Система ТСКБМ относится к системам контроля бдительности, следит за физиологическим состоянием машиниста, принимает сигналы о состоянии рукоятки бдительности (РБ), обрабатывает полученную информацию, показывает уровень бодрствования машиниста по условной шкале в виде светящейся линейки переменной длины. При работе с системой АЛСН она выдает управляющее воздействие на электропневматический клапан (ЭПК). При работе с системой КЛУБ она выдает информацию о снижении уровня бодрствования машиниста ниже критического уровня на систему КЛУБ.
При работающей системе ТСКБМ и при нормальном уровне бодрствования машиниста периодические проверки бодрствования отменяются.Если система ТСКБМ будет отключена, системы АЛСН или КЛУБ перейдут в штатный режим работы без системы ТСКБМ с периодическими проверками бодрствования машиниста.
При снижении уровня бодрствования машиниста ниже критического, система ТСКБМ, в случае совместной работы с системой АЛСН, непосредственно воздействуя на ЭПК, приводит в действие механизм автоматического экстренного торможения, который машинист может отменить, нажав на рукоятку бдительности по свистку электропневмоклапана ЭПК. Этот процесс повторяется в соответствие с алгоритмом работы системы, но не более трех раз. Если в течение этого времени восстановится нормальный уровень бодрствования машиниста, то система ТСКБМ зафиксирует этот факт и вернется в режим нормального уровня бодрствования машиниста. Если этого не произойдет, то система ТСКБМ вызовет срабатывание электропневмоклапана ЭПК.
При работе с системой КЛУБ система ТСКБМ будет постоянно выдавать информацию о снижении уровня бодрствования ниже критического и срабатывание ЭПК произойдет в соответствии с алгоритмами работы системы КЛУБ.
Безопасность движения поездов повышается за счет того, что с системой ТСКБМ:
Повышается надежность работы машиниста, который может контролировать свой уровень бодрствования, не допуская его снижение до нижней границе на индикаторе уровня бодрствования и может, посредством активных действий, поддерживать свою работоспособность, не дожидаясь обесточивания электропневмоклапана ЭПК.
Контроль бодрствования машиниста производится непрерывно в процессе движения поезда независимо от поездной ситуации и без отвлечения машиниста требованием периодически подтверждать свое бодрствование, что особенно важно в ситуациях, требующих от машиниста повышенной бдительности для обеспечения безопасности движения.
Принцип оценки уровня бодрствования машиниста.
Из основ физиологии человека известно, что уровень бодрствования человека сопровождается сигналом кожно-гальванической реакции (сигнал КГР). Сигнал КГР представляет собой спонтанное кратковременное повышение проводимости кожи с последующим возвратом к исходному уровню. Сигнал КГР регистрируется путем измерения относительного приращения сопротивления кожи и имеет форму импульсов треугольной формы со специфической асимметрией: в виде крутого переднего и полого заднего фронта. Схематическое изображение импульса КГР и типичные параметры приведены на рис 1.
Носителем информации об уровне бодрствования является ТКГР время между импульсами КГР - у засыпающего человека увеличивается интервал времени между импульсами КГР. Несмотря на случайную природу, импульс КГР хорошо распознается.
В системе ТСКБМ реализовано преобразование сигнала КГР в цифровую форму с помощью соответствующих программ, выделение количественных показателей сигнала КГР, отображение этих показателей в условный уровень бодрствования.
Рис. 1. Сигнал кожно-гальванической реакции (КГР).
RA = 50...500 кОм - Базовое сопротивление, относительно которого регистрируется импульс КГРdRA = 2,5...50 кОм - Приращение сопротивления за время нарастания импульса КГРdRA/RA = 5...10% - Амплитуда импульса КГРt1 = 1...3 с - Длительность нарастания импульса КГРt2 = 1...10 с - Длительность убывания импульса КГР ТКГР = 20...60 с - Интервал следования импульсов КГРRx = 5 кОм ... 12,5 МОм - Текущее значение сопротивления
Система ТСКБМ непрерывно осуществляет контроль и индикацию уровня бодрствования машиниста по условной шкале, а также приводит в действие механизм экстренного торможения при снижении уровня бодрствования ниже некоторого критического.
Машинисту дается возможность до трех раз отодвинуть момент торможения, нажимая на рукоятку бдительности по свистку электропневматического клапана. Если машинист в течение этого времени повысит свой уровень бодрствования, то экстренного торможения не произойдет.
Критический уровень бодрствования не связан с потерей работоспособности. Из соображений безопасности и с учетом индивидуального разброса физиологических параметров машинистов критический уровень бодрствования зафиксирован вблизи границы работоспособного состояния.
Функциональные схемы устройств ТСКБМ
Функциональная схема ТСКБМ представлена на рис. 2 и включает в себя следующие приборы и блоки:
Прибор ТСКБМ-Н, носимая часть системы, представляет собой телеметрический датчик и располагается на запястье машиниста. Прибор ТСКБМ-Н предназначен для получения информации об относительном изменении электрического сопротивления, подключенного к его электродам, и передачи ее по радиоканалу в цифровом виде на приемник прибора ТСКБМ-П.
Прибор ТСКБМ-П приемник сигналов прибора ТСКБМ-Н и устройство индикации, предназначен для приема и первичной обработки информации, передаваемой по радиоканалу от ТСКБМ-Н, и передачи ее в контроллер ТСКБМ-К. Устройство индикации предназначено для визуального отображения уровня бодрствования машиниста на светодиодном индикаторе.Блок ТСКБМ-К контроллер системы, предназначен для приема и обработки информации от приемника и рукоятки бдительности, а также для выдачи управляющего воздействия на электропневмоклапан (при подключении АЛСН) или систему КЛУБ.
Рис. 2 Функциональная схема ТСКБМ
Рис. 3. Функциональная схема прибора ТСКБМ-Н
Рис. 4.Функциональная схема прибора ТСКБМ-П
Использование датчика пульса в системе ТСКБМ
Датчик пульса (далее – пульсометр)— медицинский контрольно-диагностический прибор для измерения сердечного ритма (пульса). Область применения датчика в медицине - оценка функции системы кровообращения, анестезиология и т.д.
Рис. 5. Схема цифрового пульсометра с трехразрядным дисплеем
В основе работы пульсометра лежит принцип функционирования аппарата ЭКГ. Он заключается в следующем: электронные сигналы, возникающие в результате сокращений сердечной мышцы, воспринимаются инфракрасным датчиком, после чего передаются на устройство приема. Последнее обрабатывает информацию и выводит ее на дисплей.
Внедрение пульсометра в систему ТСКБМ
Инфракрасный датчик пульсометра совместно с устройством приема пульсометра помещается в браслет системы ТСКБМ (носимый прибор ТСКБМ-Н), сигнал с датчика поступает на устройство приема, обрабатывается, передается на логарифмический преобразователь и формирователь кодовых посылок устройства ТСКБМ-Н, затем частотный сигнал с пульсометра по радиоканалу поступает на устройство ТСКБМ-П.
Устройство ТСКБМ-П осуществляет прием сигналов от ТСКБМ-Н, производит первичную обработку параметров пульса и гальванического сопротивления кожи, после чего отправляет первично обработанные сигналы на прибор ТСКБМ-К. Устройство ТСКБМ-К производит окончательную обработку сигналов, сравнение их с разрешенными минимальными и максимальными значениями, и в зависимости от результата выдает управляющее воздействие на ЭПК или КЛУБ.
Критерии оценивания состояния машиниста при помощи пульсометра в системе ТСКБМ
Пульс - это ритмические колебания стенок артерий, которые соответствуют сокращениям сердца, и поэтому их нормальная частота является критерием правильного функционирования сердечно-сосудистой системы. По показателям пульса можно судить о силе и ритмичности сердцебиения, а также о состоянии кровеносных сосудов. Если пульсовые волны возникают через неодинаковые промежутки времени (неритмичный пульс), то это может свидетельствовать о заболеваниях сердца, злоупотреблении кофе, или же говорит о том, что человек подвергается частым стрессам либо имеет определенные нарушения гормонального фона.
Стоит отметить, что пульс должен быть не только ритмичным, но и характеризоваться определенной частотой (это количество пульсовых волн в минуту). У здоровых лиц она составляет 60-90 ударов в минуту. У человека, который находится в спокойном состоянии (и физическом, и эмоциональном), показатели пульса не превышают этих цифр.
Ниже приведена таблица, показывающая нормы пульса для человека возрастом от 15 до 80 лет
Таблица 1. Нормы пульса по возрастам
Возраст |
Минимально допустимое значение |
Максимально допустимое значение |
Среднее значение |
15-50 лет |
60 |
80 |
70 |
50-60 лет |
64 |
84 |
74 |
60-80 лет |
69 |
89 |
79 |
Учитывая особенности организма, которые могут возникнуть непосредственно в момент нахождения машиниста в единице подвижного состава (к примеру, психологические факторы – волнение, переизбыток эмоций, испуг и т.д) и влияют на частоту сердечных сокращений, максимально и минимально допустимые значения можно изменить. Рассчитав среднее минимальное и среднее максимальное значения по формуламдля всех возрастов:
- для среднего максимального –Umaxср= ,
где Umaxn–максимально допустимое значение, n–количество значений
- для среднего минимального –Uminср=,
где Uminn–минимально допустимое значение, n–количество значений
получаем Umaxср= 84,3 уд/мин, Uminср= 64,3 уд/мин.
Учитываем влияние факторов, изменяющих частоту сердечных сокращений в большую сторону (в среднем – на 10 уд/мин), получаем Umaxср=94,3 уд/мин. Минимально допустимый предел остается прежним, т.к при снижении частоты ниже 60 уд/мин возникает нарушение работы сердечно-сосудистой системы, что чревато потерей работоспособности машиниста.
Таким образом для системы ТСКБМ за максимальный предел частоты пульса можно принять 94,3 уд/мин, а за минимальный предел частоты – 64,3 уд/мин. Система ТСКБМ обрабатывает значения гальванического сопротивления кожи и пульса, и при превышении или более низком значении одного из параметров активируется соответствующий алгоритм системы, подается предупредительный свисток. Если в течение 40 секунд не произошло нажатия на кнопку бдительности или за некоторый промежуток времени оба параметра не нормализуются, система ТСКБМ воздействует на систему торможения поезда. Показания пульса в системе ТСКБМ в данном случае будут являться поводом для отстранения машиниста от поездки и направления его на медицинское обследование.
Заключение
Таким образом, внедрение пульсометра в систему ТСКБМ позволит существенно повысить уровень безопасности движения на железных дорогах России, т.к ТСКБМ сможет осуществлять не только контроль бодрствования машиниста посредством кожно-гальванической реакции, но и контроль одного из самых важных параметров человеческого организма, существенно влияющего на работоспособность человека – частоту сердечных сокращений (пульс).
Список использованной литературы
Хоровиц П., Хилл У.Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. 2-е. – М.: Издательство БИНОМ. – 2014. – 704 с., ил.
К. В. Зайченко, О. О. Жаринов, А. Н. Кулин, Л. А. Кулыгина,А. П. Орлов. Съем и обработка биоэлектрических сигналов: Учеб. пособие / Под ред. К. В. Зайченко. СПбГУАП. СПб., 2001. 140 c.: ил.
А.В. Бердников, М.В. Семко, Ю.А. Широкова. Медицинские приборы, аппараты, системы икомплексы. Часть I. Технические методы и аппараты для экспресс-диагностики: Учебное пособие / Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2004. 176 c.
ТСКБМ [Электронный ресурс] : телемеханическая система контроля бодрствования машиниста. – Режим доступа: http://scbist.com/wiki/16038-tskbm.html, свободный. – Загл. с экрана.
Руководство по эксплуатации «Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 с коллекторными тяговыми электродвигателями»: утв. ген.дир УЗЖМ от 29.04.2008 // 2ЭС6.00.000.000 РЭ