IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Для повышения пропускной способности участка железной дороги необходимо уменьшать межпоездной интервал. В настоящее время для регулирования движения поездов по перегону используются системы полуавтоматической и автоматической блокировки. Эти системы осуществляют дискретное регулирование интервала, что препятствует его уменьшению.

Адаптивное управление движением предполагает непрерывное автоматическое определение расстояния между хвостом переднего и головой заднего поезда. Точное определение координат в современной системе управления производится с помощью GPS-приемников, размещенных на локомотивах. Если положение поезда необходимо отслеживать на стационарном пункте (в диспетчерском центре), координатные данные нужно передавать в режиме реального времени по беспроводному каналу.

На сегодняшний день определение дислокации и состояния подвижных объектов железнодорожного транспорта осуществляется с помощью существующих систем диспетчерского контроля и сбора информации ручными способами (телеграммы, телефонограммы, устные доклады). Фактически состояние реального объекта, в том числе и эффективность его работы, не контролируется автоматическими средствами и имеет низкую достоверность. В достоверности получаемой информации велико влияние «человеческого фактора». Таким образом основной задачей является автоматизация указанного процесса и обеспечение заданного уровня достоверности данных, получение которых ведётся с помощью спутниковых навигационных технологий, систем подвижной цифровой связи и геоинформационных технологий ГИС РЖД, увязанных в рамках целевого общесистемного решения.

Использование спутниковых технологий позволит внедрить:

– системы диспетчерского управления на основе точного спутникового позиционирования объектов и оперативной передачи диспетчерских команд на локомотивы по системам подвижной цифровой радиосвязи;

– системы интервального регулирования движения поездов с подвижными блок-участками и возможностью повышения до 20% пропускной способности участка, особенно в период проведения ремонтных «окон». В таких системах спутниковые навигационные данные ГЛОНАСС/GPS о местоположении, скорости движения и длине состава в сочетании с математическими моделями поездной ситуации на полигонах открывают путь к реализации безопасных методов обеспечения попутного сближения поездов без путевых светофоров. Это путь к созданию «интеллектуальных» поездов со встроенной системой автоведения и самодиагностики;

– системы контроля работы персонала в хозяйствах ОАО «РЖД» на основе определения их местоположения по навигационным системам и создания непрерывного канала связи с диспетчерским центром, в том числе и с организацией видеонаблюдения за проведением технологического процесса;

– системы контроля состояния объектов инфраструктуры на основе формирования единых банков данных систем технологического контроля на подвижных объектах и систем дистанционного зондирования со спутников;

– системы контроля перемещения грузов на всей сети железных дорог на основе применения спутниковых навигационных систем, систем подвижной связи, с возможностью использования спутникового канала в местах, где отсутствуют услуги провайдеров мобильной связи, а также формирования специализированных банков данных оперативного контроля в диспетчерских центрах.

1 Координатная система регулирования движения

поездов

1.1 Необходимость применения спутниковых технологий на железнодорожном транспорте

Современные тенденции роста железнодорожных перевозок сопровождаются одновременным увеличением неоднородности потоков поездов. Уже сегодня в на­шей стране стали реальностью специализированные поезда, обеспечивающие современный грузовой и пассажирский сервис.

Увеличение разнообразия транспортных потоков требует большего разнооб­разия приемов диспетчерского управления, которые до настоящего времени не получили должного развития. Одна из причин - отсутствие в контуре управления эффективной обратной связи. Например, при длине блок-участка до 2,5 км ин­формация, снимаемая с рельсовых цепей, недостаточна, чтобы определить дисло­кацию и скорость поезда с требуемой для эффективного управления точностью. Отсюда:

• просчеты в диспетчерской регулировке;

• позднее обращение дежурно-диспетчерского персонала с просьбами о выделе­нии недостающих ресурсов;

• бессмысленность создания оптимальных алгоритмов управления с высокой чувствительностью и др.

Новые технические решения, основанные на спутниковых технологиях, долж­ны создать принципиально новую информационную основу для задач текущего диспетчерского регулирования, для управления передвижениями с ускорением ос­вобождения путей и горловин, и в конечном счете - для обеспечения практической реализации базовой графической технологии и ее восстановления при различных затруднениях.

Сегодня решение задач оперативного планирования и управления поездной и грузовой работой затруднено в связи с потерей информации на стыках с другими видами транспорта и с другими участниками железнодорожных перевозок. Упрос­тить этот процесс возможно, если спутниковые технологии обеспечат монито­ринг дислокации контролируемого подвижного состава и технологических опера­ций с ним на железнодорожных инфраструктурах, не входящих в сеть ОАО «РЖД».

Основными преимуществами телекоммуникационных технологий, использующих спутниковый канал передачи информации, являются:

- предоставление услуг высокоскоростной передачи данных и доступа в сеть Интернет вне зависимости от географического положения пользователя;

- спутниковые системы позволяют обойти "заторы" в наземных системах передачи данных.

- спутниковые системы могут быть необходимым образом сконфигурированы, отражая асимметричную природу Интернет, как с точки зрения отдельных транзакций, так и с географической точки зрения. Например, порядка половины всего содержимого Интернет все еще находится на территории США.

Некоторые отличительные особенности спутниковых систем делают их привлекательной технологией доступа. Прежде всего - это экономическая эффективность для провайдера. Зона охвата спутника такова, что он может обслуживать очень большое количество абонентов. Причем, стоимость организации обслуживания совершенно не зависит от географического положения пользователя в пределах зоны охвата спутника. Спутниковый канал может приниматься в любой точке зоны охвата, независимо от условий местности.

Хотя спутниковые системы имеют много плюсов, позволяющих рассматривать их в качестве одной из технологий организации высокоскоростной передачи данных, имеются также и негативные аспекты.

Спутниковые системы, используемые для коммерческого обмена данными, имеют не самую высокую скорость передачи данных (порядка 400 кбит/с по направлению к пользователю) и при этом не очень быстро работают. Особенно это заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.

Вложения в системы спутниковой связи составляют многие миллиарды долларов, причем успех и получение прибыли совершенно не гарантированы. Следует упомянуть также и о безопасности трафика, слишком длительных циклах планирования для такой быстро изменяющейся индустрии, как телекоммуникации, а также нехватку частот, которые можно было бы легко использовать.

Кроме этого к недостаткам спутниковых систем можно отнести и необходимость приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник (например, для корабля, находящийся посреди океана).

В качестве примера технологий беспроводного широкополосного доступа стоит отметить систему прямого спутникового вещания DBS (Direct Broadcast Satellite). Это новое поколение оборудования спутникового телевизионного вещания. При использовании цифровых методов преобразования и передачи телевизионных сигналов и малогабаритной приёмной антенны эта технология становится очень привлекательной для пользователей. Декодирование принятого в цифровом формате сигнала происходит в блоке разделения/объединения и преобразования сигналов оборудования пользователя STB (Set Top Box), имеющем встроенные интеллектуальные функции, которые обеспечивают предоставление множества новых услуг - таких, как интерактивное телевидение и предоставление информации по требованию.

Технология прямого спутникового вещания BSS (Broadcast Satellite Servises) работает в части Кu - диапазона, занимая спектр частот 12,2 - 12,7 ГГц. Пользователи DBS могут принимать 150 - 200 видеоканалов, используя компрессию типа MPEG - 2. Кроме передачи видео, некоторые провайдеры сетевых услуг планируют широкополосную передачу данных в Кu - диапазоне. Современные системы DBS поддерживают передачу данных от сети Интернет к абоненту со скоростью до 400 кбит/с, а для передачи сигналов управления от абонента к сети используют стандартный канал тональной частоты (канал ТЧ).

3.1 Архитектура и принципы разрабатываемой системы

Вся информация, касающаяся движения поезда, основывается на двух главных параметрах: координате и номере поезда.

Выделяют три группы характеристик, которые описывают поезд исчерпывающим образом:

- информация о маршруте и расписании, которая фиксируется диспетчерским центром (диспетчером) по мере получения данных о продвижении, привязывается к номеру поезда;

- информация о количестве вагонов, их массе, положении их в составе поезда; эти данные совмещаются с номером, который присваивается поезду в момент его отправления;

- контроль пунктуальности следования – совпадения фактического хода с графиком; осуществляется с учетом координатной информации и номера поезда;

- информация о состоянии подвижного состава, которая поступает из диагностического оборудования, размещенного на вагонах (локомотивах) или на стационарных пунктах; при возникновении опасного состояния определяется подвижная единица, вид неисправности и текущая координата поезда.

Точное определение координат поезда производится с помощью GPS-приемника, размещенного на борту локомотива. Если положение поезда необходимо отслеживать на стационарном пункте (в диспетчерском центре), координатные данные нужно передавать в режиме реального времени по беспроводному каналу. На железных дорогах Европы и некоторых других железных дорогах передача информации с локомотива в диспетчерский центр осуществляется по системе сотовой связи GSM-R. На рисунке 3.1 показана архитектура системы контроля координат поездов с использованием беспроводных каналов связи.

Рис. 3.1 - Архитектура системы контроля координат поездов с использованием беспроводных каналов и WEB-технологий

Рис. 3.2 - График исполненного движения поезда, который построен в автоматическом режиме по данным GPS-позиционирования, полученным с использованием сети GSM

На дисплее АРМ поездного диспетчера отображается схема путевого развития участка железной дороги, на которой отображаются текущие координаты поезда. Траектория движения состоит из совокупности точек, каждая из которых соответствует местоположению поезда в момент сеанса связи (рис. 3.2).

Разрешающая способность системы, с помощью которой определяют местоположение поездов, может достигать 1 метра, абсолютная точность измерений – 3-5 метров. Это позволяет фиксировать положение поездов не только в движении по линии, но расположение их на железнодорожной станции. На рисунке 3 приведен пример контроля расположения локомотивов на станции с использованием ЭВМ и цифровой карты.

Рис. 3.3 - Пример контроля дислокации локомотивов на станции с использованием цифровой карты

В настоящее время, благодаря развитию беспроводных технологий, появилась возможность реализовать интервальное регулирование движения поездов, исключая передачу сигналов по рельсовым или иным цепям. Для этого используются современные устройства определения местоположения локомотива (спутниковая навигационная система ГЛОНАСС или GPS), средства передачи данных по радиоканалу, и система автоматического управления служебным торможением. Основное оборудование для получения координатной информации расположено на подвижном составе.

Такая система позволяет измерять в режиме реального времени расстояние до хвоста впереди идущего состава (L_хв). При этом, если соотнести текущий расчетный тормозной путь (S_торм) к измеренному расстоянию, можно получить количество блок-участков, которое соответствует текущей скорости подвижного состава (V) и условиям торможения. То есть, блок-участок потеряет фиксированные границы и будет зависеть лишь от скорости движения состава (V₁ или V₂) и тормозного пути (рисунок 3.4).

Рис. 3.4. Принцип функционирования локомотивной системы интервального регулирования движения

Принцип функционирования локомотивной системы интервального регулирования движения заключается в непрерывной передаче данных по радиоканалу о текущих параметрах движения и о самом составе и приеме информации от других составов. Например, в состав передаваемой и принимающейся информации следует включать:

1.  

   • номер подвижного состава – для идентификации принимаемого пакета данных;

   • путь, по которому движется подвижной состав – для более удобной фильтрации данных;

   • координату подвижного состава – для расчета расстояния до впереди идущего состава, определения количества «мнимых» блок-участков (кажущихся) и поддержания интервала движения между поездами;

   • скорость и режим движения – для отображения данных машинисту и реализации более гибкой системы автоведения.

После приема информации и ее обработки полученное количество свободных «мнимых» блок-участков отображается машинисту в виде графической шкалы, содержащей сегменты различного цвета.

В качестве основного управляющего воздействия целесообразно использовать систему автоматического служебного торможения, а как резерв – электропневматический клапан автостопа (ЭПК). Это позволит уменьшить количество необоснованных экстренных торможений и более полно реализовать интервальное регулирование движения. Например, при несоблюдении машинистом требований к снижению скорости или потери им бдительности произойдет включение управляемого служебного торможения. В случае отказа системы автоматического управления служебным торможением произойдет экстренное торможение за счет срабатывания ЭПК.

Контроль целостности состава можно реализовать различными по техническому исполнению методами. Наиболее простой – прокладка вдоль состава электрического кабеля, применяемого для электропневматического торможения на пассажирских вагонах.

Использование и развитие описанной системы интервального регулирования движения поездов обеспечит:

1.  

   • более полное использование пропускной и провозной способности перегонов;

   • уменьшение количества напольного оборудования;

   • более гибкую реализацию интервального регулирования движения и систем автоведения;

   • возможность, при использовании совместно с действующей автоматической локомотивной сигнализацией, реализовать контроль ее показаний и сохранить интервальное регулирование движения при ее отказе;

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Системы автоматики и телемеханики на железных дорогах мира. Международный учебник / Изд-во «Интекст», 2010

2. В. А. Гапанович, В. И. Уманский. Потенциал использования спутниковых технологий в организации перевозочного процесса и обеспечении безопасности на железнодорожном транспорте // Вестник ВНИИЖТ, 2011, №1. – с.15-18

3. Спутниковые тех­нологии на службе железнодорожного транспорта / Тезисы докладов 2-й Международной научно-технической конференции, Красноярск, 2008

4. Развитие и совершенствование технологической радиосвязи / А. М. Вериго [и др.] Автоматика, связь, информатика. - 2011. - № 6. - С. 28-32

5. Технологические радиосети обмена данными на железнодорожном транспорте / С. Маргарян[и др.] Первая миля. – 2011. - № 3. – С. 38-47

6. Особенности развития технологической радиосвязи ОАО "РЖД" на современном этапе /А. М. Вериго [и др.]Connect! Мир связи. – 2009. - №3

 

Код для цитирования: Скопировать