территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов

Формула изобретения

Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащая на каждом транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, на пункте управления - последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и рабочее место эколога, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит фазовый детектор, последовательно включенные генератор высокой частоты и фазовый манипулятор, последовательно включенные усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, и первый усилитель первой промежуточной частоты, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого усилителя первой промежуточной частоты, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования, а выход фазового детектора подключен к абонентскому устройству кодирования, отличающаяся тем, что каждая радиостанция снабжена вторым гетеродином, третьим смесителем, усилителем второй промежуточной частоты, вторым перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу фазового манипулятора последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты, выход которого соединен с входом усилителя мощности, к выходу ключа последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, частоты _Г1 и _Г2 гетеродинов разнесены на значение первой промежуточной частоты _пp1: _Г1- _Г2= _пp1, радиостанция, размещенная на пункте управления, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ₁= _Г1= _пр2, где _пр2 - вторая промежуточная частота, а приема на частоте ₂= _Г2= _пp3, где _пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ₂, а приема на частоте ₁.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая система относится к технике контроля и тревожной сигнализации и может быть использована для оперативного контроля и управления транспортировкой экологически опасных грузов, промышленных и бытовых отходов в места складирования и переработки.

Известны системы контроля транспортировки экологически опасных грузов (авт.свид. СССР №№864318, 924735, 966714, 1117672, 1363126, 1650018, 1693622, 1730648, 1751795, 1755310, 1764070; патенты РФ №№2032220, 2032227, 2053561, 2058592, 2173889; патенты США №№3636560, 3713125, 4023163, 4742338, 4751499; патенты Германии №№2536949, 2616603, 2700690; патенты Великобритании №1267040; патенты Франции №№2199151, 2415840 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов» (патент РФ №2173889 G08В 25/10, 1999), которая и выбрана в качестве базового объекта.

Указанная система обеспечивает повышение экологической безопасности жилых и промышленных объектов путем безопасного и контролируемого вызова экологически опасных отходов жизнедеятельности человека и промышленных отходов в места складирования и переработки.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем реализации дуплексного метода радиосвязи между пунктом управления и транспортными средствами с использованием двух частот.

Поставленная задача решается тем, что территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на каждом транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, на пункте управления последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и рабочее место эколога, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит фазовый детектор, последовательно включенные генератор высокой частоты и фазовый манипулятор, последовательно включенные усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого соединен с приемо-передающей антенной, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты и сумматор, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенный на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенный на каждом транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования, а выход фазового детектора подключен к абонентскому устройству кодирования, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена вторым гетеродином, третьим смесителем, усилителем второй промежуточной частоты, вторым перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу фазового манипулятора последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты, выход которого соединен с входом усилителя мощности, к выходу ключа последовательно поключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина, частоты гетеродинов _Г1 и _Г2 разнесены на значение первой промежуточной частоты _пр1

_Г1- _Г2= _пр1,

радиостанция, размещенная на пункте управления, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₁= _г1= _Г2= _пр2, где _пр2 - вторая промежуточная частота, а принимает на частоте ₂= _Г2= _пр3, где _пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом транспортном средстве, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₂, а принимает на частоте ₁.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции пункта управления представлена на фиг.2. Структурная схема радиостанции транспортного средства представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг.4.

Оборудование, размещенное на каждом транспортном средстве, содержит последовательно связанные радиостанцию 5.i, абонентское устройство 3.i кодирования и устройство регистрации 4.i (i=1,2,...,n), a также датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза и сигнальные датчики 2.3, подключенные к абонентскому устройству 3.i кодирования.

Оборудование, размещаемое на пункте управления 7, содержит последовательно связанные радиостанцию 9, первый процессор 10 и рабочее место 13 эколога, к выходу первого процессора 10 последовательно подключены блок 11 сравнения, устройство 12 кодирования, рабочее место 13 эколога и второй процессор 14, выход которого соединен со вторым входом блока 11 сравнения.

Каждая радиостанция 9(5.1) содержит последовательно включенные генератор 15(15.1) высокой частоты, фазовый манипулятор 16(16.1), третий смеситель 33(33.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32(32.1), усилитель 34(34.1) второй промежуточной частоты, усилитель 17(17.1) мощности, дуплексер 18(18.1), вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной 8(6.1), первый смеситель 21(21.1), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 19(19.1), первый усилитель 23(23.1) первой промежуточной частоты и сумматор 26(26.1), последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина 19(19.1) первый фазовращатель 20(20.1) на 90°, второй смеситель 22(22.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18(18.1), второй усилитель 24(24.1) первой промежуточной частоты, второй фазовращатель 25(25.1) на 90°, сумматор 26(26.1), первый перемножитель 27(27.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18(18.1), узкополосный фильтр 28(28.1), амплитудный детектор 29(29.1), ключ 30(30.1), второй вход которого соединен с выходом сумматора 26(26.1), второй перемножитель 35(35.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32(32.1), полосовой фильтр 36(36.1) и фазовый детектор 37(37.1), второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина 19(19.1). Причем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции, размещенной на пункте 7 управления, соединен с первым процессором 10, а выход фазового детектора 37 подключен к первому процессору 10, второй вход фазового манипулятора 16.1 радиостанции, размещенный на каждом транспортном средстве, соединен с абонентским устройством 3.1 кодирования, а выход фазового детектора 37.1 подключен к абонентскому устройству 3.1 кодирования.

Первый гетеродин 19 (19.1), фазовращатели 20(20.1) и 25(25.1) на 90°, смесители 21(21.1) и 22(22.1), усилители 23(23.1) и 24(24.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26(26.1), перемножитель 27(27.1), узкополосный фильтр 28(28.1), амплитудный детектор 29(29.1) и ключ 30(30.1) образуют универсальный преобразователь 31 (31.1) частоты.

Частоты _Г1 и _Г2 гетеродинов 19(32.1) и 32(19.1) разнесены на значение первой промежуточной частоты _пр1

_Г1- _Г2= _пр1.

Радиостанция 9, размещенная на пункте 7 управления, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₁= _Г1= _пр2, где _пр2 - вторая промежуточная частота, а принимает на частоте ₂= _Г2= _пр3, где _пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция 5.1, размещенная на каждом транспортном средстве, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₂, а принимает на частоте ₁ (фиг.4).

Предлагаемая система работает следующим образом.

Чувствительными элементами системы являются датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза и сигнальные датчики 2.3, устанавливаемые на каждом транспортном средстве.

Датчик 2.1 координатной информации (навигационный датчик) является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы «Глонасе» (РФ) или «Навстар» (США), выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-221). С помощью указанной радионавигационной системы обеспечивается вычисление координат местоположения (с точностью до 1 метра) и вектора скорости транспортного средства. Датчик каждую секунду в момент смены секунды единого времени передает информацию в абонентское устройство 3.1 кодирования.

Датчик 2.2 характера груза - это прибор для чтения информации о грузе. Информация считывается с маркера груза. Маркером груза могут быть штриховой код, перфораторный код и т.д. Информация о характере груза также передается в абонентское устройство 3.1 кодирования.

Сигнальные датчики 2.3 - это контакты и кнопки, которые фиксируют, например, поднятие-опускание контейнера при погрузке, распечатывание опломбированного груза, открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака и т.д. на транспортном средстве.

При выезде транспортного средства на линию водителю вместе с путевым листом под расписку выдается датчик 2.1 координатной информации, который вставляется в заранее оборудованное в транспортном средстве место. После включения датчика происходит его автоматическая инициализация и он связывается с данным транспортным средством. Эта связь осуществляется передачей особого параметра - бортового номера, однозначно определяющего данный автомобиль. После того как автомобиль отправился на линию, система автоматически осуществляет запись в файл базы данных его координаты на местности. Период обновления информации в файле базы данных равен установленному в датчике периоду передачи сигнала.

Оператор-эколог может выбрать для просмотра то или иное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики транспортного средства. После выбора транспортного средства на экране компьютера рабочего места эколога появится карта местности с привязанным к ней пройденным маршрутом транспортным средством в виде линии. Возможно изменение масштаба карты экологом для детализации маршрута транспортного средства. Если поместить курсор мыши на линию маршрута, то на экране появляются текущие на тот момент времени координатная информация, общий километраж, количество топлива в баке, скорость транспортного средства и т.д.

Устройство 3.1 кодирования получает данные состояния (показания) датчиков 2.1, 2.2 и 2.3, кодированные сообщения передаются на хранение в устройство 4.1 регистрации.

С заданным периодом времени Т процессор 10 с пункта 7 управления через радиостанцию 9 дает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса транспортного средства на выдачу массива данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации.

Для этого генератором 15 высокой частоты формируется гармоническое колебание

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M ₁(t) с выхода первого процессора 10. Модулирующий код M ₁(t) соответствует бортовому номеру запрашиваемого транспортного средства. На выходе фазового манипулятора 16 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

где _k1(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t),

который поступает на первый вход третьего смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 32

На выходе третьего смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной (суммарной) частоты

где

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

_пр2= _Г2+ _с= ₁ - вторая промежуточная (суммарная) частота;

_пр2= _с+ _Г2, (фиг.4).

Это напряжение после усиления в усилителе 17 мощности через дуплексер 18 поступает в приемо-передающую антенну, излучается ею в эфир на частоте ₁= _пр2, улавливается приемопередающей антенной 6.1 транспортного средства и через дуплексер 18.1 поступает на вход универсального преобразователя частоты 31.1. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте _з2 и по первому _к1 и второму _к2 комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте _з2, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19.1, фазовращателей 20.1 и 25.1 на 90°, смесителей 21.1 и 22.1, усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты и сумматора 26.1 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах _к1 и _к2, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27.1, узкополосного фильтра 28.1, амплитудного детектора 29.1, ключа 30.1 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

На выходе сумматора 26.1 образуется суммарное напряжение

где _пр1= ₁- _Г2 промежуточная (разностная) частота;

_Г2 - частота гетеродина 19.1,

которое через открытый ключ 30.1 поступает на первый вход второго перемножителя 35.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1

На выходе перемножителя 35.1 образуется напряжение

где

_Г2= _пр3= _Г1- _пр1 - третья промежуточная частота;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется полосовым фильтром 36.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 19.1

На выходе фазового детектора 37.1 образуется низкочастотное напряжение

где

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в устройство 3.1 кодирования и, если оно соответствует бортовому номеру транспортного средства, запрашиваемого с пункта 7 управления, то массив данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации, в виде модулирующего кода М₂(t) поступает на второй вход фазового манипулятора 16.1. На первый вход указанного фазового манипулятора подается гармоническое колебание с выхода генератора 15.1 высокой частоты

На выходе фазового манипулятора образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

где _К2(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М ₂(t), который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1

На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

где

_пр3= _Г1- _с - третья промежуточная (разностная) частота;

_пр3= _с1- _Г1;

К₁ - коэффициент передачи смесителя.

Это напряжение после усиления в усилителе 17.1 мощности через дуплексер 18.1 поступает в приемопередающую антенну 6.1, излучается ею в эфир на частоте ₂= _пр3, улавливается приемо-передающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте _з1 и по третьему _К3 и четвертому _К4 комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте _з1, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19, фазовращателей 20 и 25 на 90°, смесителей 21 и 22, усилителей 23 и 24 первой промежуточной частоты, сумматора 26 и реализующее фазокомпенсационный метод.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по третьему и четвертому комбинационным каналам на частотах _К3 и _К4, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

На выходе сумматора 26 образуется суммарное напряжение

где _пр1= _Г1- ₂ - первая промежуточная (разностная) частота,

которое через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 19. На выходе перемножителя 35 образуется напряжение

где

которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32

На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение

где

пропорциональное модулирующему коду M ₂(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирующей функции M ₂(t) (кодограммы) на отдельные блоки данных по признакам:

- номер транспортного средства;

- данные географических координат транспортного средства;

- данные наличия груза на нем;

- данные скорости движения;

- наличие аварийных сигналов,

и передает их в блок 11 сравнения, куда поступают также заданные и рассчитанные с помощью процессора 14 данные. Результаты сравнения кодируются кодирующим устройством 12 в соответствующее сообщение, которое поступает на рабочее место эколога 13:

- транспортное средство находится на разрешенном (запрещенном) маршруте (участке) движения;

- складирование груза произведено на разрешенном (не разрешенном) участке (где именно) контролируемой территории;

- скорость движения транспортного средства соответствует (не соответствует) заданной на данном участке маршрута;

- показание датчика экологического аварийного сигнала в норме или поступил сигнал «тревога».

Разрешенный маршрут движения выбирается процессором 14 на основе данных о начальном и конечном пунктах движения транспортного средства и выдается в форме маршрутного путевого листа водителю. Эти же данные через процессор 10 поступают в блок 11 сравнения.

Оператор-эколог рабочего места 13 по мере поступления данных с транспортных средств осуществляет контроль выполнения нормативных документов и при необходимости по каналам голосовой связи дает команду на транспортные средства по корректировке действий транспортных средств, а при поступлении сигналов «Тревога» дает голосовую команду мобильным группам реагирования о прибытии в конкретное место для ликвидации чрезвычайной ситуации.

Дополнительно введенные в состав системы элементы и изменения структурной организации позволяют существенно улучшить качественные характеристики за счет введения следующих новых функциональных возможностей системы:

- расчет кратчайших безопасных маршрутов транспортировки экологически опасных грузов позволяет уменьшить длительность пути движения и расход энергоресурсов;

- контроль движения транспортного средства по разрешенному маршруту уменьшает степень опасности субъектам и объектам;

- выработка сигналов о несанкционированных разгрузках экологически опасных грузов в запрещенных местах складирования исключает создание экологически опасных несанкционированных свалок;

- выдача в центр контроля аварийных сигналов при транспортировке экологически опасных грузов обеспечивает быструю ликвидацию последствий аварий.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности передачи дискретной информации между пунктом управления и транспортными средствами. Это достигается реализацией дуплексного метода радиосвязи с использованием двух частот ₁, ₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Причем радиостанция, размещенная на пункте управления, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте ₁, а принимает на частоте ₂. А радиостанции, размещенные на транспортных средствах, наоборот, излучают сложные ФМн-сигналы на частоте ₂, а принимают на частоте ₁.

Обмен дискретной информации между пунктом управления и транспортными средствами носит конфиденциальный характер.

При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.

Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Энергетический и структурный уровень обеспечиваются применением сложных ФМн-сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Тем самым функциональные возможности системы расширены.