Система управления поездом и железнодорожным депо

Система управления поездом и железнодорожным депо

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственную заявку

Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/909,899, поданной 27 ноября 2013 года, содержание которой тем самым включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к системе датчиков, в частности к системе датчиков, контролирующей различные характеристики, параметры и местонахождение железнодорожных вагонов и локомотивов в составе поезда, именуемом также поездом или составом, а также отцепленных железнодорожных вагонов и локомотивов в депо за счет использования одной или нескольких беспроводных ячеистых сетей передачи данных.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Возможность отслеживания и определения местонахождения подвижного состава в режиме реального времени, в том числе железнодорожных вагонов, локомотивов и поездов, приобретает все большее значение для владельцев железных дорог и операторов-перевозчиков.

С точки зрения безопасности крайне важно иметь возможность контролировать различные рабочие параметры железнодорожных вагонов, например температуру подшипников, в реальном масштабе времени, чтобы можно было прогнозировать и предотвращать неминуемые отказы, которые могли бы привести к серьезным последствиям, таким как сход поезда с рельсов. Важно также вовремя подать сигнал тревоги о наличии опасного состояния и передать рабочие параметры, ставшие причиной выдачи предупредительного сигнала, непосредственно машинисту поезда или в центр дистанционного управления железнодорожными перевозками с тем, чтобы можно было своевременно принять меры по устранению аварийного состояния.

С эксплуатационной точки зрения операторам-перевозчикам важно определить, находится ли железнодорожный вагон в составе поезда за пределами или внутри депо, а также установить, загружен ли железнодорожный вагон или нет. Значимость информации о текущем состоянии железнодорожных вагонов заключается в том, что оператор-перевозчик может определить, используются ли железнодорожные вагоны в каждый данный момент времени или простаивают, что облегчает управление операциями в депо.

В существующей отраслевой практике управление составами поездов и вагонными парками основывается на считывании пассивных меток радиочастотной идентификации (RFID), закрепленных на каждом железнодорожном вагоне, в фиксированных точках железнодорожной сети. И хотя этот способ обеспечивает высокую производительность работы операторов железных дорог, он лишен преимуществ динамической беспроводной сети, способной передавать информацию и данные, например, о местонахождении, состоянии или рабочих характеристиках, которые выходят за пределы рабочего диапазона RFID-ридера. Кроме того, в существующей системе не предусмотрен механизм передачи сигналов тревоги об эксплуатационных неисправностях на локомотив, который позволил бы вовремя предупреждать об опасности.

С учетом жестких условий эксплуатации и суровых климатических условий, в которых работают железнодорожные составы, любая система непрерывного контроля должна быть защищена от внешних воздействий, обладать эксплуатационной надежностью и способностью работать в течение длительного периода времени с минимальным вмешательством для проведения технического обслуживания или вообще без такового. Кроме того, для обеспечения рентабельности системы ее установка, обслуживание и эксплуатация не должны требовать существенных дополнительных затрат. Поскольку только в Северной Америке эксплуатируется свыше полутора миллионов грузовых железнодорожных вагонов, крайне востребована система непрерывного контроля за всеми используемыми вагонами; при этом указанная система должна обладать возможностью наращивания с тем, чтобы она могла справляться с огромным количеством потенциально используемых устройств.

Следовательно, необходимо предложить такую систему контроля, которая могла бы использоваться во время движения поезда с целью непрерывного отслеживания различных рабочих параметров железнодорожных вагонов и передачи данных об аварийном состоянии непосредственно машинисту или за пределы состава и которая могла бы также использоваться в отношении поездов и/или железнодорожных вагонов, находящихся в депо, для облегчения управления процессами формирования и роспуска составов.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Соответственно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему связи для железнодорожного вагона, в котором предусмотрен блок управления связью и один или несколько беспроводных датчиков, образующих ячеистую вагонную сеть, покрывающую железнодорожный вагон и отнесенную к конкретному вагону. Блок управления связью поддерживает множество беспроводных датчиков в ячеистой сети на базе открытых стандартных протоколов. Архитектура ячеистой вагонной сети является основополагающим структурным элементом международного стандарта беспроводной связи (IEC 62591), а также стандарта ISA 100.11 Международного общества автоматизации.

В блоке управления связью предусмотрены средства мониторинга выходных данных с различных беспроводных датчиков, закрепленных на железнодорожном вагоне, и определения характера изменения режима работы и состояния железнодорожного вагона и его различных узлов на основе анализа данных. Беспроводные датчики собирают, сохраняют, анализируют и обрабатывают данные, которые затем передаются в блок управления связью для дальнейшей передачи на локомотив, где машинист или автоматизированная система принимает решение о передаче полученных данных в центр дистанционного управления железнодорожными перевозками или обработке и анализе этих данных с целью генерирования сигнала тревоги, регистрации события или составления отчета. Это дает гарантию надлежащей работы и состояния вагонов, а также своевременной и эффективной выдачи операторам-перевозчикам и владельцам железнодорожных вагонов, входящих в состав поезда, необходимых предупреждений о приближающемся или фактическом отказе.

К числу эксплуатационных параметров, которые целесообразно отслеживать, относятся, помимо прочего: температура роликовых подшипников, температура перевозимого груза, положение ручного тормоза, смещение переходника роликовых подшипников, состояние колес, виляние/деформация/заклинивание тележек, статус и эксплуатационные характеристики тормоза, статус и величина нагрузки, потенциально проблематичное состояние пути, а также имеет ли место частичный сход вагона с рельсов.

Еще одна из целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить ячеистую поездную сеть, покрывающую состав поезда, которая образуется блоками управления связью каждого вагона в составе поезда и приводным беспроводным шлюзом на хосте или в пункте управления, такой как локомотив.

Каждый железнодорожный вагон снабжен блоком управления связью, который связан со всеми беспроводными датчиками, размещенными на вагонах. Блок управления связью может собирать данные с каждого из беспроводных датчиков и выполнять высокоуровневый анализ данных для выявления приближающихся или фактических отказов. В ходе выполнения такого анализа может быть применен набор эвристических правил для выявления потенциальных неисправностей по статистическим моделям и опытным данным. Блок управления связью также способен передавать данные и результаты любого анализа в какую-либо иную систему, расположенную вне железнодорожного вагона, используя любой из многочисленных протоколов передачи данных.

Дистанционный приемник может располагаться, например, на поезде, в депо или за пределами железнодорожного состава в центре дистанционного управления железнодорожными перевозками. Дистанционный приемник способен также выполнять высокоуровневый анализ состояния поезда путем применения набора эвристических правил и статистических моделей в отношении данных, событий и аварийных сигналов, получаемых с множества блоков управления связью, установленных на разных железнодорожных вагонах поезда. Анализ собранных данных может проводиться в любом из множества модулей обработки событий, распределенных по различным составным частям настоящего изобретения, включая блоки датчиков, блоки управления связью, поездные или наземные беспроводные шлюзы с приводом или иные наземные станции. Модуль обработки событий используется для выявления изменений состояния и определения действий, которые необходимо выполнить на устройстве, по множеству входных данных, получаемых внутри системы или извне. Логика, используемая для определения конечного результата, основана на наборе правил, которые могут задаваться и обновляться дистанционно.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить комплексную систему, способную обеспечить сбор данных и анализ этих данных для прогнозирования эксплуатационных отказов и выдачи соответствующих предупредительных сигналов о возможности таких отказов с тем, чтобы обеспечить своевременное вмешательство человека или автоматизированной системы до того, как произойдет катастрофический отказ. Такие предупредительные сигналы могут ранжироваться по высокому приоритету и обычному приоритету. Система будет перемещать высокоприоритетные предупреждения в начало очереди на передачу предупредительных сообщений. Предупреждения обычного приоритета будут следовать неэвристическому алгоритму передачи предупредительных сообщений о возможных эксплуатационных отказах.

Еще одна из целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему управления поездами, предусматривающую покрытие депо ячеистой сетью и содержащую один или несколько беспроводных шлюзов с приводом, установленных в депо, которые выступают в качестве пунктов передачи информации и агрегаторов данных, генерируемых и передаваемых ячеистыми сетями всех железнодорожных вагонов, находящихся в депо. Кроме того, приводные беспроводные шлюзы управляют составами и проводят анализ данных с множества отслеживаемых объектов и систем.

Настоящее изобретение также относится к способу отслеживания вагонов в депо; при этом устанавливается местонахождение железнодорожного вагона в депо, определяется и подтверждается его ориентация и место в составе поезда. Место железнодорожного вагона в составе поезда, его ориентацию и/или местонахождение в депо можно установить несколькими способами, в том числе, помимо прочего, по данным GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы, такой как GPS), данным с датчиков движения, показаниям компаса, показаниям RFID, данным с датчиков ускорения и показателю уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI) в близлежащих узлах. Ориентация железнодорожного вагона в составе поезда является критически важным элементом при формировании состава. Как известно, в описываемой отрасли конец железнодорожного вагона обозначается литерой A или B. Для определения ориентации вагона могут быть использованы показания магнитометра или электронного компаса и акселерометра. Кроме этого, ориентация может определяться по местонахождению компонентов системы на железнодорожном вагоне.

Предложены также способы управления вагонами в депо и способы управления поездом, которые оба могут выполняться системой, описанной в настоящем документе.

Краткое описание фигур

Для более глубокого понимания нижеследующего подробного описания его следует рассматривать в привязке к фигурам, прилагаемым к настоящему документу, на которых показан предпочтительный вариант реализации заявленного изобретения, носящий исключительно иллюстративный характер. При этом следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничено представленным вариантом его осуществления или конкретными проиллюстрированными схемами.

На фиг. 1 показано перспективное изображение двух железнодорожных вагонов, в каждом из которых предусмотрен блок управления связью и множество беспроводных сенсорных блоков, установленных вблизи колесных подшипников железнодорожного вагона; один железнодорожный вагон, снабженный только блоком управления связью без беспроводных сенсорных блоков; один железнодорожный вагон без блока управления связью; и локомотив с установленным на нем приводным беспроводным шлюзом; при этом блок управления связью и множество беспроводных датчиков, установленных на железнодорожном вагоне, образуют ячеистую вагонную сеть и сообщаются с приводным беспроводным шлюзом на хосте или в пункте управления, таком как локомотив или иной объект, образуя ячеистую поездную сеть;

На фиг. 2 представлена блок-схема системы связи депо и структура ячеистой поездной сети с локальной сетью согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 3 представлена блок-схема формирования состава поезда;

На фиг. 4 представлена блок-схема организации ячеистой поездной сети; и

На фиг. 5 представлена блок-схема валидации состава поезда.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Депо, обозначенное на чертеже позицией (114), представляет собой зону, в которой выстаиваются, сортируются и составляются вместе локомотивы и железнодорожные вагоны, образующие состав поезда, где распускаются составы поездов и где заправляются топливом, обрабатываются, загружаются, разгружаются и обслуживаются локомотивы и железнодорожные вагоны.

Состав поезда, обозначенный на чертеже позицией (109), определяется как группа соединенных друг с другом железнодорожных вагонов (103) и локомотива (108).

Беспроводной сенсорный блок (БСБ), обозначенный на чертеже позицией (104), устанавливается на железнодорожном вагоне (103) и в предпочтительном варианте помещается в изолированный защитный корпус; при этом он может содержать один или несколько датчиков, источник питания и совокупность схем связи, которые позволяют БСБ поддерживать связь с блоком (101) управления связью (БУС) в ячеистой вагонной сети. Блок БСБ (104) может также обладать интеллектуальными возможностями для анализа данных, полученных с датчиков, и определения того, следует ли эти данные передать немедленно, сохранить их для последующей передачи или свести в событие или сигнал тревоги. Блок БСБ (104) используется для считывания контролируемого параметра (например, температуры подшипников или окружающего воздуха) или состояния (например, положения люка или ручного тормоза). Все блоки БСБ (104) одного железнодорожного вагона (103) образуют ячеистую вагонную сеть (105), управляемую блоком (101) управления связью. Примеры БСБ описаны в опубликованной заявке на выдачу патента США №2013/0342362, содержание которой тем самым включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Блок управления связью (БУС), обозначенный на чертеже позицией (101), установлен на железнодорожном вагоне (103). Он управляет ячеистой вагонной сетью (105), которая покрывает железнодорожный вагон (103). В состав аппаратного обеспечения БУС (101) предпочтительно входят следующие элементы: процессор; источник питания (например, аккумуляторная батарея, солнечная батарея или внутренний источник выработки электроэнергии); устройство глобальной навигационной спутниковой системы, такое как приемник глобальной навигационной спутниковой системы (GPS); устройство Wi-Fi; спутниковая и/или сотовая система радиосвязи; система беспроводной телекоммуникационной связи для обслуживания ячеистой вагонной сети (105); и - опционально - один или несколько датчиков, в том числе, помимо прочего, акселерометр или датчик температуры. Блок БУС (101) поддерживает один или несколько блоков БСБ (104) в конфигурации ячеистой сети с использованием открытых протоколов связи, например стандарта радиосвязи IEEE 802.15.4 диапазона 2,4 ГГц. Кроме того, блок БУС (101) также является составной частью ячеистой поездной сети (107), которая состоит из блоков БУС (101) всех подключенных железнодорожных вагонов (103) в составе (109) поезда, управляемых приводным беспроводным шлюзом (102), который установлен на локомотиве (108); или же он является составной частью ячеистой сети (117) депо, управляемой одним или несколькими приводными беспроводными шлюзами (116), распределенными по всему депо (114). Таким образом, блок БУС (101) выполняет четыре функции: 1) управляет слаботочной ячеистой вагонной сетью (105), покрывающей железнодорожный вагон (103); 2) обобщает данные с одного или нескольких блоков БСБ (104) в ячеистой вагонной сети (105) и применяет логику в отношении собранных данных с целью генерирования и выдачи сигналов тревоги на хост, например, на локомотив (108) или в центр (120) дистанционного управления железнодорожными перевозками; 3) поддерживает встроенные датчики, такие как акселерометр, в блоке БУС (101) для мониторинга конкретных параметров железнодорожного вагона (103), таких как местонахождение, скорость движения, ускорение движения и другие; и 4) поддерживает двустороннюю связь по восходящему тракту с хостом или пунктом управления, таким как локомотив (108) и/или центр (120) контроля подвижного состава и дистанционного управления железнодорожными перевозками, а также двустороннюю связь по нисходящему тракту с одним или несколькими блоками БСБ (104), установленными на железнодорожном вагоне. Блок БУС (101) может сообщаться беспроводным способом с БПШ (102) в конфигурации ячеистой сети; или же он может быть выполнен с возможностью поддержания связи через проводное соединение, например через тормозную систему ЕСР (пневматические тормоза с электронным управлением). Специалистам в данной области техники понятно, что система GPS является лишь одним из возможных вариантов глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). К GNSS других типов относятся такие системы, как ГЛОНАСС и BeiDou, при этом на стадии разработки находятся и иные системы. Соответственно, хотя в вариантах осуществления заявленного изобретения, описанных в настоящем документе, используется система GPS, может быть использована система GNSS любого иного типа.

Блок БУС (101) способен принимать данные и/или сигналы тревоги с одного или нескольких блоков БСБ (104) и делать выводы по этим данным или сигналам тревоги о рабочих параметрах железнодорожного вагона (103), а также передавать данные и информацию об аварийных сигналах на удаленный приемник. В предпочтительном варианте блок БУС (101) представляет собой единый блок, служащий каналом связи с другими пунктами, такими как подвижная базовая станция (102) (например, локомотив (108)), наземная базовая станция (116) и прочие; при этом он выполнен с возможностью обработки полученных данных. Блок БУС (101) также поддерживает связь с органами управления и мониторами блока БСБ (104) в локальной ячеистой поездной сети (105).

Приводной беспроводной шлюз (ПБШ), обозначенный на чертеже позицией (102), или установлен на локомотиве (108), что является предпочтительным вариантом, или развернут как часть ячеистой сети (117) депо. Обычно он включает в себя следующие элементы: процессор; приемник GPS; спутниковую и/или сотовую систему радиосвязи; локальный беспроводной приемопередатчик (например, Wi-Fi), порт Ethernet; диспетчер ячеистой сети с высокой пропускной способностью и иные средства связи. Шлюз ПБШ (102) запитывается с локомотива (108), если он установлен на объекте с силовым приводом, таком как локомотив (108); или же он может получать питание из другого источника, например с гелиоустановки или аккумуляторной батареи большой емкости. Шлюз ПБШ (102) управляет ячеистой поездной сетью (107), покрывающей состав (109) поезда и включающей в себя множество блоков БУС (101) каждого из железнодорожных вагонов (103) в составе (109) поезда; изолированными блоками БУС (101), которые не входят в состав поезда; или ячеистой сетью (117) депо, покрывающей депо (114), которая включает в себя наземные ПБШ (116) и блоки БУС (101) отдельных железнодорожных вагонов (103), в настоящее время отцепленных от состава (109) поезда.

Элементы и конфигурация ПБШ (102) аналогичны элементам и конфигурации блока БУС (101), за исключением того, что ПБШ (102) получает питание из внешнего источника, тогда как блок БУС (101) снабжен собственным источником питания. Кроме того, ПБШ (102) собирает данные и делает выводы о рабочих характеристиках состава (109) поезда и ячеистой поездной сети (107) в отличие от блоков БУС (101), которые делают выводы о рабочих характеристиках отдельных железнодорожных вагонов (103) и ячеистой вагонной сети (105) или (118).

«Молчащий» железнодорожный вагон (103) представляет собой железнодорожный вагон (103), в котором предусмотрен блок БУС (101), но который не связан или не соединен с ячеистой поездной сетью (107) или ячеистой сетью (117) депо согласно приведенному ниже определению.

Идентификатор поездной сети (ИПС), обозначенный на чертеже позицией (113), однозначно идентифицирует ячеистую поездную сеть (107) и используется во время формирования ячеистой поездной сети (107) по завершении формирования состава (109) поезда.

Идентификатор роуминговой сети (ИРС), обозначенный на чертеже позицией (112), однозначно идентифицирует ячеистую сеть (117) депо и используется для отслеживания объектов (например, локомотивов (108) и железнодорожных вагонов (103)), находящихся в депо (114) и отцепленных от состава (109) поезда.

Ячеистая вагонная сеть, обозначенная на чертеже позицией (105), включает в себя блок БУС (101), который установлен на железнодорожном вагоне (103), является частью ячеистой вагонной сети (105) и управляет указанной сетью, состоящей из множества блоков БСБ (104), каждый из которых в предпочтительном варианте установлен на одном и том же вагоне (103).

Ячеистая поездная сеть, обозначенная на чертеже позицией (107), включает в себя шлюз ПБШ (102), который установлен на локомотиве (108) и который является частью ячеистой поездной сети (107) и управляет указанной сетью, состоящей из множества блоков БУС (101), каждый из которых установлен на отдельном железнодорожном вагоне (103); при этом локомотив (108) и множество железнодорожных вагонов (103) образуют состав (109) поезда, а ячеистая поездная сеть (107) опознается по уникальному идентификатору ИПС (113).

Ячеистая сеть депо, обозначенная на чертеже позицией (117), включает в себя один или несколько наземных ПБШ (116), установленных в стратегических точках депо (114), и, опционально, один или несколько блоков БУС (101), каждый из которых установлен на железнодорожном вагоне (103) и который может являться или не являться частью ячеистой вагонной сети (105). Железнодорожный вагон (103), в котором предусмотрен блок БУС (101), называется контролируемым железнодорожным вагоном (118), а железнодорожный вагон (103), в котором предусмотрен блок БУС (101) и один или несколько блоков БСБ (104), называется ячеистой вагонной сетью (105). Если контролируемый железнодорожный вагон (118) или ячеистая вагонная сеть (105) не связаны или не соединены с ячеистой поездной сетью (107) с идентификатором ИПС (113), то они могут быть подключены к ячеистой сети (117) депо, находящейся в пределах досягаемости, используя идентификатор ИРС (112).

Ячеистая сеть (117) депо опознается по идентификатору ИРС (112). Контролируемый железнодорожный вагон (118) или ячеистая вагонная сеть (105) могут быть подключены только к одной сети, используя или идентификатор ИПС, или идентификатор ИРС в каждый отдельно взятый момент времени.

Нижеследующее описание раскрывает систему применительно к железнодорожному вагону (103), однако любому специалисту в данной области техники понятно, что эти же способы применимы к любому рельсовому транспортному средству или объекту. Также следует отметить, что определения, приведенные выше, не являются исключительными в том аспекте, что определяемые элементы могут характеризоваться наличием дополнительных элементов или признаков, не включенных в данное определение. Кроме того, хотя нижеследующее описание характеризует железнодорожный вагон (103) с двумя тележками, оно применимо к вагонам любой конфигурации, снабженным большим или меньшим числом тележек или осей.

Ячеистая поездная сеть

Как показано на фиг. 1, ячеистая вагонная сеть обозначена позицией (105). Ячеистая вагонная сеть (105) содержит блок БУС (101), установленный на железнодорожном вагоне (103), и один или несколько блоков БСБ (104), установленных на том же вагоне (103). Архитектура ячеистой вагонной сети (105) является основополагающим структурным элементом международного стандарта беспроводной связи (IEC 62591), а также стандарта ISA 100.11 Международного общества автоматизации.

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает новаторское устройство, контролирующее эксплуатационные характеристики и работу железнодорожного вагона (103) с использованием ячеистой вагонной сети (105), покрывающей вагон (103), и передающее эти эксплуатационные и рабочие характеристики на хост или в пункт управления, такой как локомотив (108) состава (109) поезда, как это показано на фиг. 1. Блок БУС (101), в предпочтительном варианте установленный на железнодорожном вагоне (103), получает данные и сигналы тревоги с одного или нескольких блоков БСБ (104), также установленных на железнодорожном вагоне (103), и управляет указанными данными и сигналами. При обнаружении проблемы блок БУС (101) подает сигналы тревоги для принятия решения шлюзом ПБШ (102), установленным на объекте, предпочтительно с доступом к источнику питания, и - опционально - в центр (120) контроля подвижного состава и дистанционного управления железнодорожными перевозками.

Система обеспечивает возможность приема событий и информации о состоянии с блока БУС (101) и одного или нескольких блоков БСБ (104), установленных на железнодорожном вагоне (103). В реестр внесены интерфейсы для асинхронного приема событий; или же могут быть вызваны удаленные процедуры для получения информации из блока БУС (101) методом опроса. Интерфейс открывается через веб-сервис или библиотеку; при этом он доступен по локальной сети (110) через SSL-соединение с проверкой прав доступа по уникальному ключу, закрепленному за каждым конечным пользователем.

Как показано на фиг. 1, блок БУС (101) может быть прикреплен непосредственно к железнодорожному вагону (103) любым приемлемым способом, например с помощью самонарезных установочных винтов или любых иных металлических крепежных винтов. Еще один из способов установки блока БУС (101) на железнодорожном вагоне (103) предусматривает его закрепление на монтажном кронштейне с помощью болтов или иных металлических крепежных винтов; при этом указанный кронштейн крепится непосредственно к железнодорожному вагону (103) саморезами или иными металлическими крепежными винтами. Блок БУС (101) выполнен с возможностью конфигурирования одного или нескольких блоков БСБ (104) в локальной ячеистой сети на передачу данных, переход в режим приема или ожидания в точно заданное время.

Блок БУС (101), установленный на каждом железнодорожном вагоне (103), выполнен с возможностью поддержки опционального датчика глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) для определения местонахождения, направления и/или скорости движения железнодорожного вагона (103). Кроме того, блок БУС (101), установленный на каждом железнодорожном вагоне (103), выполнен с возможностью использования встроенных датчиков и/или управления ячеистой вагонной сетью (105) на железнодорожном вагоне (103) для генерирования сообщений, которые должны быть выданы на хост или в пункт управления, такой как локомотив (108).

Блок БУС (101), установленный на железнодорожном вагоне (103), собирает данные, касающиеся работы указанного вагона (103), с одного или нескольких блоков БСБ (104), установленных на железнодорожном вагоне (103). Блоки БСБ (104) передают данные в блок БУС (101). Блок БУС (101) подключен к ячеистой поездной сети (109), покрывающей состав (109) поезда, для передачи данных на приводной беспроводной шлюз (102), установленный на локомотиве (108).

Блок БСБ (104) использует сетевой протокол с возможностью снижения потребляемой мощности, а также характеризуется наличием встроенного радиотрансивера и антенны, сертифицированной для работы в нелицензируемой полосе частот. В каждом блоке БСБ (104) предусмотрен 32-разрядный микроконтроллер с ультранизким потреблением мощности, который позволяет проводить дискретизацию и масштабные автономные вычисления, включая быстрые преобразования Фурье (БПФ), фильтрацию и анализ трендов. Питание блока БСБ (104) осуществляется от литиевых аккумуляторных батарей большой мощности с низким саморазрядом. Каждый блок БСБ (104) выполняет функции маршрутизатора, способного поддерживать связь с любым другим блоком БСБ (104) в пределах дальности связи и закрепленного за ячеистой вагонной сетью (105), вследствие чего в ячеистой вагонной сети (105) создаются резервные каналы связи.

Блок БСБ (104) может быть выполнен с возможностью контроля определенного параметра или состояния, например температуры колесного подшипника; при этом он может быть установлен на железнодорожном вагоне (103) в месте, специально выбранном для осуществления такого контроля. Блок БСБ (104) может характеризоваться наличием одного или множества сенсорных устройств, отслеживающих множество рабочих параметров. Например, блок БСБ (104) может содержать датчик температуры, предназначенный для контроля температуры колесных подшипников; датчик температуры, предназначенный для измерения температуры окружающей среды; и акселерометр. Блок БСБ (104) закреплен непосредственно на железнодорожном вагоне (103) методом сварки, с помощью самонарезных установочных винтов или любых иных металлических крепежных винтов.

Рабочим примером может служить блок БСБ (104) который способен реагировать на температуру колесного подшипника за счет того, что он приварен или иным образом установлен рядом с указанным колесным подшипником, предпочтительно - на монтажной детали подшипника (которая может представлять собой собственно подшипник, переходник подшипника или любое иное дополнительное приспособление, связанное с подшипником). Примеры блоков БСБ (104) описаны в предварительной заявке на выдачу патента США №2013/0342362, содержание которой тем самым включено в настоящий документ посредством ссылки.

Каждый блок БСБ (104) содержит совокупность схем для обеспечения беспроводной связи. В предпочтительном варианте блок БСБ (104), установленный на железнодорожном вагоне (103), входит в состав ячеистой самоорганизующейся вагонной сети (105) вместе с другими блоками БСБ (104) этого же вагона (103) и блоком БУС (101), который также предпочтительно монтируется на этом же железнодорожном вагоне (103), как это показано на фиг. 1. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый блок БСБ (104) данного конкретного вагона (103) будет передавать данные или сигналы тревоги в блок БУС (101) этого же железнодорожного вагона (103). Такая передача данных может осуществляться непосредственно, или же данные могут передаваться в блок БУС (101) другим блоком БСБ (104) в составе той же ячеистой вагонной сети (105). В предпочтительном варианте ячеистая самоорганизующаяся вагонная сеть (105) формируется с использованием синхронизированного во времени протокола ячеистой сети, протокола передачи данных для самоорганизующихся сетей беспроводных устройств. Могут быть также использованы и другие протоколы.

Блоки БСБ (104) содержат долгосрочный источник питания, предпочтительно литий-тионилхлоридную аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям армейских стандартов. Схемное решение предусматривает стабилизацию питания и управление потреблением мощности, а также возможность продления срока службы батареи за счет экономии ее ресурса, благодаря чему блок БСБ (104) удерживается в состоянии эксплуатационной готовности и периодически или асинхронно активируется для передачи показаний с бортовых датчиков.

Отдельные блоки БСБ (104) устанавливаются на железнодорожном вагоне (103) в зонах, представляющих интерес. Например, на фиг. 1 и 2 показаны температурно-чувствительные блоки БСБ (104), тип которых описан выше и которые установлены на монтажной детали подшипника железнодорожного вагона (103). В данном конкретном примере блоки БСБ (104) могут быть закреплены на монтажных деталях всех колесных подшипников каждого колеса железнодорожного вагона (103). Кроме того, в разных зонах железнодорожного вагона (103) также могут быть установлены термодатчики БСБ (104), реагирующие на температуру окружающей среды и принимающие потоки воздуха. В том случае, если целесообразно отслеживать температуру колесных подшипников, на обычном железнодорожном вагоне (103) предусмотрено девять блоков БСБ (104), снабженных датчиками температуры, по одному на каждую монтажную деталь подшипника (на каждом колесе); и один датчик для измерения температуры окружающей среды. Термодатчик, реагирующий на температуру атмосферного воздуха, передает данные о температуре окружающей среды в блок БУС (101), который передает эту информацию на датчики, установленные на монтажных деталях подшипников по мере того, как они запрашивают эти данные. Это позволяет блокам БСБ (104), установленным на монтажных деталях подшипников, определять температуру подшипников, а затем принимать решение о том, следует ли предпринимать какие-либо дальнейшие действия, такие как подача сигнала тревоги о недопустимо высокой температуре.

Для обеспечения передачи данных, собранных каждым блоком БСБ (104), каждый блок БСБ (104) поддерживает двустороннюю связь с блоком БУС (101), установленным на железнодорожном вагоне (103), который собирает данные с каждого блока БСБ (104), а также может подавать команды на блоки БСБ (104). Как было сказано выше, блок БУС (101) и все блоки БСБ (104), установленные на одном и том же железнодорожном вагоне (103), образуют ячеистую самоорганизующуюся вагонную сеть (105) локальной области для облегчения связи между ними. Обмен пакетами сообщений синхронизирован таким образом, чтобы исключить подавление пакетов в ячеистой вагонной сети (105), чтобы для каждого пакета была установлена очередность и чтобы они были синхронизированы с целью обеспечения рационального использования энергетических ресурсов. Коммуникационный трафик в ячеистой вагонной сети (105) защищен сквозным шифрованием AES-128 (или выше), проверкой целостности сообщений и аутентификацией устройства.

Блок БУС (101) выполнен с возможностью проведения усовершенствованного анализа данных, полученных с множества блоков БСБ (104); при этом он может применять эвристические процедуры для выведения заключений, исходя из результатов такого анализа. В таблице ниже содержатся примеры типов датчиков БСБ (104) и высокоуровневое описание эвристических процедур, применяемых для анализа данных.

Ячеистая поездная сеть

Ячеистая поездная сеть обозначена на фиг. 1 позицией (107). Ячеистая поездная сеть (107) покрывает состав (109) поезда и содержит шлюз ПБШ (102), установленный на хосте или в пункте управления (таком как локомотив (108) или иной объект) с доступом к источнику питания, а также один или несколько блоков БУС (101), каждый из которых относится к ячеистой поездной сети (107) и соответствующей ячеистой вагонной сети (105) при наличии одного или нескольких блоков БСБ (104) или же к соответствующим ячеистым вагонным сетям (118) для железнодорожных вагонов (103), в которых предусмотрен блок БУС (101), но нет блоков БСБ. Таким образом, в рамках настоящей заявки блоки БУС (101) могут относиться к двум ячеистым сетям, т.е. к ячеистой вагонной сети (105) (если на железнодорожном вагоне (103) предусмотрен один или несколько блоков БСБ (104)) и ячеистой поездной сети (107), но обязательна принадлежность только к ячеистой поездной сети (107). Опционально каждый блок БУС (101) также управляет соответствующей ячеистой вагонной сетью (105). Ячеистая вагонная сеть (105) непрерывно контролируется блоком БУС (101) и рассчитана на постоянно меняющуюся беспроводную среду, которая оказывает воздействие на движущийся железнодорожный вагон (103). Ячеистая поездная сеть (107) использует покрытую ячеистую сеть для поддержки низкоэнергетической двусторонней связи по всему составу (109) поезда и со шлюзом ПБШ (102), установленным