XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Железная дорога и железнодорожный транспорт являются зоной повышенной опасности как для пользователей железнодорожных транспортных услуг (пассажиров), так и для работников холдинга РЖД, занимающихся обслуживанием инфраструктурных устройств. Случаи поражения подвижным составом работников, выполняющих работы на путях, продолжают оставаться одним из наиболее распространенных типов аварий. Одна из причин этого заключается в том, что скорость поезда намного выше. Помимо внешней угрозы, есть случаи нарушения требований системы охраны труда и средств индивидуальной защиты работниками, выполняющими работы на путях. Системы оповещения на железных дорогах в России являются одним из основных способов защиты работников на железнодорожных путях от наезда подвижного состава. Своевременное информирование работников о приближении подвижного состава к рабочему месту является важным элементом безопасности движения поездов.Существующие системы предупреждения о приближении поезда не могут надежно решить проблему безопасности работников, которые занимаются ремонтом пути, поскольку скорость транспортных средств увеличивается, а интервалы между поездами сокращаются. Система оповещения (сирена) является неотъемлемой частью современной системы безопасности. Её главная задача - оповестить людей о приближающемся поезде.Системы сигнализации являются вспомогательными системами безопасности, поскольку они поддерживают существующий порядок ограждения рабочего места с сигнальными устройствами, работают с сигналами сигнализации, централизации и блокировки сигналов (СЦБ) и не являются персональными устройствами оповещения.

Японские железные дороги используют мобильные мультимедийные системы связи, которые объединяют проводные линии связи и радиосвязь. Положение подвижного состава фиксируется сигналом передатчика, установленным на локомотиве или станции сигнализации, который принимается приемником ретранслятора, который, в свою очередь, передает сигнал по радио на переносное устройство. Каждый сотрудник оснащен этим устройством и может быстро получить всю информацию о ситуации. Система сигнализации может быть полностью автоматической, полуавтоматической, управляемой по сигналам или вручную.

В конце 1996 года была завершена разработка автоматической системы Autoprowa для предупреждения бригад, работающих на линии. Система Autoprowa была успешно протестирована с точки зрения безопасности рабочих. Она состоит из блока управления сигналом, педалей рельса, а также источников мигающего света и специально разработанных устройств звуковой сигнализации. Источники звукового сигнала устанавливаются вдоль линии на треногах, а источники мигающего света на штырях втыкались в землю. Электричество подавалось в систему из специального блока питания. Система доказала свою надежность и эффективность. Установка Autoprowa на месте занимает не более 6 часов. Система, установленная на участке, позволяет безопасно работать на путях. Обязательным условием начала работ является акустическая проверка системы, то есть определение слышимости звуковых сигналов на фоне шума, издаваемого путевыми машинами и другими механизмами. Однако в процессе испытаний у этой системы были выявлены следующие недостатки: система не предоставляет уведомления операторам тележки для обнаружения дефекта на путях; использование системы небольшой ремонтной бригадой затруднительно; датчики срабатывают только при прохождении поезда, что приводит к необходимости в ограждении на большом расстоянии от рабочего места.

По своим свойствам отечественный комплекс КОБРА является наиболее близким к системам СЦБ. Комплекс предназначен для обнаружения человека, пересекающего охраняемую территорию, передачи тревожных сигналов по радиоканалу и оповещений в виде звуковых и световых сигналов. При получении радиосигналов комплекс генерирует световые и звуковые сигналы предупреждения. Комплекс рассчитан на круглосуточную работу на открытом воздухе. Прибор сохраняет работоспособность при температуре окружающего воздуха от минус 20ᵒС до плюс 40ᵒС. Это компактная конструкция, которая при переноске размещается на поясе. Приёмник сигнала тревоги расположен на брелке.

В настоящее время на основе спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS разработана координатная система мониторинга и сигнализации. По технической сущности к заявленной системе более близка та, в которой взаимосвязаны через мобильные сотовые каналы радиосвязи GSM: центральное устройство управления системой, бортовое оборудование подвижных единиц железнодорожного транспорта, оснащенное устройствами безопасности и носимые сотрудниками путевой бригады блоки индивидуального оповещения. Причем центральное устройство является стационарным, каждая из подвижных единиц рельсового транспорта соединена через сервер с бортовыми устройствами локомотивных бригад. О приближении к месту путевых работ источником информации является блок индивидуального оповещения. Канал передачи данных - GSM. Преимущество системы в том, что она абсолютно автономна от сигналов СЦБ. Недостатки системы включают в себя снижение надежности в случае неисправности системы связи GSM, а также недостаточную безопасность на участках, где соприкасаются подвижные единицы рельсового транспорта или имеются неисправные локомотивные устройства безопасности. Кроме того, эта система не обеспечивает достаточной безопасности при неисправностях носимых блоков индикации и оповещения. В настоящее время ведутся научные работы по созданию переносного сигнализатора для оповещения путевых бригад о приближении поезда.

Разработано переносное устройство оповещения «Сигнализатор П», оно абсолютно автономно, не зависит ни от сигналов СЦБ, ни от наличия оповещателя на приближающемся поезде. Устройство обнаруживает приближающийся поезд на пути за 90 - 120 секунд от его проезда до места установки. Однако, если имеются неоднородности пути между поездом и местом установки устройства, такие как мосты, эстакады или стрелки, то виброакустический сигнал значительно ослабляется. Время между обнаружением приближающегося поезда и его прохождением к месту установки оповещения сокращается до неприемлемых значений. Это физическое ограничение принципа работы.

Существует несколько путей решения задачи безопасности оповещения:

1. Обнаруживать приближающийся поезд за пределами неоднородности пути, например, повысить качество принимаемого сигнала и чувствительность датчиков, улучшить обработку сигнала до момента цифрового преобразования.

2. Усовершенствовать алгоритмы обнаружения слабого сигнала при высоком уровне шума.

3. Вместо одиночного устройства оповещения использовать распределенную систему датчиков.

Оригинальный дизайн узла датчика, разработанный Центром речевых технологий, который снимает виброакустический сигнал с шейки рельса, значительно повысил чувствительность и отношение сигнала к внешнему шуму. Входные цепи устройства были переработаны, было введено раздельное усиление двухполосного входного сигнала, чтобы уменьшить влияние шума. Однако шум, который постоянно присутствует в рельсе, принимается и преобразуется датчиком вместе с сигналом. По рельсам постоянно передаются сигналы СЦБ. Работающая на путях бригада сама производит различные шумы. Экспериментальные исследования показали, что сигнал, несущий информацию о приближении поезда и присутствующий во всех ситуациях, порождается шумом качения или взаимодействия колесных пар и рельсов. Вблизи движущегося поезда сигнал шума качения имеет широкий, практически равномерный спектр, вплоть до ультразвуковых частот. По экспериментальным данным, указанная зависимость интенсивности шума от скорости приближающегося поезда наблюдается только на прямых участках пути. На кривых большого радиуса, на подъемах и спусках устойчивой зависимости шума качения от скорости поезда не наблюдается. Изменение характера неравномерности спектра шума при приближении поезда на большом расстоянии от датчика позволило применить соответствующие алгоритмы анализа сигнала. Они дают возможность повысить показатели безопасности оповещения: время и надежность обнаружения подвижного состава. Но в случае физического разрыва рельсового пути на стрелке виброакустические колебания распространяются только по элементов конструкции пути, и полезный сигнал практически отсутствует. Таким образом, сфера безопасного использования одиночного предупреждающего устройства остается довольно узкой. Чтобы расширить область применения устройства «Сигнализатор П» и повысить безопасность, авторы предложили систему сигнализации, которая сочетает в себе преимущества систем с радиоканалов, рассмотренным выше, и датчики для дистанционного обнаружения поездов.

В соответствии с «Эксплуатационно-техническими требованиями на системы оповещения работников, выполняющих работы на перегонах и станциях, о приближении железнодорожного подвижного состава», использование систем оповещения о приближении подвижного состава не отменяет необходимость защиты места работы. Преимущества системы:

- система может продублировать сигналиста в случае возникновения непредвиденных ситуаций;

- промежуточные сигналисты при плохой видимости или на искривленных участках не требуются.

Система может быть модернизирована таким образом, чтобы постоянное присутствие сигналиста на месте установки удаленного датчика не требовалось, достаточно просто установить и активировать датчик. Система оповещения спроектирована так, чтобы повысить надежность системы и безопасность оповещения.

Таким образом, создание безопасных систем оповещения, которые не зависят от сигналов СЦБ и локомотивных бортовых сирен, получается при использовании распределенных датчиков. В частности, предлагаемая система оповещения, которая сочетает в себе преимущества систем с радиоканалом и дистанционными датчиками для обнаружения приближающегося поезда, позволяет решить проблему обеспечения безопасности путевых рабочих в широком диапазоне условий применения.

Список литературы:

1. Щелконогов С.В. Анализ современных и перспективных систем предупреждения путевых работников о приближении подвижного состава // Молодой учёный. 2012. № 6. С. 61 - 63. - URL https://moluch.ru/archive/41/4977.
2. Система предупреждения при путевых работах // Журнал «Железные дороги мира», 2003.

3. Autoprowa® — TrackWarningSystems (Электронный ресурс). – URL: http://scbist.com/zhurnal-zheleznye-dorogi-mira/18790-zhdm-10-1998-sistema-preduprezhdeniya-putevyh-brigad-autoprowa.html.

4. Комплекс обеспечения безопасности работ «КОБРА» (Электронный ресурс). – URL http://www.eav.ru/publ1.php?page=1&publid=2013-08a13.

5. Новиков В.Г., Алабушев И.И. Координатная система контроля и оповещения // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2008. № 1. С. 45 – 48. - URL https://moluch.ru/archive/41/4977.