Курсовая работа (т): Спутниковая навигация на железнодорожном транспорте

Приписной парк депо составляет: 118 пассажирских локомотивов серии ЭП-1, 3 пассажирских локомотива серии ТЭП-70-БС, 8 локомотивов хозяйственного назначения. Все пассажирские локомотивы депо оборудованы унифицированным комплексом локомотивных устройств безопасности (далее КЛУБ-У), который изготовлен Ижевским радиотехническом заводом.

В состав аппаратуры КЛУБ-У (рис.2.1) входят: блок электроники БЭЛ-У; блок индикации БИЛ-УВ, БИЛ-В, БИЛ-ПОМ; блок коммутации и регистрации БКР-У-1М (БКР-У-2М); антенна спутниковой навигации; приёмопередающее устройство цифровой радиосвязи; блок питания ИП-ЛЭ; блок ввода и диагностики БВД-У; датчики пути и скорости ДПС-У; блок согласования интерфейсов БСИ; комплект кабелей; стационарное устройство дешифрации регистрируемых параметров СУД (в депо с использованием компьютера).

Приёмник GPSКЛУБ-У только принимает от спутника NAVSTARGPS синхронизирующий сигнал времени и координаты местоположения, которые фиксируются регистратором КЛУБ. Далее данные не передаются.

Рисунок 2.2- Структура системы КЛУБ-У

Структура комплекса КЛУБ-У включает в себя следующие устройства: БВЛ-У - блок ввода локомотивный; БИЛ-У - блок индикации; БИЛ-УВ - блок ввода и индикации; БКР-У - блок контроля и регистрации; БЭЛ-У - блок электроники; ИП - источник питания; КОН - контроль несанкционированного отключения ЭПК; КПУ - приёмные катушки; КР - кассета регистрации; КРТ - преобразователь давления; Л 178/1 - датчик угла поворота; ПРМ РК/ ПРД - приёмопередатчик радиоканала; РБ, РБС - рукоятки бдительности (РБС - специальная); РК - радиоканал; СНС - спутниковая навигационная система; ЭПК - электропневматический клапан

Комплекс КЛУБ-У выполняет следующие функции:

автоматическое включение экстренного торможения при возникновении опасных ситуаций;

экстренное торможение локомотива (поезда) принудительно посредством получения специального сигнала от поездного диспетчера (ДНЦ) или от дежурного по станции (ДСП) по радиоканалу УКВ;

исключение самопроизвольного движения локомотива (скатывания);

исключение несанкционированного выключения ЭПК;

приём и дешифрация сигналов АЛСН, АЛС-ЕН;

непрерывный контроль состояния тормозной системы;

регулярный контроль бдительности машиниста;

контроль совместных действий машиниста и помощника машиниста при трогании поезда и движении к запрещающему сигналу светофора;

формирование сигналов для системы автоматического управления торможением (САУТ);

учёт категории поезда, типа тяги, длины блоков-участков;

регистрация параметров работы локомотива (скорость, режим тяги, режим торможения, сигналы АЛС, местоположение локомотива, время, срабатывание приборов безопасности, некорректное вмешательство в их работу) с записью на специальный картридж ёмкостью до 36 часов.

формирование сигналов бдительности достижения фактической скорости: 2, 10, 20 и 60 км/ч;

информирование машиниста о показаниях светофоров, числе свободных блоков-участков, фактической скорости с точностью до 1 км/ч и допустимой на данном участке пути скорости движения, кривой торможения, а также о текущем времени с корректировкой по астрономическому времени, координатах местоположения локомотива с точностью до 30 м при помощи спутниковой навигации, соблюдении графика движения поезда, названиях станций, номерах стрелок, светофоров, перегонов и т. п., расстояниях до контрольных точек (станция, переезд, мост, тоннель, стрелка, светофор, токораздел, опасное место и др.), хранящихся в электронной карте блока электроники БЭЛ.

Вдоль всего обслуживаемого участка железной дороги действует сеть мобильной сотовой связи стандарта GSM. Одновременно зону обслуживают три оператора сотовых сетей. Участки железной дороги, непокрытые сотовой сетью, незначительны порядка 2-5 км, с расположением одного такого участка на 100 км железнодорожного пути. В мобильном терминале при пропадании сети GSM данные обо всех передвижениях объекта записываются в блок памяти модуля (так называемый черный ящик), а при появлении связи GSM происходит передача по каналу GPRS всех точек маршрута движения за тот промежуток времени, когда сеть была недоступна.

На железнодорожном транспорте системы диспетчерского управления и контроля эффективности использования локомотивного парка на основе ГЛОНАСС/GPS технологий не нашли широкого применения. Основная причина такого положения - недостаточная для контроля и управления движением локомотивов на станциях точность определения местоположения.

В ходе испытаний системы на Красноярском транспортном узле были подтверждены её основные эксплуатационные характеристики:

-             СКО определения местоположения - 0,35 м;

-             СКО определения скорости движения - 0,05 м/с;

-             задержка в получении информации о местоположении локомотивов не превышает 2 секунд.

Для реализации дифференциального (относительного) режима определения местоположения объектов необходима установка референцных станций. Постоянно действующая спутниковая референцная (базовая) станция - аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения выполнения измерений и определения пространственного местоположения объектов путем предоставления информации для коррекции данных, получаемых с помощью спутниковых (ГНСС) навигационных и геодезических приемников, включающий спутниковое, коммуникационное, компьютерное и другое, оборудование, специализированное программное обеспечение, установленное в районе выполнения измерений и определения местоположения, частично зафиксированное в пространстве на постоянной основе и функционирующее непрерывно.

Постоянно действующая референцная станция включает в себя ГНСС приемник, спутниковую антенну, источник бесперебойного питания, средства связи, системы грозозащиты и молниеотводы которые устанавливаются стационарно на специально подготовленное место. Спутниковая антенна базовой станции жестко крепится на верху специального пилона, установленного на неподвижном основании аналогично пунктам геодезической основы. Координаты антенны определяются совместно и с одинаковой точностью с координатами пунктов опорного обоснования. Таким образом, спутниковая базовая станция является носителем системы координат строительного объекта, равноправным с традиционными геодезическими опорными пунктами.

Базовая станция может управляться автоматически и в удаленном доступе с персонального компьютера (ПК) и специализированного программного обеспечения. Она может работать автономно, без участия оператора. Референцная станция может работать автономно, без участия оператора. Она может формировать спутниковые данные для последующей обработки с данными полевых спутниковых измерений, а также спутниковые дифференциальные поправки для получения пользователями передвижных спутниковых приемников (роверов) для определения точных пространственных координат в реальном времени (RTK). Данные для постобработки могут архивироваться на жесткий диск компьютера базовой станции и передаваться по каналам связи на FTP-сервер для удаленного доступа. Пользователи подвижных приемников могут получать дифференциальные поправки по радиоканалам, высокоскоростным беспроводным сетям (GSM, GPRS, CDMA и др.) или через сеть Интернет.

Постоянно действующие спутниковые референцные станции устанавливаются в местах с наиболее благоприятными условиями приема спутниковых сигналов и в радиусе своей работы надежно обеспечивают корректирующим данными мобильные ГНСС приемники пользователей 24 часа в сутки, 365 дней в году. Одна базовая станция обеспечивает определение пространственных координат в режиме реального времени с сантиметровой точность в радиусе не более 25-30 км. Принципиально удаление ровера от базовой станции может быть большим, например 300 км. Несколько постоянно действующих спутниковых референцных станций, объединенных в опорную (реперную) сеть, могут обеспечивать работу на гораздо большей территории.

3. Выбор и обоснование принятого решения по ВКР

Согласно приказу № 285 Минтранса РФ от 31.06.2012 года, навигационные терминалы, устанавливаемые на транспортные средства категории М (коммерческие перевозки пассажиров), и категории N (перевозка опасных грузов) должны соответствовать следующим требованиям: работа в сетях сотовой связи GSM900/1800 и UMTS, определение местоположения транспортного средства с точностью 15 м с вероятностью 95 %, возможность установления двусторонней голосовой связи с диспетчером, возможность автономной работы от аккумулятора в течение часа, рабочий диапазон температур от −40 до +85 С° [15]. С 2016 года эти требования распространятся на все автомобили.

С 1 января 2014 года в силу вступил закон "О Государственной автоматизированной информационной системе "ЭРА-ГЛОНАСС", в соответствии с которым транспорт категорий M и N подлежит обязательному оснащению навигационными терминалами с поддержкой системы ГЛОНАСС/GPS.

В использовании системы слежения за местоположением подвижных объектов проявили заинтересованность ряд ведомств и организаций (МВД, МПС и др.). Отдельно стоит отметить заинтересованность в приобретении средств мониторинга автотранспортными предприятиями.

Спутниковая система навигации представляет собой комплексную электронно-техническую систему, состоящую из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенную для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

Система состоит из двух основных частей: бортовой аппаратуры, которая устанавливается непосредственно на локомотив, и постовой аппаратуры.

3.1 Оборудование подвижных объектов

Тип передаваемой информации с локомотива - цифровой.

Терминалы, устанавливаемые на подвижные объекты, должны быть устойчивы к вибрационным воздействиям, иметь малые габариты, вес (не более 1 - 1,5 кг) и энергопотребление. Электропитание должно осуществляться от автономного источника.

Необходимо предусмотреть возможность автоматического срабатывания терминалов в аварийных ситуациях.

Терминалы должны обеспечивать бесперебойную работу в диапазоне температур от - 50 до +50 °С при влажности воздуха при 30 °С - 99%.

Антенны терминалов должны иметь малые габариты и обеспечивать бесперебойную связь при скорости ветра до 30 м/сек.

Данным требованиям удовлетворяет продукция Ижевского радиотехнического завода. Наиболее подходящим по техническим эксплуатационным (устойчивость к вибрации, высоким/низким температурам, напряжение питание совпадает с напряжением низковольтных электрических цепей локомотива) и коммутационным (совместимость pin-to-pinс локомотивными устройствами безопасности, сигнализации и регистрации параметров движения) свойствам.

Терминал мобильный ТМ4-3 (ТМ4-3/110) предназначен для работы в системе контроля мобильных объектов (СКМО) на железнодорожном транспорте, обеспечивающей удаленный контроль и управление транспортными средствами в режиме реального времени.

Возможноститерминала мобильного ТМ4-3:

определение местоположения объекта по сигналам спутниковых навигационных систем (СНС): российской глобальной навигационной системы (ГЛОНАСС) и глобальной системы позиционирования США (GPS);

контроль состояния объектов и грузов по состоянию пяти датчиков, имеющих на выходе высокий или низкий уровень сигнала, и трех датчиков тока;

считывание данных по CAN-интерфейсу с системы охранно-пожарной безопасности и аппаратуры КЛУБ;

передачу информации о местоположении, состоянии датчиков на объекте и телеметрической информации от аппаратуры КЛУБ в диспетчерский центр СКМО (ДЦ СКМО) по сети сотовой связи стандарта GSM с включенным сервисом пакетной передачи данных GPRS;

управление по команде ДЦ СКМО четырьмя исполнительными устройствами, устанавливаемыми на объектах;

запись во внутреннюю память не менее 1000 кадров информации при нарушении канала передачи данных и автоматическая их передача в ДЦ СКМО при восстановлении канала передачи данных;

автоматическое определение оператора сотовой связи по установленной SIM-карте.

Таблица 3.1 - Технические характеристики ТМ4-3/110

Таблица 3.2 - Электрические характеристики и конструктив ТМ4-3/110

Устройство терминала ТМ 4-3 показано на рисунке 3.1. Основной частью терминала мобильного является терминал ЦВИЯ.468157.078-04 (далее - блок терминала), который включает в себя навигационный приёмник, модуль модема GSM и контроллер.

-Блок терминала; 2-Соединитель для подключения кабеля питания; 3-Кабель питания; 4,5-Соединитель для подключения к CAN шине; 6-Соединитель для подключениянавигационной антенны; 7-Соединитель для подключения антенныGSM; 8-Кабель CAN; 9-Заглушка CAN; 10-Пломба

Рисунок 3.1 - Внешний вид и интерфейсы терминала мобильного ТМ 4-3

К блоку терминала 1 подключается антенна, включающая в себя навигационную антенну и антенну GSM.

Подключение терминала к источнику электропитания осуществляется кабелем питания ЦВИЯ.685612.468, к шине CAN - кабелем CAN ЦВИЯ.685612.517.

Принцип работы терминала.

Терминал, устанавливаемый на объекте, по сигналам навигационных спутников вычисляет координаты местоположения объекта на основе эфемерид, контролирует состояние датчиков, установленных на объекте.

Эфемериды (в астрономии) - координаты небесных светил, параметры орбит спутников и другие переменные астрономические величины, вычисленные для ряда последовательных моментов времени и сведенные в таблицы.

Информация о местоположении и состоянии датчиков объекта передаётся в ДЦ СКМО по каналу передачи данных, качестве которого используется сеть сотовой связи стандарта GSM, поддерживающая сервис GPRS. В ДЦ СКМО информация обрабатывается, сохраняется в базе данных и отображается на мониторе рабочего места оператора на фоне электронной карты местности (либо цифровой модели железнодорожного пути).

Передача данных в ДЦ СКМО осуществляется в автоматическом режиме с заданным интервалом времени. При срабатывании любого из датчиков терминал формирует тревожное сообщение, которое передаётся в ДЦ СКМО. Монтаж и подключение терминала.

кабель антенны GSM (из состава антенны ЦВИЯ.464651.004) - 5 м;

кабель навигационной антенны (из состава антенны ЦВИЯ.464651.004) - 5 м;

кабель CAN - 5 м;

кабель питания - 10 м.

Для установки блока терминала 1 (рисунок 3.1) необходимо выбрать место, защищённое от воздействия тепла, пыли, влаги, а также от возможных механических воздействий подвижных устройств и механизмов объекта перевозимым грузом или случайных действий водителя и пассажиров.

На рисунке 3.2 пунктиром показаны размеры места для размещения блока терминала 1.

Рисунок 3.2 - Размеры места для размещения блока терминала ТМ 4-3

При установке блока терминала 1 для обеспечения возможности подключения кабелей необходимо предусмотреть свободное пространство со стороны соединителей, расположенных на блоке терминала 1 (рисунок 3.1).

Блок терминала 1 (рисунок 3.1) закрепляется винтами из комплекта монтажных частей, в предварительно просверленные четыре отверстия диаметром 4 мм, как показано на рисунке 3.2.