Интеллектуальная система связи, управления и контроля для наземных транспортных средств - RU2321954C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка испрашивает приоритет патентной заявки США № 60/381110 от 15 мая 2002.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе связи на железной дороге.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в общем относится к методам связи, управления и контроля, более конкретно, к интеллектуальной системе связи, управления и контроля для наземных средств транспорта, таких как поезд с одним или более локомотивов, как правило, находящихся в изменяющихся условиях окружающей среды и/или условиях работы.

Условия окружающей среды и условия работы железной дороги могут независимо или совместно влиять на взаимодействие оборудования связи и железнодорожной аппаратуры управления. Для оптимизации управления железнодорожной системой требуется полная и обновленная информация, касающаяся условий окружающей среды и рабочих условий.

Связь на движущемся транспортном средстве, таком как движущийся поезд, грузовой автомобиль, автобус и т.п., как правило, подвержена влиянию ряда факторов, которые могут существенно воздействовать на качество связи. Таким образом, было бы желательно определять путем измерения качество связи. Например, такое измерение может быть использовано для определения того, является ли это качество удовлетворительным, и, если не удовлетворительно, для определения того, следует ли настроить схему связи так, чтобы не терять обмена информацией, или для определения того, может ли какая-либо другая схема связи, доступная на данном транспортном средстве, быть более подходящей при данном наборе условий, ухудшающих качество связи.

Связь (например, передача данных или голосовая связь) в движущемся поезде должна быть надежной и точной при множестве изменяющихся рабочих условий и/или условий окружающей среды для реализации желательной функциональности управления локомотивом, или для осуществления связи с объектами, удаленными от поезда, такими как диспетчеры или центр для дистанционного обеспечения мониторинга или диагностических услуг, или с персоналом на железнодорожной сортировочной станции или на станции погрузки/разгрузки, или с придорожным оборудованием, и т.п. Таким образом, было бы желательно обеспечить систему, конфигурируемую для обеспечения множества схем связи и дополнительно конфигурируемой для осуществления автоматического выбора схемы связи, подходящей при данном наборе рабочих условий/условий окружающей среды.

Кроме того, было бы желательно обеспечить систему, конфигурируемую для обеспечения множества режимов управления и дополнительно конфигурируемую для автоматического выбора режима управления, подходящего при данном наборе рабочих условий/ условий окружающей среды и/или для данной схемы связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение реализует вышеуказанные потребности, обеспечивая в одном его аспекте систему связи для железнодорожного состава, включающего в себя, по меньшей мере, один локомотив, для автоматической настройки системы связи, чтобы обеспечить эффективную передачу командных данных для управления работой локомотива. Система содержит приемопередатчик, установленный на локомотиве. Система также содержит, по меньшей мере, один приемопередатчик, удаленный от локомотива. Приемопередатчик составляет часть системы связи. Для хранения данных, касающихся множества схем связи, доступных этой системе связи может быть обеспечена база данных. Первое контрольно-измерительное устройство может использоваться для определения параметра, указывающего на качество связи между приемопередатчиками, когда эти приемопередатчики работают в соответствии с первой из доступных схем связи и формируют данные, указывающие на качество связи. Процессор, обменивающийся информацией с контрольно-измерительным устройством и базой данных, может быть сконфигурирован для выбора второй схемы связи, когда качество связи, обеспечиваемое первой схемой связи, не удовлетворительно, чтобы гарантировать, что данные управления будут надежно передаваться в локомотив.

Настоящее изобретение дополнительно реализует вышеуказанные потребности, обеспечивая в другом его аспекте систему связи для транспортного средства с целью осуществления выбора предпочтительной схемы связи, чтобы обеспечить надежную передачу данных на это транспортное средство. Система содержит первый приемопередатчик, установленный на транспортном средстве. Система также содержит второй приемопередатчик, удаленный от первого приемопередатчика и осуществляющий связь с первым приемопередатчиком.

Для определения в системе связи параметра, который воздействует на качество связи между приемопередатчиками, может использоваться контрольно-измерительное устройство. Для приемопередатчиков может быть доступна первая база данных схем связи. Для установки соответствия параметра, определяемого контрольно-измерительным устройством, с ожидаемыми уровнями качества связи для каждой схемы связи может быть конфигурирована вторая база данных.

Процессор, осуществляющий информационный обмен с контрольно-измерительным устройством, первой базой данных и второй базой данных, конфигурирован для выбора предпочтительной схемы связи, чтобы обеспечить удовлетворительный уровень качества связи для параметра, определяемого контрольно-измерительным устройством, и для передачи сообщения о предпочтительной схеме связи, по меньшей мере, одному из приемопередатчиков. В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает интеллектуальную систему связи, управления и контроля для железнодорожного состава, включающего в себя, по меньшей мере, один локомотив. Система содержит систему связи, конфигурируемую для обеспечения множества схем связи для передачи командных данных, используемых для контролирования работы поезда. Система дополнительно содержит аппаратуру управления, конфигурируемую для обеспечения множества режимов управления, соответственно командным данным, переданным системой связи. Для хранения данных для установления соответствия между множеством схем связи и множеством режимов управления на основе требований по передаче данных для каждого соответствующего режима управления может быть конфигурирована база данных. С базой данных может быть соединен процессор, конфигурированный для установления соответствия между схемой связи с режимом управления для надежного управления работой поезда, соответственно командным данным, переданным по системе связи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в нижеследующем подробном описании изобретения со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг. 1 - блок-схема приведенной для примера интеллектуальной системы для передачи команд, воплощающей аспекты настоящего изобретения.

Фиг. 2 - блок-схема процессора, используемого системой, представленной на Фиг. 1, для выбора подходящей схемы связи.

Фиг. 3 - блок-схема контроллера, используемого системой, представленной на Фиг. 1, для выбора подходящего режима управления.

Фиг. 4 - примеры различных схем связи, которые могут использоваться системой, представленной на Фиг. 1.

Фиг. 5 - приведенный для примера вариант осуществления системы передачи команд и управления, воплощающей аспекты настоящего изобретения, конфигурируемой для железнодорожного состава, с одним или более локомотивами, для автоматической настройки системы связи, чтобы обеспечить эффективную передачу командных данных для управления работой каждого локомотива.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 представляет пример интеллектуальной системы 10 передачи команд, содержащей первое контрольно-измерительное устройство или модуль 12 для определения качества связи на основе различных статистических данных связи, таких как число битов, потерянных в сообщении, число ошибок в битах проверки четности, уровень сигнала, стертые записи, отношение сигнала к шуму, замирание, емкость канала и т.п. Система 10 также содержит соответствующие контрольно-измерительные устройства или модули 13 и 14 для определения условий окружающей среды и рабочих условий, таких как топография местности (холм, количество изгибов рельсового пути, высота над уровнем моря), погодные условия, такие как туман, дождь, солнечные бури, конфигурация оборудования, неисправное оборудование, эффекты многолучевого распространения, конфигурация оборудования поезда и т.п. В одном варианте осуществления соответствующие выходные сигналы модулей 12, 13 и 14 принимаются процессором 16, содержащим алгоритмы выбора подходящей схемы связи и/или режима управления работой одного или более локомотивов в составе. База данных 18 содержит данные, указывающие на множество схем связи, доступных для системы связи 50 (Фиг. 2), например приемопередатчики, которые обеспечивают передачу командных данных на поезд, такие как приемопередатчики на ведущем локомотиве и дополнительные приемопередатчики на остальных частях поезда. Важно, что нет необходимости в том, чтобы каждый приемопередатчик находился на поезде, так как в некоторых приложениях один или более приемопередатчиков могут быть внешними по отношению к поезду. База данных 20 содержит данные, указывающие на условия работы локомотива и их воздействие на качество связи. База данных 22 содержит данные, указывающие на условия окружающей среды и их воздействие на качество связи. База данных 24 содержит данные, указывающие на множество режимов управления работой поезда. Блок 26 может представлять действия для настройки системы связи в ответ на сигналы, выдаваемые определяющими информацию модулями 12, 13 и 14, принимая во внимание данные, хранящиеся в базах данных 18, 20 и 22 для выбора подходящей схемы связи и/или режима управления для управления поездом. Дальнейшие подробности в связи с каждым из компонентов, показанных на Фиг. 1, изложены в соответствующих разделах ниже, озаглавленных в соответствии с операционными отношениями, реализуемыми такими блоками.

Фиг. 2 представляет блок-схему процессора 16, используемого в системе 10 для выбора подходящей схемы связи. Как показано на Фиг. 2, процессор 16 в ответ на множество входных сигналов обеспечивает выбор предпочтительной схемы связи для обеспечения удовлетворительного уровня качества связи между приемопередатчиками, которые составляют систему 50 связи. Примерами входных сигналов, принимаемых процессором 16, могут быть сигналы 30, конфигурированные для обеспечения внебортовой связи, сигналы 31, конфигурированные для связи с базами данных, например, с бортовыми и/или внешними базами данных, сигналы 32 от датчика качества связи, сигналы 33 от датчиков окружающей среды, сигналы 34, указывающие на конкретную конфигурацию оборудования поезда и/или программного обеспечения, сигналы 35 и 36, указывающие на рабочие условия для поезда и входные данные оператора. Фиг. 2 также иллюстрирует типичные действия, которые могут быть выбраны процессором 16 в связи со схемами связи, доступными для приемопередатчиков, которые составляют систему связи 50, такие как выбор средств связи и/или протокола, выбор частот, выбор конкретных устройств связи из множества устройств связи, которые могут быть распределены по всему поезду, выбор конфигурации сообщений, выбор типа данных, которые должны передаваться приемопередатчиками, и целей/источников передачи, выбор методов повторения сообщений, выбор кодирования и т.п.

Фиг. 3 представляет блок-схему контроллера 52, которая может использоваться системой 10 (Фиг. 1) для выбора подходящего режима управления из множества доступных режимов управления в ответ на командные данные, переданные системой связи 50 для осуществления контроля за работой поезда. Некоторые из режимов управления, выбираемые контроллером 30, могут включать в себя контроль пневматического торможения, контроль динамического торможения, настройки двигателя, команды тягового усилия для тяговых электродвигателей. Как показано на Фиг. 4, схемы связи могут включать в себя много форм связи, таких как дистанционная передача от внешних контролирующих приборов, связь внутри состава, связь вне состава, беспроводная и проводная связь, внебортовая и бортовая связь. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что схемы связи могут конфигурироваться в диапазоне частот, обычно выделяемых Федеральной Комиссией связи (FCC) для связи на железной дороге (т.е. 500 МГц). Очевидно, что другие частоты, такие как в полосе ISM (для промышленной, научной, медицинской областей), или используемые системами спутниковой или сотовой связи, могут быть использованы для осуществления передачи данных для контролирования работы поезда.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАБОЧИХ УСЛОВИЙ

ОБЗОР

Условия окружающей среды и условия работы железной дороги могут независимо или совместно оказывать влияние на взаимодействие оборудования связи и железнодорожной аппаратуры управления. Полная и своевременная информация, касающаяся условий окружающей среды и рабочих условий, желательна для оптимизации управления железнодорожной системой.

АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ АППАРАТУРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАБОЧИХ УСЛОВИЙ

Аспекты настоящего изобретения предполагают использование одной или более баз данных (например, базы данных 20 и 22 на Фиг. 1) с информацией, включающей в себя как информацию об окружающей среде, так и информацию о рабочих системах. Такая база данных может принимать различные формы, такие как централизованная компьютерная память или распределенное группирование элементов памяти, соединенных посредством сети. Некоторая информация, хранимая в такой базе данных, может быть по существу статической, такая как информация, описывающая отдельные элементы аппаратных средств в железнодорожной системе. Некоторая информация в этой базе данных может быть динамической, такая как информация о погоде или о местоположении транспортных средств. Динамическая информация может предоставляться в форме связи в режиме реального времени с текущим источником такой информации. Владелец железной дороги должен поддерживать защищенность доступа и избыточность данных в соответствии с процедурами управления данными, которые считаются подходящими.

Данные, хранящиеся в базе данных, могут, как правило, быть поделены на две категории: информация об окружающей среде и информация о железнодорожном оборудовании. Информация об окружающей среде может включать информацию, описывающую общую географию и топографию железнодорожной системы в целом. Конфигурация трассы и высота над уровнем моря вдоль каждого участка пути могут быть важными для идентификации изгибов и холмов, которые могут повлиять на работу системы связи. Могут быть выявлены наличие тоннелей, мостов или других объектов, нависающих над железнодорожной линией, и определена их длина. Информация о возведенных сооружениях вблизи железнодорожной линии может запоминаться в базе данных. Например, могут быть важны местоположение и рабочие частоты радиопередающих башен. Местоположение и ориентация больших металлических структур, таких как здания или цистерны, которые могут обусловить помехи из-за многолучевого распространения радиосигналов, могут храниться в базе данных. Такая информация может храниться как данные, характерные для конкретной местности, такие как точное местоположение большого здания. Альтернативно, может храниться более обобщенная информация, такая как, является ли данная территория в целом сельской или городской. Важные погодные параметры могут храниться в базе данных или могут предоставляться через оперативный канал связи с источником такой информации. Важные погодные параметры могут включать атмосферные условия, такие как наличие тумана, дождя или грозы, и могут также включать астрономические условия, такие как наличие пятен на солнце или местоположение солнца на небе (например, день или ночь). Например, может быть использован лазерный источник для излучения лазерного луча в атмосферу и соответствующий датчик для определения количества лазерного света, рассеянного в обратном направлении, за счет чего можно определить влажность воздуха, которая может влиять на качество связи. В общем, можно использовать любые методы измерения параметров для определения условий окружающей среды с использованием, например, акустических, оптических или радиочастотных измерений. Например, можно использовать источник звука для излучения звуковой волны и акустический датчик для определения количества возвращенной акустической энергии. Это могло бы позволить получить оценку плотности атмосферы или определить факт наличия поблизости больших зданий и т.п.

Территории, которые обслуживаются с использованием режимов связи, зависящих от географических условий, могут быть идентифицированы в базе данных, в частности, на территории зон покрытия спутниковой или сотовой связи или идентификация провайдера такой спутниковой или сотовой связи на конкретной территории. База данных может также включать информацию по административным или законодательным аспектам на территории местонахождения железной дороги. Например, если есть политические или географические регионы, где действуют требования, в большей или меньшей степени ограничивающие излучения, или ограничения по шуму, эти регионы могут быть записаны в базу данных для использования в процессе управления железной дорогой.

Информация по железнодорожному оборудованию может также храниться в базе данных согласно настоящему изобретению. Такая информация может включать идентификацию подвижного состава, оборудования в придорожной полосе, ремонтного оборудования, складов топлива для дозаправки, запасов топлива, местоположений передатчиков и ретрансляторов, и т.п. Информация о физическом местоположении такого оборудования также может храниться; в частности, данные о местоположении подвижного состава могут периодически обновляться. Могут храниться данные о конфигурации составов, включая число, тип и порядок вагонов и локомотивов, а также вес груза. Для составов на маршруте могут сохраняться и периодически обновляться данные о местоположении, скорости и направлении движения. Модель или версия оборудования может связываться с рабочими параметрами, такими как уровень мощности локомотива или версия программного обеспечения.

Информация в базе данных согласно настоящему изобретению может быть получена и обновлена различными способами. Статическая информация может просто вводиться в базу данных вручную или автоматически, например, вводятся идентификационный номер и рабочие параметры нового локомотива. Даже статическая информация может обновляться по мере необходимости, например, когда локомотив модернизируется с целью ввода новых аппаратных средств или программного обеспечения, которые могут повлиять на его рабочие параметры. Географическая информация может храниться и отображаться в форме карт для использования человеком-оператором, или может быть доступна в любой другой форме, используемой оборудованием обработки данных.

Динамическая информация может распознаваться и периодически загружаться в базу данных. Например, местоположение поезда может определяться посредством глобальной системы позиционирования (GPS) или посредством придорожного оборудования, и база данных может обновляться автоматически на периодической основе. Работоспособность оборудования связи, такого как передатчики и ретрансляторы, может периодически тестироваться с автоматической систематизацией тестирования, и данные о состоянии такого оборудования затем сохраняются в базе данных. Метеоданные могут предоставляться через локальные датчики (например, модуль датчика 13 на Фиг. 1), специально связанные с железнодорожной системой, или они могут загружаться в любой доступной форме от коммерчески доступных источников. Медленно меняющаяся информация может обновляться менее часто, чем быстро меняющаяся информация. Жизненно важная информация может обновляться более часто, чем информация меньшей важности.

Существующие бортовые датчики (например, модуль датчика 14 на Фиг. 1) могут обеспечивать вполне достаточно информации, касающейся рабочего состояния локомотива. Такая информация может включать скорость, направление движения, расход топлива, имеющийся запас топлива, местоположение и т.п. Выборочная бортовая информация может загружаться в базу данных в режиме реального времени или на периодической основе.

Придорожное оборудование может использоваться для определения важных условий окружающей среды и рабочих условий. Могут использоваться имеющиеся сигналы или могут добавляться новые датчики для измерения параметров, важных для взаимодействия оборудования связи и управления. Например, на местные электромагнитные условия могут воздействовать грозы, туман, дождь, периодическая работа близлежащего оборудования, астрономические условия и т.п. Придорожный датчик может использоваться для выявления качества канала связи заранее, до прибытия поезда. Информация может храниться в базе данных и может использоваться системой для прогнозирования качества связи, которое будет иметь место по прибытии поезда в зону этого придорожного датчика.

Могут разрабатываться динамические системные требования, которые могут оказывать влияние на работу отдельных поездов и локомотивов. Например, угроза безопасности может выявляться по частным или государственным каналам. Информация о существовании такой угрозы может быть загружена в базу данных вручную или по автоматической связи с частными или государственными каналами.

Уровень модификации программного обеспечения, используемого в различных частях программируемого оборудования, может быть закодирован в программном обеспечении и может быть запрошен для предоставления базе данных соответствующей информации. Такая информация может быть полезной не только для определения требуемой модернизации, но также может быть полезной при управлении связью и рабочим оборудованием для оптимальной эффективности работы железной дороги.

Система согласно настоящему изобретению может содержать средства искусственного интеллекта для использования или обновления информации об условиях окружающей среды и рабочих условиях. Когда сбои системы связи препятствуют запланированному обновлению динамической информации, может использоваться алгоритм для оценки фактической информации на основе предыдущих тенденций изменения данных. Могут использоваться одна или более нейронных сетей для обеспечения возможности распознавания в системе шаблонов и тенденций в изменении информации об условиях окружающей среды и рабочих условиях. Нечеткая логика может применяться к информации в базе данных, чтобы направлять оператора железной дороги в принятии решений на основе этих данных.

Таким образом, условия окружающей среды и рабочие условия могут определяться, и соответствующая информация может сохраняться и использоваться множеством способов для оптимизации работы железной дороги. Данные существующих железнодорожных датчиков, коммерчески доступные данные и информация, полученная из таких данных, могут сохраняться, обновляться и использоваться в пределах объема настоящего изобретения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СВЯЗИ

ОБЗОР

Беспроводная связь на движущемся поезде подвергается воздействию ряда факторов, которые могут существенным образом влиять на качество связи. Аспекты настоящего изобретения предполагают измерение качества связи, определение, является ли качество связи удовлетворительным, принятие решения, следует ли настроить схему связи так, чтобы не было потерь сообщений и тестирование любой новой передачи для определения качества связи.

РАЗРАБОТКА АСПЕКТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СВЯЗИ

Аспекты настоящего изобретения предполагают, что беспроводная связь на движущемся поезде может осуществляться посредством множества различных средств связи, таких как радиочастотная, оптическая, акустическая, магнитная и т.п. Типичные причины потери качества связи могут быть следующими:

- Физические особенности местности (например, холм, изгиб, деревья, туннель)

- Погода (например, дождь, туман, молнии)

- Близкие источники помех

- Изменение ориентации антенны

- Отказ оборудования связи, например ретрансляторов и т.п.

- Эффекты многолучевого распространения

- Расстояние между передающим и приемным оборудованием

Для специалистов понятно, что существует множество способов измерения качества связи. Нижеприведенный перечень следует рассматривать как типичный список Индикаторов Качества Связи (ИКС - CQI) (например, сигналы 32 (Фиг. 2)), которые вместе или в различных комбинациях могут использоваться для оценки качества канала связи. Приведенный ниже перечень не должен рассматриваться как исчерпывающий перечень.

- Число потерянных битов в сообщении

- Число ошибок в битах проверки четности

- Уровень сигнала

- Потери записи (например, мгновенная потеря сигнала)

- Отношение сигнала к шуму

- Замирание

- Емкость канала

Для определения удовлетворительного качества связи можно выбрать ряд стратегий или методов. Например, можно сопоставить любой имеющийся индикатор качества связи (ИКС) с предельно допустимым уровнем. В некоторых ситуациях можно контролировать любой имеющийся ИКС в течение приемлемого времени и определять наличие общей тенденции в этом ИКС. Затем можно спрогнозировать, когда этот ИКС вероятно достигнет неприемлемого значения. В одном варианте осуществления процессор (например, процессор 16 (Фиг. 1)) может быть конфигурирован для считывания ряда результатов измерений ИКС и вычисления математического среднего до проведения оценки качества системы связи. В некоторых других ситуациях процессор может быть конфигурирован так, чтобы воздействовать на подходящее время задержки между первым ошибочным отсчетом ИКС и получением другого отсчета до проведения оценки качества системы связи, чтобы убедиться, что причина ошибочного отсчета является временной. Таким образом, предполагается, что будут использоваться различные методы, чтобы избежать чрезмерного реагирования на временные сбои или шумы, которые могут не означать с определенностью потери в качестве связи. Подобным образом могут производиться перекрестные проверки, чтобы убедиться в надежности одного или более ИКС для обеспечения того, что условия, которые действительно указывают на потерю качества связи, не будут упущены.

В одном варианте воплощения могут обрабатываться результаты измерений для различных ИКС для формирования единого индикатора, например показание итогового показателя качества (FOM) в отношении качества системы связи. Понятно, что базы данных могут пополняться данными об имеющемся парке транспорта, на основе которых могут устанавливаться корреляции или прогнозы для значений ИКС как функции одного или более рабочих условий и/или условий окружающей среды. Например, можно статистически предсказать, что число ошибок в битах проверки четности может увеличиваться как функция длины поезда и как функция изгибов для данного оборудования связи или что отношение сигнала к шуму существенно ухудшается при использовании данного протокола связи в непосредственной близости к многочисленным пользователям по сравнению с другими протоколами связи.

Если определено, что показатель качества (FOM) данного оборудования или схемы связи неприемлем и что требуется его замена на другое оборудование или схему связи, тогда могут быть предприняты различные действия по смене связи, чтобы избежать потерь связи или уменьшить потери связи. Например, система может быть сконфигурирована так, чтобы инициировать избыточные передачи сообщений или предвидеть переключение на другой канал связи и уведомлять заранее целевой приемник об ожидаемом изменении, чтобы этот приемник был готов переключиться на новый канал связи. Дополнительно, до переключения на новый канал связи можно проверить качество этого нового канала связи перед переключением. Следует иметь в виду, что так как ИКС каждого канала связи могут не обязательно быть одними и теми же, понятно, что процессор, который принимает ИКС, будет конфигурируемым для обработки и настройки подходящих ИКС для нового канала связи. В одном варианте воплощения предполагается, что оценка исходного канала связи может продолжать выполняться в фоновом режиме так, что в случае, если те рабочие условия и/или условия окружающей среды, которые обусловили смену канала связи на новый, будут устранены, то связь может возобновиться через исходный канал.

Как предложено выше, можно было бы сначала попытаться сообщить о намечающейся смене средства связи и/или протокола. Однако в присутствии резких изменений в работе связи может не быть времени передать эту информацию в приемник. При таком сценарии связь может оборваться в один момент, и система связи может последовать алгоритму поиска на основе лучшей информации, доступной алгоритму поиска, и осуществлять поиск по всем доступным схемам связи, чтобы определить, может ли система возобновить связь. В этот момент выполняемые функции управления примут решение продолжать или прервать работу поезда. Например, если возможно безопасно продолжать работу поезда, система сделает это. В противном случае поезд будет остановлен. В одном варианте воплощения система конфигурируется для продолжения поиска подходящей методологии связи, которая может быть доступна. Как предложено выше, база данных может быть сконфигурирована для установления связи между конкретными схемами связи и конкретными условиями окружающей среды, например некоторые схемы могут быть лучше, чем другие в данных конкретных условиях окружающей среды. Таким образом, поиск может пройти по каждому методу от тех, которые с наибольшей вероятностью, к тем, которые с наименьшей вероятностью будут работать при данном наборе условий окружающей среды, предполагая, что система не могла направить сигнал о предстоящей смене метода связи на заранее определенный метод связи.

В одном варианте воплощения можно включить в рамки обычного протокола сообщений связи и/или информацию о средствах связи, которую может выбрать руководство. Например, может быть использована прямая система кодирования в сообщении, которое бы указывало в случае потери связи то средство связи и/или протокол, на которые система могла бы далее переключиться. В общем, такая система кодирования указывала бы следующий метод связи, на который система перейдет на основе считанных данных об окружающей среде. Система кодирования может динамично настраиваться, и такая система кодирования указывала бы в случае потери связи на следующий метод связи, на который система могла бы перейти. Таким способом удаленный приемник смог бы сузить свой поиск. Например, в случае, если связь внезапно теряется, и последняя информация, которую ведущий передал удаленному приемнику, указывала, что система должна конфигурироваться для использования заданного метода или схемы связи на основе системной информации для выбора этого метода. В этом примере удаленный приемник может испытать первым этот заданный метод связи.

В общем не должно быть прерывания связи при переходе от одного метода связи на другой метод связи. Например, если система определяет, что окружающая среда или средство связи ухудшаются достаточно медленно, система может конфигурироваться для передачи сообщений по обеим схемам, чтобы обеспечить надлежащую передачу обслуживания. Например, если система обнаруживает медленное ухудшение в течение некоторого времени и далее распознает приближение к промышленной зоне с множеством проблем радиочастотной связи, то система может конфигурироваться, например, так, чтобы начать передавать одну и ту же информацию по оптическому каналу так, чтобы соответствующий приемник мог принять эту информацию без каких-либо сбоев.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДОМ

ОБЗОР

Управление движущимся поездом подвержено влиянию ряда факторов, которые могут существенно воздействовать на качество работы поезда. Аспекты настоящего изобретения позволяют измерять качество управления поездом, устанавливать, является ли качество удовлетворительным, принимать решения о настройке методов управления для обеспечения надежной работы поезда.

РАЗРАБОТКА АСПЕКТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДОМ

Типичными причинами потери качества управления могут быть следующие:

А. Физические особенности местности (например, холм, изгиб, высота над уровнем моря)

В. Погода (например, дождь, температура)

С. Потеря связи или плохая связь

D. Неравномерное распределение нагрузок

Е. Неисправное оборудование

F. Несовместимость оборудования

G. Конфигурация поезда

Для специалистов в данной области важно, что существуют многочисленные способы измерения качества управления. Нижеприведенный перечень следует рассматривать как типичный список Индикаторов Качества Управления Транспортным средством (ИКУТ - VCQI), которые вместе или в различных комбинациях могут использоваться для оценки качества стратегии управления. Перечень ниже не рассматривается как исчерпывающий перечень.

А. Сила тяги двигателя соответствует рабочим условиям и/или условиям окружающей среды

В. Установка отметок соответствует рабочим условиям и/или условиям окружающей среды

С. Расход топлива соответствует стратегии управления

D. Скорость транспортного средства и/или направление движения соответствуют рабочим условиям и/или условиям окружающей среды

Е. Тормозное усилие (трением и/или динамическое) соответствует рабочим условиям и/или условиям окружающей среды

F. Условия проскальзывания колес (юзом)

G. Координация каждого из вышеперечисленных факторов в поезде с несколькими локомотивами или с удаленным центром управления.

Как обсуждалось выше в контексте оценки качества связи, ряд стратегий или методов могут использоваться для определения удовлетворительного качества управления.

ВЫБОР НАСТРОЕК ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВЯЗИ

ОБЗОР

Связь (например, передача данных или голосовая связь) в движущемся поезде должна быть надежной и точной при множестве изменяющихся рабочих условий и/или условий окружающей среды, чтобы достичь любую желательную функциональность управления локомотивом, или для связи с объектами, удаленными от поезда, такими как диспетчеры, или центр для дистанционного обеспечения мониторинга или диагностических услуг, или с персоналом на железнодорожной сортировочной станции или на станции погрузки/разгрузки, или с придорожным оборудованием, и т.п.

РАЗРАБОТКА АСПЕКТОВ ДЛЯ ВЫБОРА НАСТРОЕК ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ АСПЕКТОВ СВЯЗИ

Аспекты настоящего изобретения позволяют настраивать параметры связи в системе связи 50 (Фиг. 2) для обеспечения надежной и точной работы в таких меняющихся рабочих условиях/условиях окружающей среды. Ниже приведен список типичных параметров связи, которые могут настраиваться ввиду любых различных рабочих условий и/или условий окружающей среды, в которых, возможно, данному поезду придется работать. В другом аспекте изобретения, при определенных условиях, предполагается, что могут производиться настройки стратегии управления локомотивом так, что контроллер локомотива может выбрать соответствующий режим управления, который может поддерживаться системой связи, так как эта система может время от времени работать в субоптимальном режиме под влиянием рабочих условий/условий окружающей среды.

а) Смена средств связи

Аспекты настоящего изобретения устанавливают, что поездная система связи может включать в себя устройства связи, которые позволяют осуществлять связь посредством различных средств связи, таких как радиочастотные, оптические, акустические, магнитные и т.п. Например, типичный вариант воплощения системы поездной связи может включать устройства, выполненные с возможностью обеспечения оптической связи, например, с использованием инфракрасного или лазерного излучения, и устройства, выполненные с возможностью обеспечения РЧ (радиочастотной) связи. Один из возможных вариантов для такого воплощения мог бы состоять в обеспечении в системе выбора между оптической и радиочастотной связью. Например, в ясную погоду оптический канал был бы в общем лучше, чем радиоканал. Однако если, например, идет снег или дождь, радиоканал мог бы работать лучше, чем оптический канал.

b) Смена протокола связи

Установлено, что доступны различные протоколы связи, которые могут выбираться для обеспечения точной и надежной передачи данных в сложных условиях окружающей среды и/или рабочих условиях. В одном варианте воплощения протокол связи может быть изменен с одного протокола на другой, чтобы обеспечить, например, более эффективное использование канала в плотнонаселенных районах или лучшую защищенность от шумов, или адекватный уровень сигнала в условиях низкой мощности и т.п. Специалистам в данной области должно быть понятно, что можно принять подходящее компромиссное решение для нахождения баланса между более эффективным использованием канала и управлением воздушными линиями. Одним примером протокола связи, который может быть предпочтительным в плотнонаселенных районах, может быть протокол множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), который мог бы использоваться на железнодорожных сортировочных станциях и в других местах, где высока вероятность одновременного присутствия множества пользователей, находящихся относительно близко друг от друга. Для специалистов в данной области должно быть понятно, что TDMA представляет один из методов связи, используемых для разделения множества передач информации при конечном распределении частот в пределах полосы пропускания для передач по воздуху. Как в случае FDMA (множественный доступ с частотным разделением), TDMA может использоваться для выделения дискретной величины полосы частот каждому пользователю, чтобы обеспечить возможность множества одновременных передач. Каждой передающей радиостанции назначается определенный временной интервал для передачи. В одном варианте воплощения сортировочная станция может быть обеспечена подходящим хронирующим сигналом радиомаяка, который при распознавании его приемником на борту соответствующего локомотива на станции вызовет переключение бортовой системы связи этого локомотива на TDMA-управление и управление временным сегментированием этой системы. Ожидается, что повышение эффективности использования частотного спектра будет вполне значительным. При некоторых условиях протокол CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), который также называют протоколом расширенного спектра, может также обеспечить увеличенную емкость канала и эффективное использование спектра. Далее, метод CDMA позволил бы обеспечить следующие признаки с дополнительным улучшением характеристик связи: 1) признак гибкой передачи обслуживания, который обеспечивает то, что связь для передачи устанавливается до завершения процесса передачи, тем самым уменьшая вероятность прерывания передачи; 2) кодирование речевых сигналов с переменной скоростью позволит передавать биты сообщения как раз с теми скоростями, которые нужны для достижения желательной функции управления, тем самым обеспечивая экономию ширины полосы; 3) измерение конфигурации при использовании методов обработки сигналов многолучевого распространения, которые позволят найти компромисс между уровнем мощности и повышением целостности сигнала. Дополнительная информация об уровне техники в области телекоммуникаций и технологий организации сетей содержится в работе: «Newton's Telecom Dictionary", автор - H. Newton, опубликованная изданием CMP books.

Таким образом, как сказано выше, один аспект настоящего изобретения устанавливает изменение средства связи и/или протокола связи для соответствия особым рабочим условиям/условиям окружающей среды. Например, может иметься, по меньшей мере, один протокол связи, подходящий для местоположений с низким уровнем трафика с низкой вероятностью помех. Может иметься, по меньшей мере, один протокол связи, подходящий для местоположений с высоким трафиком с высокой вероятностью конфликтных ситуаций при связи. Может иметься, по меньшей мере, один протокол связи, подходящий для приложений связи, когда требуется высокая полоса частот для информации. Например, могут иметься функции управления поездом, которые требуют относительно высокой полосы частот. Система связи должна реагировать на сигнал контроллера соответствующего локомотива, указывающий на состояние управления системы связи. Таким образом, на основе потребностей в полосе частот для соответствующего состояния управления, осуществляемого в текущий момент, будет выбираться подходящий протокол для удовлетворения таких потребностей в полосе частот. Подобным образом, может иметься, по меньшей мере, один протокол связи, подходящий для применений связи, когда низкая полоса частот информации достаточна для реализации любой желательной функции управления поездом.

Некоторые средства связи и/или протоколы могут работать лучше при заданном наборе условий окружающей среды, что должно быть понятно специалистам в данной области. Так, один аспект настоящего изобретения предполагает формирование базы данных, которая устанавливает соответствие между каждой доступной схемой связи (например, сохраненной в базе данных 18 (Фиг. 1)) и соответствующим набором условий окружающей среды, что способствовало бы поддержанию высокого уровня качества связи при наличии таких условий окружающей среды. Например, такая база данных позволила бы определить, является ли данный протокол или средство связи подходящим, если идет дождь, по сравнению с солнечным днем, или если поезд находится в плотнонаселенном районе в сравнении с территорией, свободной от источников помех.

Специалистам в данной области должно быть понятно, что различные характеристики связи улучшатся в зависимости от соответствующего выбранного протокола. Примеры таких характеристик связи могут включать использование полосы частот, предотвращение взаимных помех, предотвращение подавления, надежность передачи данных, отношение сигнала к шуму и т.п. Специалистам в данной области также должно быть понятно, что соответствующие разделы инструкций протокола могут размещаться в подходящей памяти считывания/записи, которая может обновляться локально или дистанционно, чтобы более эффективно повысить возможности, исправлять повреждения, масштабировать возможности протокола и т.п.

с) Меры защиты

В свете растущих беспорядков в мире, соответствующие разделы кода протокола могут программироваться для обеспечения введения или включения любого желательного метода кодирования и/или аутентификации. Далее в соответствии с аспектами изобретения выбор конкретного метода кодирования и/или аутентификации может быть выбран для достижения желаемого качества связи ввиду рабочих условий и/или условий окружающей среды, влиянию которых может быть подвержен поезд. Например, конкретный метод кодирования может быть более подходящим для относительно благоприятной окружающей среды с точки зрения связи. Однако могут быть другие методы кодирования, которые могут обеспечить компромисс между устойчивостью кодирования и более надежной связью в неблагоприятной с точки зрения связи окружающей среде. Для специалистов в данной области должно быть понятно, что существует ряд методов выполнения кодирования и/или аутентификации. В виде примера, криптографические методы могут быть симметричными (с одним ключом), согласно патенту США 5239584 (выданному 24 августа 1993 г.) на «Криптографический модуль для инструментальной кодировки», который переуступлен правопреемнику настоящего изобретения. Метод кодирования может базироваться на несимметричном криптографическом методе открытого ключа («с двумя ключами»). Меры защиты могут включать кодировку сообщений (защиту содержания) и/или аутентификацию (проверка правомерного происхождения). В последнем случае сообщения защищаются от несанкционированного доступа за счет предупреждения ввода фальшивых команд или необнаруженного изменения правильных сообщений.

d) Настройка методов повтора сообщений или ответа на сообщения

Установлено, что можно настраивать методы повтора сообщений в системе связи для проверки истинности надежной связи при сложных условиях окружающей среды и/или рабочих условиях. Например, база данных может быть конфигурирована для хранения множества алгоритмов повторения сообщений и/или ответа на сообщения, которые могут выбираться автоматически, чтобы обеспечить надежную связь при наличии таких неблагоприятных условий. Система будет конфигурироваться с учетом возможности компромиссных выборов, таких как задержка данных в сопоставлении с надежностью связи, чтобы выбрать подходящий метод повторения сообщений при данном наборе условий окружающей среды.

Е) Изменение частот в пределах полосы

Другой аспект настоящего изобретения предполагает изменение частот в канале связи для улучшения связи при неблагоприятных условиях. Более конкретно, предполагается обеспечить систему связи возможностью быстрой перестройки частот. То есть предлагается система связи с возможностью автоматического смещения частот между множеством значений частот в соответствующей частотной полосе. Например, система связи может конфигурироваться для определения, не ухудшается ли качество канала связи (например, на первой частоте), что может быть определено показателем качества (FOM), указывающим на качество связи. Например, по шкале показателя качества FOM в диапазоне 1-10 значение 1 может указывать на оптимальное качество, а значение 10 для FOM может указывать на неприемлемое качество, в то время как значение 5 для FOM может указывать на среднее качество. Система может программироваться так, что когда показатель FOM достигает предопределенной величины, то система переключится на вторую частоту. Если улучшение качества связи обнаружено на второй частоте, то система связи будет работать на второй частоте. Если не обнаружено улучшение связи на второй частоте, то система переключится на другую частоту, пока не будет найдена подходящая частота для осуществления желаемого режима связи. Если ни одной частоты не найдено, при которой показатель FOM имеет адекватное значение, попытки связи будут возобновлены после выжидания некоторого подходящего интервала времени. Альтернативно, может делаться попытка связи с использованием протокола связи более подходящего для текущих условий окружающей среды/ рабочих условий, как рассматривалось выше.

Например, предположим, что радиосигналы с высокой частотой или условия для радиопередач ухудшаются. Далее предположим, что есть низкочастотный канал, который доступен. Однако низкочастотный канал обеспечит медленную скорость передачи данных. Так, в этом примере фактором, который должен рассматриваться, будет критическое состояние управления. Если, например, низкочастотный канал обеспечивает 75 бит в секунду в противоположность 4000 бит в секунду, тогда система должна конфигурироваться для учета уменьшенной пропускной способности. Например, система может конфигурироваться для передачи критической информации, которая действительно нужна для поддержки надежной работы поезда и вырезания других сообщений, которые не так важны.

f) Смена устройств связи - множества антенн и радиоприемников

Установлено, что множество устройств связи могут подходящим образом выбираться или сменяться для обеспечения точной и надежной передачи данных при определенных условиях окружающей среды и/или рабочих условиях. Помехи из-за многолучевого распространения, эффекты затирания информации и неисправная работа устройств - это примеры вредных эффектов, которые могут учитываться с использованием множества устройств связи. Как указано выше, система управления/связи, воплощающая аспекты настоящего изобретения, может использоваться, чтобы дистанционно управлять и осуществлять мониторинг локомотивов, распределенных по составу. В одном варианте воплощения используется беспроводная связь для обеспечения функций управления и мониторинга. В некоторых приложениях факторы, такие как длина поезда, объекты, находящиеся поблизости от поезда, погодные условия и т.п., могут повлиять на качество радиосвязи. Аспекты настоящего изобретения позволяют улучшить целостность передаваемых радиосообщений, независимо от длины поезда при неблагоприятных условиях окружающей среды и/или рабочих условиях.

По мере того как длина составов все более увеличивается, беспроводная связь между локомотивами в головной части состава и локомотивами и/или оборудованием в хвостовой части состава, может стать более затрудненной из-за воздействия помех многолучевого распространения РЧ сигнала, которое может испытываться любым данным радиоприемником. Эти воздействия помех могут приводить к потере связи между различными частями состава, например между передним и задним локомотивами и/или оборудованием, и это может привести к нежелательным рабочим условиям. Следует иметь в виду, что в то время как различные варианты воплощения настоящего изобретения могут использоваться в системах беспроводной связи для применений в поезде, варианты настоящего изобретения могут также быть адаптированы для других промышленных, коммерческих или частных приложений, в которых сталкиваются с подобными проблемами связи.

Один вариант воплощения использует расширенную и усовершенствованную схему цифровой связи для минимизации воздействия помех многолучевого распространения РЧ сигналов. В качестве примера, каждый локомотив и/или оборудование состава может быть снабжен множеством комплектов устройств связи, такими, например, как подходящие РЧ передатчики, антенны и приемники. Для специалистов в данной области должно быть понятно, что число и расположение таких устройств связи, используемых для осуществления в практическом воплощении настоящего изобретения, может быть установлено посредством эмпирических, экспериментальных и/или аналитических методов. Множество антенн может быть смонтировано на локомотиве и/или оборудовании, которые пространственно разнесены друг от друга. Каждая антенна может подавать сигналы в ее собственный отдельный радиоприемник. Сигналы от каждого приемника могут затем обрабатываться независимо посредством соответственно конфигурированного оборудования цифровой обработки. Так как помехи многолучевого распространения РЧ сигналов, как правило, обуславливают низкое качество или потери в одной из антенн, другая антенна, которая может отстоять на подходящем расстоянии, может в настоящий момент испытывать минимальное воздействие помех многолучевого распространения, и в ней может иметь место прием правильных сигналов связи. В то время как первый радиоприемник может принимать некорректные переданные данные, другой радиоприемник может принимать корректные переданные данные. Оборудование цифровой обработки может анализировать каждый сигнал связи от каждого приемника так, чтобы некорректные переданные данные могли быть отбракованы, в то время как корректные переданные данные могли бы быть приняты, и могла бы поддерживаться действительная связь с передающим блоком.

g) Переход на режим управления, поддерживаемый доступными средствами связи

Другой аспект настоящего изобретения устанавливает смену текущего режима управления работой локомотива на другой режим управления, который может лучше поддерживаться системой связи ввиду текущих условий окружающей среды и/или рабочих условий, в которых находится система связи. Например, в случае ухудшения возможностей связи контроллер локомотива может быть переключен, чтобы обеспечивать частичную функциональность для различных признаков управления, таких как управление распределенной мощностью, управление поездом с портативного устройства, что может использоваться оператором вне поезда на сортировочной станции, работа в режиме множества устройств, или, альтернативно, могут быть приняты компромиссные решения в отношении доступности (или отсутствия) такой функциональности при различных рабочих условиях. Например, если определенный режим управления требует полосы частот, которая в данный момент не поддерживается системой связи, то контроллер локомотива выберет другой режим управления, который в данный момент может поддерживаться системой связи. Таким образом, аспекты настоящего изобретения, в частности, предусматривают интегрированную систему связи/ управления, которая обеспечивает постепенный вывод системы из работы для перехода от одного режима к другому режиму без ухудшения надежного управления поездом в течение периодов, когда система связи может только обеспечивать некоторую ограниченную функциональность ввиду неблагоприятных условий окружающей среды и/или рабочих условий.

h) Смена передаваемых данных

Как говорилось выше, могут быть ситуации, например переключение на низкочастотный канал, в которых из-за рабочих условий/ условий окружающей среды работа с определенными типами данных может не полностью обеспечиваться или не обеспечиваться вообще системой связи. Предполагается, однако, что могут производиться изменения в типе передачи данных, чтобы достичь определенного уровня передачи информации. Например, как сказано выше, можно настроить скорость передачи данных для обеспечения некоторой функциональности. Например, предполагая, что канал связи может в данный момент поддерживать низкую полосу частот, предполагается, что можно использовать метод сжатия полосы частот для сокращения полосы частот, требуемой для передачи заданного количества информации. Если выполняется сжатие данных на одном конце канала связи, то можно использовать совместимый метод декомпрессии данных на другом конце канала связи. Далее установлено, что при определенных условиях можно выполнять преобразование данных из одного формата в другой формат, которые могут быть совместимы со средством связи, которое доступно для передачи сообщений. Например, когда система связи находится под воздействием условий окружающей среды и/или рабочих условий, может иметься несколько ограниченная функциональность связи, которая может осуществляться при условии, что данные, которые должны передаваться, имеют конкретный формат. Если такие данные в общем предоставляются в различных форматах, преобразование данных в конкретный формат позволит передавать данные даже в случае ограниченной функциональности связи. Таким образом, этот аспект изобретения позволяет менять характеристики сообщений, чтобы удовлетворить критические условия режима управления, поддерживаемого любой заданной технологией связи.

i) Адресаты/источники передачи данных

Далее установлено, что система связи, воплощающая аспекты настоящего изобретения, будет включать в себя стратегию изменения адресатов и/или источников передаваемых данных при особых условиях окружающей среды/рабочих условиях. Например, могут иметься адресаты, которым могут не требоваться быстрые или непрерывные передачи данных без ухудшения надежной работы поезда. Так, в течение периодов, когда из-за определенных рабочих условий/ условий окружающей среды система связи может быть не в состоянии поддерживать быстрые передачи данных, система автоматически выберет адресаты и/или источники, подходящие для любой доступной в настоящий момент возможности передачи данных. Так, в этом примере адресатами передачи данных, которые будут выбраны, будут такие, которым не нужны быстрые или непрерывные передачи данных. Например, распределенная мощность в поезде может управляться в двух режимах работы. Причем один режим является режимом по схеме «главный - подчиненный», когда удаленный локомотив следует командам ведущего, и независимый режим, когда управление удаленным локомотивом является независимым от управления ведущим локомотивом. В случае ухудшенного функционирования связи система будет иметь перестраиваемую конфигурацию, чтобы выделять наиболее доступные ресурсы связи на независимо управляемый локомотив и меньшие ресурсы на локомотив, который имитирует ведущего. Это происходит, так как было бы желательно передавать так много информации от/к удаленному локомотиву, который работает независимо от ведущего. Наоборот, в случае локомотива, который имитирует ведущего, уровень критичности управления был бы ниже в сравнении с локомотивом в независимом режиме работы, и, следовательно, уровень ресурсов связи, которые надо выделить имитирующему локомотиву, может быть сравнительно низким. Таким образом, адресаты и/или источники передачи данных могут быть выбраны в зависимости от того, какое оборудование поезда или какой локомотив поезда может требовать более критические услуги связи. Как используется здесь, выражение «адрес» и/или «источник» не должно пониматься как просто один особый приемник, так как это выражение в широком смысле заключает в себе любую передачу данных для выполнения конкретной функции, связанной с работой и/или управлением поездом, которое бы позволило локомотиву или внешнему пользователю получать информацию, чтобы завершить любое действие, которое им нужно завершить.

АЛГОРИТМ/Ы ВЫБОРА ПОДХОДЯЩЕЙ СХЕМЫ СВЯЗИ И/ИЛИ ПОДХОДЯЩЕГО РЕЖИМА УПРАВЛЕНИЯ

ОБЗОР

Передача данных на движущемся поезде может испытывать воздействие различных изменяющихся рабочих условий/условий окружающей среды. Предполагая, что множество схем связи доступны в системе связи, настоящее изобретение рассматривает один или более алгоритмов, таких, которые могут выполняться в процессоре 16 (Фиг. 1 и 2), для автоматического выбора схемы связи, подходящей для данного набора рабочих условий/ условий окружающей среды.

РАЗРАБОТКА АСПЕКТОВ ВЫБОРА ПОДХОДЯЩЕЙ СХЕМЫ СВЯЗИ

Нижеприведенный перечень дает примерный список типичных входных данных для такого алгоритма/алгоритмов.

А) Определение качества связи

В) Доступность оборудования

С) Функциональные средства поезда/локомотива, требуемые/ желательные в данное время/в данном месте.

D) Сигналы, указывающие на рабочие условия/ условия окружающей среды

Е) Команды оператора

F) Желательный режим управления

Для специалистов в данной области должно быть очевидно, что такой алгоритм может использовать различные методы обработки, чтобы выбрать подходящий способ связи при данном наборе рабочих условий и/или условий окружающей среды. Например, в одном из методов обработки алгоритм может быть составлен так, чтобы сравнивать входной/ые сигнал/ы с заранее запрограммированными спорными состояниями связи. Например, если указание качества связи указывает на плохие характеристики связи, и сигналы, указывающие на рабочие условия и/или условия окружающей среды, указывают на территорию с высоким трафиком, тогда опорное состояние, которое соответствует таким рабочим условиям и/или условиям окружающей среды, может перестроить систему связи на способ связи, подходящий для таких условий. Должно быть понятно, что частота, с которой алгоритм определяет, следует ли изменить конфигурацию системы связи, может частично определяться окружающей средой, в которой поезд работает. Например, если поезд проезжает открытые поля, относительно свободные от физических преград, в условиях низкого трафика и благоприятных атмосферных условий, необходимость выполнения частых определений будет меньше, в сравнении с поездом, идущим в плотнонаселенной местности, со многими физическими преградами. Таким образом, установлено, что обработка может производиться непрерывно в движении (в режиме реального времени) при определенных рабочих условиях. Как показано выше, могут быть ситуации, которые бы не обеспечивали такую обработку. Например, работа поезда на территории с низким трафиком или в благоприятной окружающей среде в сравнении с работой на территории с высоким трафиком и в суровых условиях окружающей среды.

Установлено, что такая обработка может выполняться в различных режимах, таких как полностью автоматический, полуавтоматический или ручной так, чтобы обеспечить гибкость в той мере, до которой, если вообще таковая есть, оператор может участвовать в процессе смены одного способа связи на другой способ связи. Далее установлено, что этот алгоритм должен включать в себя логику для выполнения перекрестных проверок и/или самосогласованных проверок для обеспечения надежной и точной работы самого алгоритма. Примерные выходные данные алгоритма могут включать предоставление оператору соответствующих указаний в отношении текущей схемы или состояния связи и новой схемы или состояния связи, которые этот алгоритм определил как более соответствующие при данном наборе рабочих условий/условий окружающей среды. Кроме того, алгоритм может конфигурироваться для обеспечения реального или оценочного показателя качества (FOM) для каждой доступной схемы связи.

Алгоритм/ы могут конфигурироваться для предоставления опций, чтобы пользователь мог выбрать опции, относящиеся к стратегии анализа для выбора любой доступной схемы связи, такие как сохранение быстродействия на уровне миллион операций в секунду (MIPS) или выбор производительности обработки данных, отвечающей получению оптимального решения. В некоторых ситуациях алгоритм может конфигурироваться для обеспечения оптимального решения при оценке всех изменений и альтернатив (возможно с использованием больших ресурсов вычислительного времени и производительности) в сравнении с суб-оптимальными решениями, которые можно получить намного быстрее. В некоторых приложениях алгоритм может конфигурироваться как самонастраивающийся алгоритм. Например, алгоритм может конфигурироваться для определения на основе реальных рабочих условий/ условий окружающей среды, действительно ли требуется оптимальное решение, или может ли суб-оптимальное решение обеспечить приемлемое решение проблемы выбора подходящей схемы связи ввиду рабочих условий и/или условий окружающей среды, в которых может находиться система связи. Алгоритм может дополнительно конфигурироваться как самообучающийся алгоритм, основанный на архивных базах данных, отражающих информацию о парке транспортных средств, которая может храниться в удаленных центрах диагностической службы (RM&D), или основанный на соответствующих архивных данных о конкретном поезде, которые могут храниться в бортовой памяти поезда. Дополнительно предполагается, что алгоритм принятия решений может конфигурироваться, чтобы предлагать обновления схемам связи. Например, предполагая, что схемы связи А, В и С доступны в данный момент времени, система может конфигурироваться для предложения новой схемы D, которая должна учитываться ввиду недостатков, присущих схемам А, В или С.

Фиг. 5 иллюстрирует вариант воплощения системы команд и управления связью для железнодорожного состава, имеющего один или более локомотивов, для автоматической настройки системы связи с целью обеспечения эффективной передачи командных данных поезду для управления работой поезда. Как показано на Фиг. 5, система может содержать один приемопередатчик 82, установленный на локомотиве, и, по меньшей мере, один приемопередатчик 80, удаленный от приемопередатчика 82. Для специалистов в данной области должно быть понятно, что каждый приемопередатчик составляет часть системы связи 50. Однако настоящее изобретение не ограничивается двумя приемопередатчиками и число приемопередатчиков может быть любым, которое удовлетворяет требованиям связи для любого заданного применения на поезде.

Как сказано выше, база данных 54 может использоваться для хранения данных о множестве схем связи, доступных приемопередатчикам. Первое контрольно-измерительное устройство 56 может использоваться для определения параметров, указывающих на качество связи между приемопередатчиками, когда приемопередатчики работают по первой из доступных схем связи и генерируют данные, указывающие на качество связи. Процессор 58, обменивающийся информацией с контрольно-измерительным устройством и базой данных, может конфигурироваться для выбора второй схемы связи, когда качество связи, обеспечиваемое первой схемой связи, не удовлетворительно для обеспечения надежной передачи командных данных на поезд. В случае, если вторая схема связи не способна обеспечить удовлетворительное качество связи, процессор конфигурируется для выбора другой схемы связи, которая, вероятно, обеспечит удовлетворительное качество связи.

База данных может содержать данные, указывающие на конфигурации оборудования на поезде, включая, по меньшей мере, одну конфигурацию, предусматривающую использование множества устройств связи, распределенных по всему поезду. В этом случае процессор включал бы модуль 64 для выбора первого устройства связи из множества устройств связи, распределенных по всему поезду. Выбор может основываться на определении того, какое соответствующее устройство связи с вероятностью обеспечит удовлетворительное качество связи. Модуль выбора оборудования должен конфигурироваться для выбора второго из множества устройств связи, когда качество связи, обеспечиваемое первым устройством, не удовлетворительно.

База данных может содержать данные, указывающие на множество отдельных форм для передачи сообщений. В этом случае процессор содержит модуль 66 для выбора первой из множества отдельных форм сообщений на основе вероятности того, что первая форма сообщений обеспечит прием командных данных во всем поезде. Примеры возможных форм сообщений могут включать настройку скорости передачи данных сообщения, которая может поддерживаться каналом связи, или выбор метода ответа на сообщение и/или повтора сообщения, или выбор метода кодирования сообщения, пригодного в данной обстановке. Как сказано выше, каждое сообщение может содержать код, сформированный для передачи на каждый приемопередатчик информации о схеме связи, на которую следует переключиться в случае внезапной потери связи, чтобы предотвратить продолжительный поиск подходящей схемы связи.

База данных может содержать данные, указывающие на множество отдельных типов данных, передаваемых приемопередатчиками. В этом случае процессор содержит модуль 68 для выбора первого типа данных для связи с приемопередатчиками. Первый тип данных может быть выбран из множества отдельных типов данных на основе вероятности того, что первый тип данных будет удовлетворительным для обмена между приемопередатчиками. База данных может также содержать данные, указывающие на множество отдельных типов источников и/или адресатов данных, доступных приемопередатчикам. В этом случае процессор содержит модуль 70 для выбора первого из отдельных типов источников и/или адресатов данных на основе вероятности того, что первый тип источников и/или адресатов данных обеспечит удовлетворительное качество связи между приемопередатчиками.

В других аспектах изобретения оборудование 84 управления конфигурируется для обеспечения множества режимов управления для управления работой каждого локомотива на основе командных данных, передаваемых системой связи 50, например, составленной из приемопередатчиков 80 и 82. База данных может конфигурироваться для хранения данных, устанавливающих соответствие между соответствующими схемами связи из множества схем связи и соответствующими режимами управления из множества режимов управления на основе требований по передаче данных для каждого соответствующего режима управления. В этом случае процессор 58, будучи подключен к такой базе данных, может конфигурироваться для выбора схемы связи, которая, как ожидается, будет удовлетворять требованиям для передачи данных выбранного в настоящий момент режима управления. В случае если выбранная в настоящий момент схема связи не может надежно осуществлять передачу командных данных для выбранного в настоящий момент режима управления, процессор может дополнительно конфигурироваться для выбора второго режима управления, требования которого по передаче данных с вероятностью будут удовлетворяться используемой в настоящий момент схемой связи.

РАЗРАБОТКА АСПЕКТОВ ДЛЯ ВЫБОРА ПОДХОДЯЩЕГО РЕЖИМА УПРАВЛЕНИЯ

ОБЗОР

Управление движущимся поездом может подвергаться влиянию множества изменяющихся рабочих условий и/или условий окружающей среды. Предполагая, что имеется множество доступных схем управления в системе управления поездом, настоящее изобретение устанавливает один или более алгоритмов для автоматического выбора схемы управления, подходящей для данного набора рабочих условий/условий окружающей среды, то есть схемы управления, подходящей для качества связи, которое может быть достигнуто при любых таких условиях. Примеры могут включать выбор схемы управления, подходящей для скорости или динамики поезда. Например, важно понять потребность в относительно более высоком качестве связи для управления поездом, движущимся с высокой скоростью, относительно медленнее движущегося поезда, или потребность более высокого качества связи для достижения точной остановки поезда в случае тяжело груженого поезда в сравнении с относительно легко груженым поездом. Другим примером в контексте поезда с множеством локомотивов может быть потребность в более высоком качестве связи для поезда, обеспечивающего независимое управление каждым локомотивом, в сравнении с поездом, в котором каждый буксируемый локомотив просто имитирует ведущий локомотив.

Ниже представлен пример списка возможных входных сигналов для каждого алгоритма.

А) Качество оценки управления

В) Доступность оборудования

С) Функциональные средства поезда/локомотива, требуемые/желательные в данное время/в данном месте.

D) Сигналы, указывающие на рабочие условия/ условия окружающей среды

Е) Команды оператора

F) Состояние качества связи

Те же самые факторы, описанные выше в контексте алгоритма/алгоритмов для выбора подходящей схемы связи, аналогично применимы для алгоритма/алгоритмов выбора подходящей схемы управления и не требуют повторного рассмотрения. Должно быть понятно, что оба алгоритма конфигурируются для обеспечения относительно высокой степени взаимосвязи, так как, например, состояние имеющейся схемы связи может обуславливать то, является ли конкретный режим управления доступным при определенных рабочих условиях и/или условиях окружающей среды. Подобным же образом процесс управления в конкретном режиме управления может оказывать влияние на то, какая схема связи выбирается, так как некоторые режимы управления могут, например, требовать высокой полосы частот или могут требовать быстрых скоростей передачи, которые могут быть достижимы посредством некоторых (но не всех) схем связи, которые могут быть доступны в данной системе связи.

Чтобы обеспечить надежную и безопасную работу в различных рабочих условиях, сведения об условиях управления могут быть конфигурированы в логике интеллектуальной связи, причем управление и система команд воплощают аспекты настоящего изобретения. Возможный сценарий может состоять в следующем. Предположим, что возникла внезапная потеря связи, и поезд курсирует по ровной местности, и нет ничего действительно критического вокруг поезда, ни приближающихся изгибов, ни пересекающих улиц. Тогда по этому сценарию, так как в общем окружающая среда способствует безопасной работе поезда, система будет выполнять поиск для нахождения подходящей схемы связи, и для поезда может быть допустимым просто двигаться по инерции, несмотря на потерю связи, по меньшей мере, в течение заданного периода времени, когда работа поезда считается безопасной. Однако если, основываясь на знании условий управления поездом в данный момент, обнаруживается окружающая среда с множеством поворотов или приближающийся холм и т.п., то при этом другом сценарии системе должна быть дана команда об остановке поезда быстрее, в случае наличия потери связи. Как сказано выше, логико-информационные возможности на борту поезда позволят определить, например, является ли движение по инерции при потере связи подходящим вариантом, или необходимы немедленные действия из-за критичности контролируемой окружающей среды. Таким образом, должно быть понятно, что ключевое преимущество настоящего изобретения состоит в высоком уровне взаимосвязанности и взаимодействия между логикой выбора связи и логикой выбора управления, таких как оценка типа используемых средств связи или типа выполняемой модуляции, или действующая форма сообщений, чтобы обеспечить функции управления, которые система способна поддерживать при любом конкретном наборе условий окружающей среды и/или рабочих условий.

Аспекты настоящего изобретения устанавливают обеспечение логико-информационных возможностей на борту для определения или выявления того, действительно ли какие-либо специфические возможности связи и/или управления являются доступными или нет. Это может осуществляться путем автоматического запроса, в чем-то аналогичного инструментальным средствам Plug and Play («включай и работай»), используемым при установке нового аппаратного обеспечения в компьютере. Эта функция позволит системе распознать, какие конкретные возможности доступны при любой заданной конфигурации поезда.

Авторами настоящего изобретения было установлено в качестве преимущества данного изобретения, что система связи, контроля и управления, которая динамично и комплексно взвешивает и обрабатывает различные функции поезда в аспектах управления и связи при заданном наборе условий окружающей среды и/или рабочих условий, обеспечит улучшенную и надежную работу поезда. Например, интеллектуальные возможности системы позволят воспользоваться преимуществом доступной высокой скорости передачи данных, когда система обнаруживает доступность такой высокой скорости передачи данных и, соответственно, форма передачи сообщений будет конфигурироваться для обеспечения совместимости с таким режимом высокой скорости передачи данных. Однако при наличии ухудшенной связи система переключится на режим, который по-прежнему будет предоставлять критическую информацию для поддержки желательного режима управления, но с тем ограничением, что теперь система сможет отправлять только критическую информацию. Таким образом, следует иметь в виду, что логика принятия решений системой взаимно связана с каждым методом связи и каждым режимом управления, которые могут быть реализованы для поезда при воздействии любых возможных условий окружающей среды и/или рабочих условий. Например, на основе считанной информации об окружающей среде можно будет использовать канал с низкой скоростью передачи данных, например, канал со скоростью 75 бит в секунду, если поезд, например, курсирует через равнины Небраски, когда ничего особенного вокруг не происходит. Однако если, например, поезд находится в холмистой местности в Западной Виржинии, тогда может быть принято решение остановить поезд до того, пока не станет доступным подходящий канал связи. Таким образом, должно быть понятно, что как логика выбора связи, так и логика выбора управления для эксплуатации поезда тесно взаимосвязаны друг с другом. В рабочих условиях один из ключевых аспектов состоит в безопасной эксплуатации поезда, и теперь можно еще надежнее и точнее достигнуть этой цели путем использования интеллектуальной системы связи, контроля и управления, которая гибко согласовывает различные компромиссные решения, такие как изменение количества передаваемых данных, на основе критичности управления поездом, и определение наиболее подходящего способа связи для условий окружающей среды.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ ДАННОГО ПОЕЗДА, ВКЛЮЧАЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ ПОЕЗДА КАК ЧАСТИ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ

ОБЗОР

Работа одного локомотива, не говоря уже об использовании множества локомотивов, в поезде требует надежного и точного контроля, чтобы обеспечить улучшенную и безопасную работу поезда, включая усовершенствованную работу поезда как части транспортной системы при разнообразии рабочих условий и/или условий окружающей среды. Аспекты настоящего изобретения обеспечивают систему связи и управления, конфигурированную для обеспечения независимого, но тщательно координированного управления, адресности или обоих этих признаков, для ключевых рабочих систем, таких как тормозное оборудование как с фрикционными, так и с электрическими тормозами, оборудование двигателя, оборудование сцепления/расцепления, оборудование для контроля скорости и т.п. Кроме того, было бы желательно совместно использовать эту информацию в режиме реального времени с объектами, удаленными от поезда, такими как объекты, которые управляют транспортной системой.

ИССЛЕДОВАНИЕ АСПЕКТОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАННЫХ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ ДАННОГО ПОЕЗДА

Ниже приведен перечень приведенных для примера режимов управления, которые могут быть доступны в локомотивах и могут выбираться для наилучшего обеспечения работы поезда при разнообразных рабочих условиях/ условиях окружающей среды.

А) Независимое управление тяговым усилием

В) Управление при низкой скорости

С) Уменьшение тягового усилия, чтобы избежать нежелательных условий

D) Управление скоростью посредством нечеткой логики

Е) Автоматическое сцепление локомотива с вагонами

F) Дистанционно управляемое сцепление (отсоединение) локомотива с вагоном

В соответствии с аспектами настоящего изобретения предполагается, что любая из таких стратегий управления могла бы обеспечиваться на основе стратегии автоматического управления, конфигурируемой для выбора подходящего режима управления ввиду рабочих условий и/или условий окружающей среды, в которых находится локомотив, а также ввиду доступного оборудования и качества связи, возможного или фактически имеющего место при таких рабочих условиях и/или условиях окружающей среды.

В одном варианте воплощения один или более приоритетных устройств могут использоваться, например, для измерений состояния рельсового пути, определения степени скольжения колес, распознавания наличия нежелательных объектов на путях, например сырых листьев. Таким образом, если можно определить такие условия окружающей среды, то можно применить другой алгоритм для достижения улучшенного контроля противоскольжения и тяги колес. Соответственно, надо не просто воспринимать сигналы, указывающие на скорость и силы, действующие на локомотив, но можно также обнаруживать или измерять факторы, которые будут оказывать влияние на возможности соответствующего управления. Другими примерами могут быть определение влажности путей или их наклона, когда локомотив находится на холме или поворачивает по кривой. Специалистам в данной области должно быть понятно, что определение таких условий окружающей среды может использоваться для установления того, работает ли двигательная система локомотива на подходящем уровне мощности.

Кроме того, должно быть понятно, что режим управления может выбираться для оптимизации одного или более рабочих параметров, таких как эффективность топлива, более быстрые остановки, снижение усилия двигателя, тяговые усилия, более быстрое ускорение.

Дополнительно, стратегия управления может конфигурироваться для учета изменений из-за различия в работе разных моделей локомотивов или ввиду различных конфигураций поезда, в таких аспектах как тяжелый груз по сравнению с легким грузом, желательный выходной параметр, такой как оптимизация времени поездки, экономия топлива независимо от увеличивающегося времени поездки, доступность оборудования (или его отсутствие) и т.д. Настоящее изобретение устанавливает тесную интеграцию между соответствующим оборудованием управления и связи так, чтобы каждый набор данных или информации, требуемой для осуществления какого-либо конкретного режима управления, точно и своевременно передавался и правильно адресовался соответствующему оборудованию. Кроме того, стратегия управления конфигурируется для использования преимущества доступного в данный момент аппаратного обеспечения, чтобы сократить потребность замен на имеющиеся аппаратные средства.

Хотя представлены и описаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения, очевидно, что такие воплощения приведены только в качестве примера. Для специалистов возможны многочисленные вариации, изменения и подстановки без изменения объема изобретения. Соответственно, изобретение ограничено только сущностью и объемом формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к системе связи на железной дороге. Технический результат состоит в обеспечении эффективной передачи командных данных для управления работой локомотива. Для этого система содержит приемопередатчик, установленный на локомотиве, по меньшей мере, один приемопередатчик, удаленный от локомотива, база данных для хранения данных, касающихся множества схем связи, доступных данной системе связи. Первое контрольно-измерительное устройство используется для определения параметра, указывающего на качество связи между приемопередатчиками, когда эти приемопередатчики работают по первой из доступных схем связи и формируют данные, указывающие на качество связи. Процессор осуществляет связь с контрольно-измерительным устройством и базой данных, и конфигурируется для выбора второй схемы связи, когда качество связи, обеспечиваемое первой схемой связи, не удовлетворительно для обеспечения надежной передачи командных данных в локомотив. 4 н. и 57 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула