Устройство анализа и формирования речевых сообщений и система оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте

Устройство анализа и формирования речевых сообщений и система оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам оповещения на железнодорожном транспорте. Более конкретно настоящее изобретение относится к устройствам анализа и формирования речевых сообщений и системам оповещения о положении поездов на путях.

Уровень техники

Вопрос обеспечения безопасности людей на железной дороге существует с момента возникновения собственно железнодорожного транспорта. Основной проблемой является своевременное оповещение людей о приближении поезда. В особенности это касается рабочих при проведении работ на путях. Известно, что особенности человеческого слуха не позволяют вовремя услышать приближение поезда и отойти от путей на безопасное расстояние. Поэтому при проведении работ на путях используются различные системы оповещения о положении поездов.

Предпочтительным видом оповещений являются речевые сообщения. При использовании речевых сообщений у работников нет необходимости заучивать систему сигналов, сообщения являются простыми для понимания, что повышает безопасность работников.

Основными задачами, которые приходится решать при создании систем оповещения с использованием речевых сообщений, являются следующие:

- своевременность выдачи сообщения. По принятым на железнодорожном транспорте стандартам безопасности сообщение о приближении поезда должно выдаваться не позднее чем за 50 с до прибытия поезда на участок;

- достоверность выдаваемых сообщений;

- надежность системы. В связи с повышенной опасностью для жизни людей система должна обладать повышенной надежностью, а также способностью к обнаружению неисправностей и оповещения о неисправностях ответственных лиц;

- привязка к существующему оборудованию.

В настоящий момент железные дороги имеют собственную систему контроля положения поездов. На стрелках и других участках путей размещены датчики (реле), которые электрически связаны с реле системы электрической централизации, расположенной, как правило, в помещении станции. Данная система считается надежной, и из соображений безопасности внедрение дополнительных элементов не допускается.

В настоящий момент известны различные системы речевого оповещения на железнодорожном транспорте. Например, подобные системы описаны в патентах Российской Федерации №2179518 и 2170187. Однако в данных системах речевые сообщения передаются непосредственно человеком, обычно дежурным по станции. Таким образом, в функционирование системы вносится так называемый "человеческий фактор", что не позволяет обеспечить вышеупомянутые требования безопасности.

Из патентного документа DE 19746590 известна автоматическая система оповещения о приближении поезда к месту работ на железнодорожных путях. Указанная система содержит датчики, устанавливаемые на железнодорожных путях вблизи места проведения работ и устройство анализа и оповещения. Указанные датчики связываются с указанным устройством посредством проводной или беспроводной связи. Датчики контролируют определенный участок путей и передают информацию устройству анализа и оповещения. Указанное устройство анализирует полученную от датчиков информацию и определяет наличие или отсутствие поезда на участках путей, контролируемых датчиками. При определении наличия поезда хотя бы на одном из указанных участков устройство выдает оптический или акустический тревожный сигнал.

К недостаткам данной системы можно отнести следующее:

- необходимость установки вдоль путей специальных датчиков, дублирующих уже имеющееся на железной дороге дорогостоящее оборудование;

- выдача тревожного сигнала в виде оптического (сигнальная лампа) или акустического (сирена) сигнала. Такой сигнал не несет информацию о том, по какому пути и какого типа поезд движется. Формирование и выдача произвольных речевых сообщений, являющихся наиболее предпочтительными, не предусмотрена.

В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения выбрана система автоматического речевого оповещения о приближении поезда к месту работ "Сирена-Р" (далее - система "Сирена-Р"), разработанная ГУП ГИПРОТРАНССИГНАЛСВЯЗЬ в 2001 году. Указанная система включает в себя так называемые реле увязки в качестве устройств (модулей) ввода информации от системы электрической централизации на железнодорожном транспорте (далее называемой системой ЭЦ) и синтезаторы оповещения, а также ретранслирующее оборудование и громкоговорители. Реле системы устанавливаются в стативы системы ЭЦ и электрически соединяются с контактами реле системы ЭЦ. Синтезаторы оповещения также устанавливаются в указанные стативы и электрически соединяются с контактами реле увязки.

Система "Сирена-Р" функционирует следующим образом. На реле системы ЭЦ поступают электрические сигналы, несущие информацию о движении поездов. Эти сигналы также поступают на реле увязки. Реле увязки в зависимости от поступающих сигналов соединяют контакты того или иного синтезатора оповещения со входами ретранслирующего оборудования, и таким образом сообщение, формируемое синтезатором оповещения, передается на ретранслирующее оборудование и далее на громкоговорители.

Для контроля исправности оборудования системы "Сирена-Р", а также для информирования об отсутствии поездов на участках приближения и участках проведения работ используется периодическая мелодичная посылка. Данная посылка повторяется каждые 16-20 с. Ее отсутствие является сигналом о неисправности системы.

В случае, если на реле увязки поступают сигналы о приближении поезда к определенному участку путей, то эти реле замыкают контакт определенного синтезатора оповещения, и на ретранслирующее оборудование передается соответствующее сообщение (например, "Поезд по стрелкам четной горловины").

Недостатками системы "Сирена-Р" является следующее:

1. Недостаточная безопасность системы, обусловленная отсутствием средств самоконтроля и обнаружения неисправностей. Единственным признаком нормальной работы системы является периодическая мелодичная посылка. Вполне вероятен случай, что при работе на путях рабочий может просто не обратить внимание на отсутствие указанной мелодической посылки и, таким образом, окажется подвергнут существенному риску. Соответственно, необходим постоянный контроль работоспособности системы "Сирена-Р" со стороны дежурного по станции.

2. Ограниченное количество формируемых речевых сообщений. Синтезаторы оповещения, входящие в состав системы "Сирена-Р", содержат не более восьми формирователей звукового сигнала. Для увеличения количества формируемых сообщений требуется установка дополнительных синтезаторов, для чего необходимо наличие свободных мест в стативах системы ЭЦ, реконфигурирование электрических связей реле увязки и синтезаторов оповещения.

3. Необходимость установки дополнительного оборудования в стативы системы ЭЦ. Для работы системы "Сирена-Р" требуется разместить в стативах системы ЭЦ реле увязки и синтезаторы оповещения. Это делает невозможным использование системы в случае отсутствия свободных мест в стативах. Кроме того, сам факт установки дополнительного оборудования в стандартный набор системы ЭЦ является нежелательным с точки зрения обеспечения надежности и безопасности. Далее, большие габаритные размеры элементов системы "Сирена-Р" требуют дополнительных затрат на установку и монтирование.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства анализа и формирования речевых сообщений и системы оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте, обладающего следующими характеристиками:

- устройство должно легко интегрироваться с существующим оборудованием системы ЭЦ и не требовать установки дополнительного оборудования в систему ЭЦ;

- возможность формирования большого количества речевых сообщений. Устройство также должно предоставлять возможность изменять набор выдаваемых сообщений без необходимости установки дополнительного оборудования;

- высокая степень безопасности. Устройство должно быть выполнено с возможностью самоконтроля и контроля исправности системы оповещения и выдачи тревожного сигнала в случае обнаружения неисправностей без вмешательства персонала.

В соответствии с настоящим изобретением поставленная задача решается с помощью устройства анализа и формирования речевых сообщений для системы оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте, содержащего модуль ввода и синтезатор оповещения. Входы модуля ввода выполнены с возможностью подачи на них сигналов от реле системы ЭЦ, несущих информацию о положении поездов, а синтезатор оповещения включает в себя аналоговые выходы для подачи указанных речевых сообщений на вход ретранслирующего оборудования системы речевого оповещения. Предлагаемое устройство характеризуется тем, что

- модуль ввода содержит микропроцессор и выполнен с возможностью преобразования поступающих аналоговых сигналов от реле системы ЭЦ, несущих информацию о положении поездов, в цифровые сигналы, анализа указанных цифровых сигналов в микропроцессоре и выдачи синтезатору оповещения команды, соответствующей текущему положению поездов,

а указанный синтезатор оповещения включает в себя

- постоянное запоминающее устройство, предназначенное для хранения оцифрованных речевых сообщений,

- цифровой сигнальный процессор, выполненный с возможностью выбора речевого сообщения из сообщений, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве на основании команды, получаемой от модуля ввода, и передачи выбранного сообщения на цифроаналоговый преобразователь,

- цифроаналоговый преобразователь, выполненный с возможностью преобразования полученных от цифрового сигнального процессора оцифрованных сообщений в аналоговый сигнал и передачи полученного сигнала на аналоговые выходы устройства,

- системную шину, предоставляющую возможность обмена данными и командами между всеми компонентами синтезатора оповещения,

причем синтезатор оповещения и модуль ввода соединены друг с другом посредством двунаправленной шины.

Благодаря такой конструкции устраняется необходимость в установке в систему ЭЦ реле увязки или какого-либо другого дополнительного оборудования. Кроме того, обеспечивается возможность формирования большого количества речевых сообщений, причем эти сообщения могут быть изменены в случае необходимости также без установки дополнительного оборудования в систему ЭЦ. Благодаря выполнению устройства анализа и формирования сообщений в виде двух отдельных модулей, соединенных двунаправленной шиной, каждый из которых включает в себя микропроцессоры, обеспечивается возможность самоконтроля исправности системы оповещения и выдачи тревожного сигнала в случае обнаружения неисправностей без вмешательства обслуживающего персонала.

Синтезатор оповещения, предпочтительно, может включать в себя:

- аналоговые входы, предназначенные для получения аналоговых сигналов от ретранслирующего оборудования и представляющие собой выходные сигналы этого оборудования,

- многоканальный аналого-цифровой преобразователь, преобразующий поступающие на аналоговые входы сигналы в цифровую форму и передающий их на цифровой сигнальный процессор,

- резервный канал для выдачи тревожного сигнала.

В этом случае синтезатор оповещения имеет возможность сравнения сигнала, переданного на цифроаналоговый преобразователь для последующей передачи на ретранслирующее оборудование, и сигнала, полученного от аналого-цифрового преобразователя, и выдачи тревожного сигнала по резервному каналу в случае, если сравниваемые сигналы различны.

Указанное устройство может дополнительно включать в себя микрофон, предназначенный для приема звукового сигнала от громкоговорителей системы оповещения и передачи указанного сигнала на аналоговые входы синтезатора оповещения для последующей обработки и сравнения. Такое выполнение устройства облегчает выполнение функции контроля исправности системы речевого оповещения.

Задача изобретения решена также в системе оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте, включающей реле системы ЭЦ, вышеописанное устройство анализа и формирования речевых сообщений, ретрансляционное оборудование для ретрансляции речевых сообщений к месту их назначения и громкоговорители системы оповещения.

Перечень фигур чертежей

Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют пример осуществления изобретения, не вносящий каких-либо ограничений.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства анализа и формирования речевых сообщений в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 представлена структурная схема системы оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлена обобщенная структурная схема устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 1 содержит модуль 2 ввода и синтезатор 3 оповещений, соединенные между собой двунаправленной шиной 8.

Модуль 2 ввода соединяется с реле системы ЭЦ посредством каналов 4 ввода. Каналы 4 ввода подключены напрямую к контактам реле системы ЭЦ. В модуле 2 ввода осуществляется преобразование аналоговых сигналов, получаемых от каналов ввода, в цифровую форму и последующий анализ положения поездов в зависимости от полученных сигналов. Результатом анализа является выбор команды, предпочтительно представляющей собой номер сообщения, которое должно быть сформировано синтезатором 3 оповещений и передано на ретрансляционное оборудование (порядок хранения и формирования сообщений будет описан ниже). Выбранный номер сообщения передается синтезатору 3 оповещения по двунаправленной шине 8.

Аналоговые сигналы от реле системы ЭЦ поступают на аналого-цифровые преобразователи 5, переводятся в цифровую форму и подаются на входы микропроцессора 6. Микропроцессор 6 анализирует поступающие сигналы путем обработки их по записанному в его внутренней памяти алгоритму и выбирает номер соответствующего сообщения. Выбранный номер передается через контроллер 7 двунаправленной шины по двунаправленной шине 8 синтезатору 3 оповещения.

В предпочтительном варианте осуществления в качестве микропроцессора 6 используется микропроцессор Atmel AT89C51CC03. Данный микропроцессор включает в себя, помимо прочего, контроллер шины CAN, а также достаточное количество памяти для хранения алгоритма анализа поступающих сигналов. Микропроцессор имеет 14 каналов ввода, что представляется достаточным для приема сигналов реле ЭЦ. Управление и программирование микропроцессора осуществляется через стандартный интерфейс RS-232.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве двунаправленной шины 8, соединяющей модуль ввода и синтезатор оповещения, используется шина CAN - асинхронная последовательная коммуникационная шина, использующая в качестве среды передачи витую пару проводов. Для передачи данных по этой шине используется протокол CAN. Протокол был предложен фирмой Robert Bosch GmbH в конце 1980-х годов для автомобильной промышленности (бортовая сеть автомашины), затем он был стандартизован (ISO 11898) и SAE. Протокол CAN реализует первый и второй уровень эталонной модели OSI. При скорости передачи 1 Мбит/с длина шины может достигать 40 метров. Выбор обусловлен высокой надежностью данной шины, изначально разработанной для работы в сложных условиях в качестве автомобильной бортовой сети (сильные помехи, высокие температуры).

Синтезатор 3 оповещений содержит контроллер 9 двунаправленной шины 8, системную шину 10, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 11, цифровой сигнальный процессор (ЦСП) 12 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13.

Полученный от модуля 2 ввода сигнал интерпретируется контроллером 9 и посредством системной шины 10 передается на ЦСП 12 синтезатора 3 оповещений. ЦСП 12 через системную шину 10 обращается к ПЗУ 11, выбирает в ПЗУ 11 соответствующее сообщение и передает указанное сообщение через системную шину 10 на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13. ЦАП 13 преобразует полученное сообщение в аналоговый сигнал и передает полученный аналоговый сигнал на аналоговые выходы 14 синтезатора 3 оповещения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве цифрового сигнального процессора 12 используется микропроцессор Analog Devices ADSP-2181. Данный микропроцессор включает в себя, помимо прочего, достаточное количество памяти. Управление и программирование микропроцессора осуществляется через стандартный интерфейс RS-232.

В предпочтительном варианте осуществления синтезатор оповещения дополнительно содержит аналоговые входы, предназначенные для получения аналоговых сигналов от ретранслирующего оборудования и представляющие собой выходные сигналы этого оборудования, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий поступающие на аналоговые входы сигналы в цифровую форму и передающий их на цифровой сигнальный процессор и резервный канал для выдачи тревожного сигнала. В этом случае аналоговые входы синтезатора оповещения электрически связываются с ретранслирующим оборудованием. Например, аналоговые входы могут быть связаны с выходами усилителя ретранслирующего оборудования. Сигнал, поступающий на аналоговые входы синтезатора оповещения, передается на АЦП. Указанный АЦП преобразует полученные аналоговые сигналы в цифровые сигналы и передает их на цифровой сигнальный процессор. Цифровой сигнальный процессор сравнивает полученные от АЦП сигналы с последним переданным сообщением. В случае нормального функционирования оборудования на тракте от цифрового сигнального процессора до того узла ретранслирующего оборудования, с которого был снят выходной сигнал, отличия, выявленные при сравнении полученных от АЦП сигналов с последним переданным сообщением, не должны превышать заданный порог. В случае превышения указанного порога делается вывод о неисправности оборудования и по резервному каналу выдается тревожный сигнал. В предпочтительном варианте осуществления в качестве тревожного сигнала используется комбинация сигнального светодиода на передней панели устройства и пьезокерамического излучателя, издающего неприятный непрерывный звук. При обнаружении тревожного сигнала дежурный по станции имеет возможность принять меры для обеспечения безопасности рабочих на путях (например, передать по резервной системе оповещения сообщение "Уходите со всех стрелок").

Реализация модуля ввода и синтезатора оповещения в виде двух отдельных модулей, каждый из которых содержит микропроцессор и которые связаны посредством двунаправленной шины, позволяет реализовать функцию автоматического самоконтроля системы. Каждый из модулей имеет возможность опрашивать другой модуль, анализировать ответ и в случае обнаружения неисправности выдать тревожный сигнал.

На фиг.4 представлена структурная схема системы оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте согласно изобретению.

Система в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления включает в себя реле системы 15 ЭЦ, описанное выше устройство 1 анализа и формирования речевых сообщений, ретрансляционное оборудование 16 и громкоговорители 17. Устройство 1 анализа и оповещения электрически связывается с реле системы 15 ЭЦ. Само указанное устройство 1 анализа и формирования речевых сообщений может располагаться в любом помещении станции, предпочтительно в помещении дежурного по станции. Аналоговые выходы устройства 1 анализа и формирования речевых сообщений электрически соединяются со входами ретрансляционного оборудования 16. Также к ретрансляционному оборудованию 16 подключены громкоговорители 17.

В соответствии с изобретением сигналы от реле системы 15 ЭЦ поступают на входы устройства 1 анализа и формирования речевых сообщений. Указанное устройство 1 формирует речевое сообщение, как было описано выше. Сформированное сообщение передается на ретрансляционное оборудование 16, которое в свою очередь ретранслирует его на громкоговорители 17.

1. Устройство анализа и формирования речевых сообщений для системы оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте, содержащее модуль ввода и синтезатор оповещения, причем входы модуля ввода выполнены с возможностью подачи на них сигналов от реле системы электрической централизации на железнодорожном транспорте, несущих информацию о положении поездов, а синтезатор оповещения включает в себя аналоговые выходы для подачи указанных речевых сообщений на вход ретранслирующего оборудования, отличающееся тем, что

модуль ввода содержит микропроцессор и выполнен с возможностью преобразования поступающих аналоговых сигналов от реле системы ЭЦ в цифровые сигналы, анализа указанных цифровых сигналов в микропроцессоре и выдачи синтезатору оповещения команды, соответствующей текущему положению поездов,

а указанный синтезатор оповещения включает в себя

постоянное запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения оцифрованных речевых сообщений,

цифровой сигнальный процессор, выполненный с возможностью выбора речевого сообщения из постоянного запоминающего устройства на основании команды, получаемой от модуля ввода, и передачи выбранного сообщения на многоканальный цифроаналоговый преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, выполненный с возможностью преобразования полученных от цифрового сигнального процессора оцифрованных сообщений в аналоговый сигнал и передачи полученного сигнала на аналоговые выходы устройства,

системную шину, предоставляющую возможность обмена данными и командами всем компонентам синтезатора оповещения, причем синтезатор оповещения и модуль ввода соединены друг с другом посредством двунаправленной шины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что синтезатор оповещения дополнительно содержит

аналоговые входы, предназначенные для получения аналоговых сигналов от ретранслирующего оборудования, представляющих собой выходные сигналы этого оборудования,

многоканальный аналого-цифровой преобразователь, преобразующий поступающие на аналоговые входы сигналы в цифровую форму и передающий их на цифровой сигнальный процессор,

резервный канал для выдачи тревожного сигнала

и выполнен с возможностью сравнения сигнала, переданного на цифроаналоговый преобразователь для последующей передачи на ретранслирующее оборудование, и сигнала, полученного от аналого-цифрового преобразователя, и выдачи тревожного сигнала по резервному каналу в случае, если сравниваемые сигналы различны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя микрофон, предназначенный для приема звукового сигнала от громкоговорителей системы оповещения и передачи указанного сигнала на аналоговые входы синтезатора оповещения для последующей обработки и сравнения.

4. Система оперативного речевого оповещения о положении поездов на железнодорожном транспорте, включающая реле системы электрической централизации на железнодорожном транспорте, устройство анализа и формирования речевых сообщений, ретрансляционное оборудование для ретрансляции речевых сообщений к месту их назначения и громкоговорители системы оповещения, отличающаяся тем, что устройство анализа и формирования речевых сообщений выполнено по любому из пп.1-3.