортное средство (V), содержащее систему (1) детекции по любому из пп. 1-5.6. Railway vehicle (V) containing the detection system (1) according to any one of paragraphs. 1-5. 7. Железнодорожное транспортное средство (V) по п. 6, в котором указанная система детекции установлена в комбинации или в качестве альтернативы:7. Railway vehicle (V) according to claim 6, wherein said detection system is installed in combination or alternatively: - на крыше транспортного средства,- on the roof of the vehicle, - сбоку корпуса транспортного средства,- on the side of the body of the vehicle, - под платформой транспортного средства.- under the platform of the vehicle. 8. Способ детекции линейных инфраструктур посредством системы (1) детекции по любому из пп. 1-5, содержащий:8. The method of detecting linear infrastructures by means of the detection system (1) according to any one of paragraphs. 1-5 containing: - установку системы (1) детекции на железнодорожном транспортном средстве (V);- installation of a detection system (1) on a railway vehicle (V); - перемещение железнодорожного транспортного средства по железнодорожному пути, где расположены подлежащие детекции линейные инфраструктуры;- movement of a railway vehicle along the railway track, where the linear infrastructures to be detected are located; - активацию указанного по меньшей мере одного устройства (2, 2А, 2В) детекции электромагнитных волн для направления электромагнитных волн на линейную инфраструктуру, подлежащую детекции; и- activation of said at least one device (2, 2A, 2B) for detecting electromagnetic waves to direct electromagnetic waves to the linear infrastructure to be detected; And - обработку, посредством указанного блока управления, электромагнитных волн, отраженных указанной линейной инфраструктурой (С, Р, L, ST, В, BL), и определение положения указанной линейной инфраструктуры (С, Р, L, ST, В, BL) относительно заранее заданной системы отсчета.- processing, by means of said control unit, electromagnetic waves reflected by said line infrastructure (C, P, L, ST, B, BL) and determining the position of said line infrastructure (C, P, L, ST, B, BL) relative to the advance given reference system. 9. Способ по п. 8, в котором указанная линейная инфраструктура представляет собой по меньшей мере одно из следующего:9. The method of claim 8, wherein said line infrastructure is at least one of the following: - воздушную силовую линию (С);- air power line (C); - опорные кронштейны (В) воздушной силовой линии (С);- support brackets (B) of the overhead power line (C); - опорные столбы воздушной силовой линии (С); и- supporting pillars of the overhead power line (C); And - балласт (BL) железнодорожного пути.- ballast (BL) of the railway track. 10. Способ по п. 9, в котором линейная инфраструктура представляет собой железнодорожный балласт (BL), и указанное определение положения указанной линейной инфраструктуры (BL) относительно заданной системы отсчета содержит определение профиля (BLP) указанного балласта (BL) вдоль поперечного сечения железнодорожного пути, в частности, поперечного по отношению к направлению движения перемещающегося железнодорожного транспортного средства (V).10. The method according to claim 9, in which the linear infrastructure is a railway ballast (BL), and the specified determination of the position of the specified linear infrastructure (BL) relative to a given reference frame includes determining the profile (BLP) of the specified ballast (BL) along the cross section of the railway track , in particular, transverse with respect to the direction of movement of the moving railway vehicle (V).
RU2021134923A 2019-06-26 2020-05-26 System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line RU2791472C9 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000010209 2019-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2791472C1 true RU2791472C1 (en) 2023-03-09
RU2791472C9 RU2791472C9 (en) 2023-05-26

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997031810A1 (en) * 1996-02-27 1997-09-04 Israel Aircraft Industries Ltd. Obstacle detection system
CN107678036A (en) * 2017-08-15 2018-02-09 株洲嘉成科技发展有限公司 A kind of vehicle-mounted contactless contact net geometric parameter dynamic detection system and method
RU189477U1 (en) * 2018-12-27 2019-05-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Мобильные Системы Диагностики Холдинг" TELEVISION DEVICE FOR MEASURING THE HEIGHT OF MAIN RODS OF CLAMPS ON THE SUPPORT OF A CONTACT NETWORK

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997031810A1 (en) * 1996-02-27 1997-09-04 Israel Aircraft Industries Ltd. Obstacle detection system
CN107678036A (en) * 2017-08-15 2018-02-09 株洲嘉成科技发展有限公司 A kind of vehicle-mounted contactless contact net geometric parameter dynamic detection system and method
RU189477U1 (en) * 2018-12-27 2019-05-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Мобильные Системы Диагностики Холдинг" TELEVISION DEVICE FOR MEASURING THE HEIGHT OF MAIN RODS OF CLAMPS ON THE SUPPORT OF A CONTACT NETWORK

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101666716B (en) Railway locomotive running attitude measuring method
US6570497B2 (en) Apparatus and method for rail track inspection
CN101580071B (en) Railway locomotive and vehicle operating attitude measurement system
US8289526B2 (en) System and method for analyzing rolling stock wheels
AU694347B2 (en) Method and apparatus for non-contact measuring of the deflection of roads or rails
CA2273400C (en) Method and apparatus for controlling trains by determining a direction taken by a train through a railroad switch
US6405141B1 (en) Dynamic track stiffness measurement system and method
US6415522B1 (en) Vehicle for measuring the geometric condition of a railway track
JPH02232402A (en) Method and device for measuring strain and abrasion of rail in non-contact
AU2024203509A1 (en) A system, a vehicle and a method for the detection of position and geometry of line infrastructures, particularly for a railway line
CN103115581A (en) Multifunctional rail measuring system and method thereof
NL9201667A (en) System for detecting trains.
AU2019216197A1 (en) Rail vehicle and method for surveying a track section
CN109229157A (en) A kind of rolling stock positioning system
CN109229156A (en) A kind of rolling stock 3 D positioning system
RU2791472C1 (en) System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line
RU2791472C9 (en) System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line
CN114279335A (en) Trackside limit measuring method and device
CN109159803A (en) A kind of rolling stock plane positioning system
EP1753650B1 (en) Method for determining quantities characteristic of a moving object and apparatus for implementing the method
WO1999051996A1 (en) Method and apparatus for detecting harmonic rocking in railcars
RU2120876C1 (en) Ground diagnostic computing complex
Wrobel Multi-function LIDAR Sensors for Non-contact Speed and Track Geometry Measurement in Rail Vehicles
RU2442714C1 (en) Control unit for gage width
Bridgelall et al. Rolling-stock Automatic in-situ Line Deterioration and Operating Condition Sensing