Использование пары разнесенных оптических датчиков для высокоточного измерения скорости движения железнодорожных составов

Для создания систем управления движением поездов и обеспечения безопасности железнодорожного движения конструкторам необходимо с высокой точностью знать скорость локомотива и его текущие координаты. Причем требования к этим параметрам повышаются год от года.

Высокая точность измерений позволяет также правильно рассчитать величину тормозного пути, длина которого зависит от квадрата скорости. А точность порядка 2-3 м при определении текущей координаты или пройденного пути, отсчитываемого от какой-то реперной точки, особенно важна в условиях следования поезда в границах станции, в том числе при его остановке на ограниченном участке.

Классическими устройствами для измерения пути и скорости являются колесные датчики. В результате вращения колеса они вырабатывают импульсы или напряжение, по величине пропорциональные частоте вращения. Они отличаются высокой надежностью, но имеют ряд недостатков. Наиболее характерные - неизбежность погрешности измерений при юзе и буксовании, а также необходимость периодической дополнительной калибровки по мере износа бандажей колес. Виляние колесной пары также приводит к снижению точности измерения пройденного пути. Кроме того, эксплуатационный ресурс колесных датчиков довольно ограничен из-за наличия в них механических вращающихся деталей. В результате всех указанных недостатков сегодня при использовании таких датчиков погрешность составляет до 50-70 м на километр пути, что не удовлетворяет требованиям по точности.

В рамках данного проекта предлагается разработка бесконтактной системы высокоточного измерения скорости и пройденного пути локомотива на базе двух разнесенных оптических датчиков. Измеритель будет состоять состоит из двух видеокамер (например, вебкамер), установленных на некотором расстоянии друг от друга на корпусе локомотива. Камеры могут быть направлены как вниз, так и вбок. Вопрос оптимальной ориентации должен быть исследован во время выполнения проекта.

При движении локомотива видеокамерами производится непрерывная съемка железнодорожного полотна (или придорожных объектов). Полученные видеоизображения будут поступать в вычислитель системы. По сигналам первого по ходу движения модуля в вычислителе формируется непрерывный во времени своего рода "портрет" проносящейся под локомотивом подстилающей поверхности со всеми неровностями пути. Такой же "портрет", но со сдвигом во времени и с учетом этих неровностей, формируется по сигналам второго модуля.

Затем в вычислителе с использованием специальных алгоритмов с высокой точностью определяется временной сдвиг между обоими "портретами". После чего по измеренному времени сдвига с учетом известного расстояния между модулями рассчитывается значение скорости движения. В свою очередь высокая точность в определении скорости дает возможность применить полученные значения для правильного определения пройденного пути.

Предлагаемая система может быть быстро адаптирована к любому подвижному составу, в том числе и к высокоскоростному. Важно, что внедрение новшества с учетом его сравнительно низкой стоимости не требует больших финансовых вложений.

Большое внимание в работе будет уделено исследованию влияния различных факторов, таких как: дрожание датчиков, несоосность их установки, атмосферные осадки, загрязнение объективов, работа в темное время суток и т.д. на точность измерений и надежность работы системы.