способ определения оптимального положения и контроля параметров электронных меток на горловинах цистерн, устройство для его осуществления и макет горловины цистерны

Формула изобретения

1. Способ определения оптимального положения и контроля параметров электронных меток на горловинах цистерн, включающий операции размещения электронной метки на горловине цистерны или ее макете с возможностью изменения пространственной ориентации электронной метки, по крайней мере, по одной из осей координат, размещения аппаратуры видеонаблюдения на горловине цистерны или ее макете с возможностью передачи видеоизображения пространственной ориентации электронной метки на узел сбора и обработки информации, управления изменением пространственной ориентации электронной метки с возможностью получения узлом сбора и обработки информации данных об углах отклонения электронной метки от первоначального положения, регистрации параметров устойчивости дистанционной связи между электронной меткой и стационарным приемопередающим устройством в момент каждого прохождения электронной меткой зоны радиопокрытия стационарного приемопередающего устройства и соотношения этих параметров с информацией о пространственной ориентации электронной метки, полученной от аппаратуры видеонаблюдения и от устройства изменения пространственной ориентации, а также обработки полученной информации на узле сбора и обработки информации.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что изменение пространственной ориентации электронной метки может быть осуществлено по всем трем осям координат.

3. Способ по п.2, характеризующийся тем, что изменения пространственной ориентации электронной метки по осям координат могут осуществляться одновременно по всем осям координат, или по любым двум осям координат, или по каждой оси координат в отдельности.

4. Способ по п.3, характеризующийся тем, что угол пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат может быть плавно или ступенчато изменен от 0 до 180°.

5. Способ по п.4, характеризующийся тем, что аппаратура видеонаблюдения обеспечивает возможность отслеживания углов пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат на протяжении всего процесса испытаний.

6. Устройство для реализации способа по любому из пп.1-5, содержащее узел сбора и обработки информации, аппаратуру видеонаблюдения, предназначенную для размещения на горловине цистерны или ее макете с возможностью передачи видеоизображения пространственной ориентации электронной метки, установленной на горловине цистерны или ее макете, на узел сбора и обработки информации, устройство изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете, имеющее возможность передачи информации об углах отклонения электронной метки от первоначального положения на узел сбора и обработки информации, а также связанное с узлом сбора и обработки информации стационарное приемопередающее устройство, располагаемое с возможностью считывания информации с электронной метки, размещенной на горловине цистерны или ее макете, в момент нахождения электронной метки в зоне радиопокрытия стационарного приемопередающего устройства.

7. Устройство по п.6, характеризующееся тем, что аппаратура видеонаблюдения обеспечивает возможность отслеживания углов пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат на протяжении всего процесса испытаний.

8. Устройство по п.7, характеризующееся тем, что устройство изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете выполнено с возможностью изменения пространственной ориентации электронной метки по всем трем осям координат, причем указанные изменения возможны как одновременно по всем осям координат, так и по любым двум осям координат, или по каждой оси координат в отдельности, при этом угол пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат может быть плавно или ступенчато изменен от 0 до 180°.

9. Устройство по п.8, характеризующееся тем, что элементы конструкции устройства изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете, предназначенные для изменения пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат, имеют шарнирное крепление для обеспечения необходимых степеней свободы.

10. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что в конструкции устройства изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете предусмотрены, по крайней мере, один привод, обеспечивающий изменение пространственной ориентации электронной метки, приспособления для визуализации углов отклонения электронной метки от начального положения и средства связи и передачи информации на узел сбора и обработки информации.

11. Макет горловины цистерны, характеризующийся тем, что он выполнен на части цистерны в натуральную величину из материала, идущего на изготовление цистерн, при этом указанная часть цистерны имитирует верхнюю ее часть и длина указанной части цистерны не превышает трех диаметров горловины, а высота не превышает половины радиуса цистерны, при этом макет горловины цистерны выполнен с возможностью установки на подвижную единицу железнодорожного транспортного средства или на кузов или прицеп автотранспортного средства посредством крепежных средств.

12. Макет по п.11, характеризующийся тем, что крепежные средства, предусмотренные для установки на подвижную единицу железнодорожного транспортного средства или на кузов или прицеп автотранспортного средства выполнены с возможностью регулирования по ширине, высоте и силе прижима.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области железнодорожного и автомобильного транспорта и предназначены, предпочтительно, для стендовых испытаний запорно-пломбировочных устройств с электронными метками, устанавливаемых на горловины железнодорожных и автомобильных цистерн.

В настоящее время, в связи со значительно возросшим грузооборотом и в связи с необходимостью его контроля, на железнодорожном и автомобильном транспорте широко внедряются системы автоматической идентификации контейнеров и единиц подвижного состава, которые позволяют значительно повысить пропускную способность транспортных магистралей, поскольку сводят на нет необходимость остановки транспортных средств для учета перевозимых грузов, их сохранности, месте нахождения и времени прибытия в пункт назначения.

Одним из важнейших узлов таких систем является комплекс приемопередающего оборудования, состоящий из стационарного или мобильного приемопередающего устройства и электронных меток, размещаемых на контейнерах и единицах подвижного состава. Электронные метки могут быть совмещены с запорно-пломбировочными и иными приспособлениями, устанавливаемыми на контейнеры, вагоны, прицепы и т.д.

В общем случае электронная метка несет в себе закодированную полезную информацию о грузе, целостности запора, единице подвижного состава, месте приписки, владельце, времени установки, свой личный идентификационный номер и т.д. В момент безостановочного прохождения транспортным средством зоны радиопокрытия стационарного или мобильного приемопередающего устройства электронная метка передает содержащуюся в ней информацию на приемопередающее устройство. Далее полученная информация может передаваться в операционный центр или другим контролирующим устройствам.

Совершенно очевидно, что в целях упрощения и удешевления установки систем автоматической идентификации предпочтительно использовать унифицированные узлы: а) единообразные приемопередающие устройства, расположенные по всему маршруту следования транспортных средств, б) унифицированные электронные метки, устанавливаемые в запорно-пломбировочные устройства контейнеров, вагонов, прицепов и в кодовые бортовые датчики единиц подвижного состава.

Также очевидно и то, что надежность работы таких систем зависит от устойчивости сигнала, которым обмениваются между собой элементы системы, то есть от устойчивости сигнала радиообмена между приемопередающим устройством и электронной меткой. Чем устойчивей и надежней сигнал в зоне радиообмена, тем выше скорость обмена информацией, от чего, в свою очередь, зависит пропускная способность транспортной магистрали.

Специалистам в данной области техники должно быть известно, что устойчивость и надежность радиосигнала напрямую зависит от положения (ориентации в пространстве) приемопередающих антенн и места их установки. Последнее особенно важно тем, что в случае наличия экранирующих поверхностей прием и передача радиосигнала сильно ухудшаются или становятся практически невозможными.

В настоящее время при установке систем автоматической идентификации на железнодорожном и автомобильном транспорте, с размещением электронных меток на контейнерах, вагонах, прицепах и запорно-пломбировочных устройствах к ним, проблема расположения приемопередающих антенных систем электронных меток успешно решена.

Однако возникает большая проблема при попытке размещения электронных меток на цистернах, как железнодорожных, так и автомобильных.

Подавляющее количество цистерн выполняется из металла и имеет цилиндрическую или подобную цилиндрической форму, то есть обладает мощным экранирующим эффектом, что значительно ухудшает возможность радиообмена между электронной меткой, размещаемой обычно на заливной горловине цистерны, и приемопередающим устройством, располагаемым обычно сбоку или над транспортной магистралью.

В сложившейся ситуации особенно актуально встает вопрос о пространственной ориентации электронной метки и ее антенной системы. Ведь именно от точной настройки местоположения и пространственной ориентации антенной системы электронной метки зависит надежность и устойчивость радиообмена между электронной меткой и приемо-передающим устройством.

Из уровня техники известна система дистанционного контроля за коммерческими неисправностями на подвижном составе, содержащая П-образную несущую конструкцию, установленную над рельсовым путем. На вертикальных опорах несущей конструкции закреплены оптоэлектронные датчик счета вагонов, датчик начала состава, датчик счета колес, телекамера левого борта вагона и телекамера правого борта вагона, на перекладине несущей конструкции - телекамера крыши вагона, на вертикальных опорах и перекладине - прожекторы. Выходы датчиков связаны через блок индикации и согласования с входом системного блока автоматизированного рабочего места. Входы телекамер связаны с соответствующими видеовходами системного блока автоматизированного рабочего места. Последний выполнен с возможностью вывода на экран компьютерного монитора в реальном масштабе времени видеоизображения проходящего состава одновременно с трех телекамер в режиме "полиэкран", а также полноэкранного просмотра состава с одной выбранной телекамеры, записи на жесткий диск сжатого видеоизображения с трех телевизионных камер, воспроизведения видеозаписи и создания видеоархива (см. RU 2252886 С2 от 27.05.2005).

Также из уровня техники известна система считывания информации с подвижного состава на двухпутном участке железной дороги, содержащая два взаимосвязанных автоматических пункта считывания (АПС), каждый из которых включает в себя напольное считывающее устройство и соединенные с ним, по меньшей мере, шесть приемопередающих антенных систем. Каждый АПС связан проводным каналом или радиоканалом с ПЭВМ диспетчерского пункта и соединен с датчиками фиксации прохода осей, два из которых установлены на первом пути, а два других - на втором пути. Первая и пятая антенные системы расположены с внешней стороны первого пути, вторая и шестая - с внешней стороны второго пути, а третья и четвертая - над контактной сетью над первым и вторым путями соответственно. Расстояние между АПС выбрано из условия обеспечения невозможности одновременного нахождения двух составов в зоне АПС (см. RU 2203822 С1 от 10.05.2003).

Вышеописанные системы предназначены для получения оперативной информации о местонахождении и состоянии груза и подвижного состава.

К недостаткам вышеуказанных и других известных систем можно отнести невозможность получения оперативной информации с электронных меток, располагаемых на цистернах, поскольку конструкция и материал цистерн создают сильные радиопомехи, препятствующие устойчивому радиообмену между электронными метками и приемопередающими устройствами.

Задачей предлагаемой группы изобретений является разработка способа и устройств, позволяющих решить вышеуказанные проблемы.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемой группы изобретений, заключается в повышении эффективности считывания информации с электронных меток, располагаемых на горловинах цистерн, в повышении эффективности и сокращении времени проведения испытательных и наладочных работ по установке электронных меток на горловинах цистерн и в унификации процесса испытательных работ по установке электронных меток на горловинах железнодорожных и автомобильных цистерн.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ определения оптимального положения и контроля параметров электронных меток на горловинах цистерн включает следующие операции:

- размещение электронной метки на горловине цистерны или ее макете с возможностью изменения пространственной ориентации электронной метки, по крайней мере, по одной из осей координат;

- размещение аппаратуры видеонаблюдения на горловине цистерны или ее макете с возможностью передачи видеоизображения пространственной ориентации электронной метки на узел сбора и обработки информации;

- управление изменением пространственной ориентации электронной метки с возможностью получения узлом сбора и обработки информации данных об углах отклонения электронной метки от первоначального положения;

- регистрацию параметров устойчивости дистанционной связи между электронной меткой и стационарным приемопередающим устройством в момент каждого прохождения электронной меткой зоны радиопокрытия стационарного приемопередающего устройства;

- соотношение указанных параметров с информацией о пространственной ориентации электронной метки, полученной от аппаратуры видеонаблюдения и от устройства изменения пространственной ориентации;

- обработку полученной информации на узле сбора и обработки информации.

Предложенный способ позволяет определить оптимальное местоположение электронной метки на горловине цистерны, что ведет к повышению эффективности считывания информации с электронных меток, располагаемых на горловинах цистерн. За счет использования операций дистанционного регулирования положения электронной метки, дистанционного контроля и видеонаблюдения повышается эффективность и сокращается время проведения испытательных и наладочных работ по установке электронных меток на горловинах цистерн. Предложенный способ позволяет эффективно проводить испытания по установке электронных меток на горловинах железнодорожных и автомобильных цистерн.

В определенных случаях может быть предусмотрено изменение пространственной ориентации электронной метки по всем трем осям координат, при этом указанное изменение может быть осуществлено одновременно по всем осям координат или по любым двум осям координат или по каждой оси координат в отдельности, при этом угол пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат может плавно или ступенчато меняться от 0° до 180°. Указанные операции позволят более точно определить оптимальное положение электронной метки на горловине цистерны.

При этом может оказаться выгодно, если аппаратура видеонаблюдения будет обеспечивать возможность отслеживания углов пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат на протяжении всего процесса испытаний, что позволит повысить точность и надежность испытаний.

Далее указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается устройство для реализации вышеописанного способа, которое содержит: узел сбора и обработки информации; аппаратуру видеонаблюдения, предназначенную для размещения на горловине цистерны или ее макете с возможностью передачи видеоизображения пространственной ориентации электронной метки, установленной на горловине цистерны или ее макете, на узел сбора и обработки информации; устройство изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете, имеющее возможность передачи информации об углах отклонения электронной метки от первоначального положения на узел сбора и обработки информации; связанное с узлом сбора и обработки информации стационарное приемопередающее устройство, располагаемое с возможностью считывания информации с электронной метки, размещенной на горловине цистерны или ее макете, в момент нахождения электронной метки в зоне радиопокрытия стационарного приемопередающего устройства.

Наличие аппаратуры видеонаблюдения и устройства изменения пространственной ориентации электронной метки, связанных с узлом сбора и обработки информации, позволяет повысить эффективность и сократить время проведения испытательных и наладочных работ по установке электронных меток на горловинах цистерн.

В некоторых случаях будет выгодно, если аппаратура видеонаблюдения будет обеспечивать возможность отслеживания углов пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат на протяжении всего процесса испытаний.

Также, в некоторых случаях будет выгодно, если устройство изменения пространственной ориентации электронной метки будет выполнено с возможностью изменения пространственной ориентации электронной метки по всем трем осям координат, причем указанные изменения будут возможны как одновременно по всем осям координат, так и по любым двум осям координат, или по каждой оси координат в отдельности, при этом угол пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат будет плавно или ступенчато меняться от 0° до 180°.

В некоторых случаях целесообразно будет и то, что элементы конструкции устройства изменения пространственной ориентации электронной метки будут иметь шарнирное крепление для обеспечения необходимых степеней свободы и будут предусмотрены, по крайней мере, один привод, обеспечивающий изменение пространственной ориентации электронной метки, приспособления для визуализации углов отклонения электронной метки от начального положения и средства связи и передачи информации на узел сбора и обработки информации, что позволит повысить точность и надежность испытаний.

Также указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается макет горловины цистерны, характеризующийся тем, что он выполнен на части цистерны в натуральную величину из материала, идущего на изготовление цистерн, при этом указанная часть цистерны имитирует верхнюю ее часть и длина указанной части цистерны не превышает трех диаметров горловины, а высота не превышает половины радиуса цистерны, при этом макет горловины цистерны выполнен с возможностью установки на подвижную единицу железнодорожного транспортного средства или на кузов или прицеп автотранспортного средства посредством крепежных средств.

Предложенный макет за счет своей малой материалоемкости, малого веса, дешевизны и простоты изготовления может быть легко установлен на любую транспортную единицу, то есть отпадает необходимость использовать дорогостоящие цистерны, ведет к повышению эффективности и сокращению времени проведения испытательных и наладочных работ по установке электронных меток на горловинах цистерн, а также к унификации процесса испытательных работ по установке электронных меток на горловинах железнодорожных и автомобильных цистерн.

Для удобства пользования предложенным макетом и с целью его унификации может оказаться выгодно, если крепежные средства, предусмотренные для установки на подвижную единицу железнодорожного транспортного средства или на кузов или прицеп автотранспортного средства, будут выполнены с возможностью регулирования по ширине, высоте и силе прижима.

Далее предлагаемые изобретения будут раскрыты более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:

фиг.1-5 - макет горловины цистерны;

фиг.6, 7 - устройство изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны.

Предлагаемый способ определения оптимального положения и контроля параметров электронных меток на горловинах цистерн может быть реализован непосредственно на любой из известных конструкций цистерн, для чего, соответственно, необходима цистерна, что экономически нецелесообразно.

Ниже будет раскрыт один из возможных вариантов реализации предложенного способа с использованием макета горловины цистерны, размещенного на железнодорожном вагоне, однако для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что аналогичным образом можно проводить испытания и на автомобильном транспорте.

Предлагаемый вариант наиболее экономически целесообразен, поскольку отпадает необходимость в задействовании цистерны, а предлагаемый макет может быть установлен на любую подвижную единицу транспортного средства - вагон, прицеп, кузов автомобиля, что дает возможность совмещения испытаний по предлагаемому способу с другими необходимыми испытаниями. Так, например, при проведении испытаний тормозных систем на железнодорожном транспорте, когда состав из вагонов следует по испытательному кругу в течение продолжительного времени в разных режимах, предлагаемый макет может быть установлен на один из вагонов и предлагаемый способ может быть успешно реализован.

Следует отметить также и то, что в настоящее время электронные метки устанавливаются на горловины цистерн в составе с запорно-пломбировочным устройством, поэтому на фиг.6 и фиг.7 показано устройство изменения пространственной ориентации электронной метки на горловине цистерны или ее макете с запорно-пломбировочным устройством, внутри которого размещена электронная метка. Поскольку электронная метка внутри корпуса запорно-пломбировочного устройства занимает строго определенное положение, то для определения оптимального положения электронной метки можно изменять положения запорно-пломбировочного устройства, изменяя, тем самым, и положение электронной метки.

Для реализации предложенного способа перед началом испытаний на железнодорожный вагон 1 закрепляется макет горловины цистерны (см. фиг.1-5). Макет горловины цистерны выполнен на части 2 цистерны в натуральную величину из материала, идущего на изготовление цистерн, например сталь марки ст 3. Часть 2 цистерны имитирует верхнюю часть цистерны. Длина части 2 цистерны не превышает трех диаметров горловины, а высота не превышает половины радиуса цистерны. Такие габаритные размеры вполне достаточны для точного воссоздания экранирующего эффекта, присущего цистернам и создающего радиопомехи.

Макет горловины цистерны выполняется с возможностью установки на подвижную единицу железнодорожного транспортного средства или на кузов или прицеп автотранспортного средства посредством крепежных средств 3, которые выполнены с возможностью регулирования по ширине, высоте и силе прижима для установки на разные конструкции подвижных транспортных единиц.

После установки и закрепления макета на горловину цистерны в стандартно-предусмотренное место для установки запорно-пломбировочного устройства устанавливается устройство 4 изменения пространственной ориентации электронной метки с запорно-пломбировочным устройством 5, в корпусе которого размещена электронная метка.

Устройство 4 изменения пространственной ориентации электронной метки, предназначенное для изменения пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат, может иметь любую подходящую для этих целей конструкцию.

Так, например, на фиг.6, 7 представлен вариант выполнения устройства 4 изменения пространственной ориентации электронной метки, которое содержит первую рамку 6, вторую рамку 7 и третью рамку 8. На первой рамке 6 располагается запорно-пломбировочное устройство 5 с возможностью независимого вращения, при этом первая рамка 6 шарнирно прикреплена ко второй рамке 7 с возможностью независимого вращения. Вторая рамка 7 шарнирно прикреплена к третьей рамке 8 с возможностью независимого вращения. Для осуществления вращения указанных рамок и запорно-пломбировочного устройства 5 предусмотрены автономные приводные устройства 9, которые могут осуществлять повороты указанных рамок и запорно-пломбировочного устройства 5 в шаговом режиме или плавно, в зависимости от условий испытаний.

Следует также отметить и то, что управление изменением положения электронной метки может осуществляться автоматически, например с помощью часового механизма, или по заранее определенному алгоритму, а может быть осуществлено по команде оператора.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет изменять пространственное положение запорно-пломбировочного устройства 5 и, соответственно, электронной метки, по трем осям координат.

Очевидно, что изменение пространственного положения возможно как одновременно по всем осям координат, так и по любым двум осям координат, или по каждой оси координат в отдельности. Также очевидно и то, что угол пространственной ориентации электронной метки относительно каждой из осей координат может быть плавно или ступенчато изменен от 0° до 180°.

Устройство 4 изменения пространственной ориентации электронной метки имеет возможность передачи информации о текущем положении электронной метки и обо всех изменениях этого положения на узел сбора и обработки информации. Указанная передача информации может быть осуществлена любым известным методом, предпочтительно дистанционным.

Для подтверждения информации, передаваемой устройством 4 изменения пространственной ориентации электронной метки на узел сбора и обработки информации, предусмотрена аппаратура видеонаблюдения, размещаемая вблизи устройства 4 изменения пространственной ориентации электронной метки. Такая аппаратура устанавливается в любом удобном месте и предназначается для отслеживания пространственной ориентации электронной метки по видеоканалу на протяжении всего процесса испытаний. Для удобства видеоконтроля на каждой из рамок 6, 7, 8 устройства 4 могут быть предусмотрены приспособления 10, например лимбы, для визуализации углов отклонения электронной метки от начального положения.

Аппаратура видеонаблюдения имеет возможность передачи видеоинформации о текущем положении электронной метки и обо всех изменениях этого положения на узел сбора и обработки информации. Указанная передача информации может быть осуществлена любым известным методом, предпочтительно дистанционным.

Для снятия необходимой информации с электронной метки предусмотрено стационарное приемопередающее устройство, размещаемое сбоку или над транспортной магистралью и связанное с узлом сбора и обработки информации.

В момент нахождения электронной метки в зоне радиопокрытия приемопередающего устройства между ними происходит радиообмен, информация о качестве которого передается на узел сбора и обработки информации. Указанная информация может быть передана любым известным методом.

Узел сбора и обработки информации предназначен для сбора, сопоставления и обработки информации, поступающей от устройства 4 изменения пространственной ориентации электронной метки, аппаратуры видеонаблюдения и стационарного приемопередающего устройства.

На выходе из узла сбора и обработки информации оператор может получать информацию, например, следующего содержания: координаты пространственного положения электронной метки, полученные от устройства 4 изменения пространственной ориентации электронной метки с видеоподтверждением, полученным от аппаратуры видеонаблюдения, а также параметры устойчивости радиообмена между электронной меткой и приемопередающим устройством, относящиеся к конкретному положению электронной метки.

Таким образом, предлагаемые изобретения позволяют значительно сократить, упростить и удешевить процесс испытаний по определению оптимального положения электронной метки на горловине цистерны, поскольку отпадает надобность в использовании цистерн и в остановке процесса испытаний для изменения положения электронной метки после каждого прохода ею приемопередающего устройства.