Главная Другое
Экономика Финансы Маркетинг Астрономия География Туризм Биология История Информатика Культура Математика Физика Философия Химия Банк Право Военное дело Бухгалтерия Журналистика Спорт Психология Литература Музыка Медицина |
страница 1 НОВИКОВ ВЯЧЕСЛАВ ГЕННАДЬЕВИЧ КООРДИНАТНАЯ СИСТЕМА ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ЛОКОМОТИВНОГО УСТРОЙСТВА Специальность 05.22.08 – Управление процессами перевозок Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Научно исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (ОАО «НИИАС»). Научный руководитель - доктор технических наук Розенберг Ефим Наумович. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шаманов Виктор Иннокентьевич кандидат технических наук Романчиков Андрей Михайлович Ведущая организация: Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) Защита состоится 6 апреля 2011 г. в 13.15 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 9 стр. 9, ауд. 1504. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Автореферат разослан «___» марта 2011 г. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя учёного секретаря совета. Учёный секретарь диссертационного совета Д 218.005.07, доктор технических наук, профессор В.И. Шелухин
Процесс перевозок на железнодорожном транспорте требует постоянного повышения показателей его качества (сохранности и своевременной доставки грузов, комфортности для пассажиров и т.д.), а также повышения надёжности технических средств, улучшения показателей пропускной способности линий железных дорог и безопасности движения. Для решения данных задач наиболее эффективными мерами являются:
Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов внесли известные ученые Абрамов В.М., Баранов Л.А., Бестемьянов П.Ф., Брылеев A.M., Гавзов Д.В., Дмитренко И.Е., Дмитриев В.С., Ерофеев Е.В., Кравцов Ю.А., Лисенков В.М., Никифоров Б.Д., Переборов А.С., Розенберг Е.Н., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И., Шалягин Д.В., Шелухин В.И. и другие. Технической основой процессов управления поездной работой и обеспечения безопасности движения поездов являются системы интервального регулирования движения поездов (СИР ДП). Согласно теории автоматических систем интервального регулирования, разработанной В.М. Лисенковым, существенным отличием координатных систем интервального регулирования движения поездов (КСИР) является то, что регулирование движения (скорости) поезда осуществляется не на границу блок-участка, а на координату «хвоста» идущего впереди поезда, с минимально допустимым межпоездным интервалом, который рассчитывается с учетом реальных тормозных характеристик обоих поездов. Появление спутниковых навигационных систем, цифрового радиоканала передачи данных и высокоточных микропроцессорных вычислительных комплексов, позволяет реализовать КСИР на более высоком техническом уровне. Исследование методов расширения функциональных возможностей бортовых и стационарных устройств обеспечения безопасности движения, использующих спутниковые навигационные системы и цифровой радиоканал передачи данных, является актуальной задачей, что подтверждается положением о важнейших направлениях научно-технического развития «Белой книги» ОАО «РЖД» на период с 2012 по 2015 год в области систем управления и обеспечения безопасности движения поездов. Развитие в Европе КСИР предопределило то, что система ERTMS уровня 2 с фиксированными блок-участками внедряется и функционирует на линиях европейских железных дорог. Система ERTMS уровня 3 с подвижными блок-участками еще не реализована и находится на стадии теоретических исследований, в том числе из-за того, что методы совершенствования и расширения функциональных возможностей локомотивных устройств не достаточно глубоко исследованы применительно к их реализации на базе конкретных программно-аппаратных средств, не достаточно проработаны вопросы контроля длины состава. Переход к КСИР с расширенными функциональными возможностями локомотивного устройства позволяет при минимальных затратах на оборудование железнодорожных линий устройствами КСИР улучшить показатели пропускной способности за счёт сокращения межпоездного интервала, сократить количество напольного оборудования за счёт расширения функциональных возможностей стационарного и бортового оборудования и демонтажа устаревшего оборудования, выполняющего дублирующие функции, повысить показатели безопасности движения за счет применения безопасных аппаратно-программных комплексов. В настоящее время отсутствует общая методология построения в КСИР локомотивных устройств с расширенными функциональными возможностями. Поэтому особую актуальность приобретают задачи, адаптации имеющихся теоретических и методических результатов исследования КСИР, разработки нового методического, информационного и алгоритмического обеспечения, развитие формализованных процедур моделирования КСИР, построенной на базе локомотивных устройств с расширенными функциональными возможностями. Это подтверждает актуальность и практическую пользу диссертационной работы. Цель диссертационной работы состоит в разработке методического и алгоритмического обеспечения координатной системы интервального регулирования движения поездов с расширенными функциональными возможностями локомотивного устройства для повышения пропускной способности линий железных дорог. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:
Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе использования методов теории вероятностей и математической статистики, элементов векторной алгебры, методов теории дифференциальных уравнений, а также с использованием численных методов решения дифференциальных уравнений, теории информации, методов имитационного моделирования, методов технико–экономического анализа. Достоверность научных результатов подтверждена корректностью использованных математических положений, обоснованностью принятых допущений, подтверждена расчетами и моделированием на ЭВМ, а также результатами практического внедрения систем. Научная новизна и теоретическая значимость диссертации заключается в следующем:
Практическая значимость результатов диссертации состоит в использовании результатов научных исследований в конкретных инженерно-технических решениях систем интервального регулирования и обеспечения безопасности движения поездов. Применение полученных результатов позволит сократить межпоездной интервал на линях железных дорог, оборудованных системой. Реализация результатов работы. Научные результаты диссертационной работы использованы ОАО «НИИАС» при разработке многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения для средних и малых станций на станции Баженово Свердловской железной дороги; при разработке системы интервального регулирования движения поездов на основе спутниковых навигационных средств и цифрового радиоканала передачи данных на станции Решетниково Октябрьской железной дороги; системы информирования работающих на перегонах бригад с использованием спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS; при выполнении работ в рамках молодежного Гранта, предоставленного ОАО «РЖД» на тему: «Разработка алгоритмического обеспечения координатной системы интервального регулирования движения поездов с расширенными функциональными возможностями локомотивного устройства». Положения, выносимые на защиту:
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на НТС отделения А и АЛС ОАО «НИИАС»; ежегодной конференции молодых учёных и аспирантов «Вопросы развития железнодорожного транспорта в условиях рыночной экономики» (г. Щербинка 2007г.); ежегодной конференции молодых учёных и аспирантов «Железнодорожный транспорт на современном этапе» (г. Щербинка 2008г.); на девятой и десятой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2008-2009 г.); научно-технической конференции молодых работников ОАО «НИИАС» «Наука и инновации – железнодорожному транспорту» (г. Москва, 2009 г.); научно-практической конференции «Наука и инновации на транспорте» (г. Москва, 2009 г.); 10-й всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2010». Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в 11 печатных работах. Четыре их них опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент на изобретение, 2 патента на полезную модель и 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Она содержит 190 страниц основного текста, 50 иллюстраций и 14 таблиц. Список литературы включает 111 наименований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, определяются основные направления исследований, их научная новизна, формируется цель и задачи диссертации. В первой главе проведен анализ научных направлений и технических решений, реализация которых позволила создать системы, отвечающие необходимым требованиям по надёжности, безопасности и пропускной способности. Показано, что координатная система интервального регулирования движения поездов может быть построена на базе локомотивного устройства безопасности КЛУБ-У с расширенными функциональными возможностями. Создание такой системы требует разработки соответствующего алгоритмического и методического обеспечения. Во второй главе разработана трехуровневая структура КСИР (рис. 1). При её разработке были применены известные элементы теории и принципы технической реализации многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов, которые были детализированы с учетом конкретных вариантов применения технических средств. Для осуществления координатного интервального регулирования существующие бортовые и стационарные устройства управления и обеспечения безопасности движения поездов дополняются унифицированным вычислительным комплексом системы интервального регулирования (УВК СИР) с блоком контроля и регистрации параметров (БКРП), устройством определения длины поезда (УОДП), а также сервером пакетной связи (СПС), блоком пакетной связи (БПС) и мобильным устройством оповещения (МОУ) для оповещения работающих на путях (рис. 1). Первый уровень системы включает в себя унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У) с расширенными функциональными возможностями, которое взаимодействует по цифровому радиоканалу с УВК СИР и устройствами автоматической переездной сигнализации с радиоканалом (АПС РК). КЛУБ-У, также посредством БПС осуществляет обмен данными с СПС. Локомотивное устройство включает в себя также устройство контроля полносоставности состава (УКП). УКП может отсутствовать в составе локомотивного оборудования, но тогда интервальное регулирование осуществляется не на «хвост» идущего впереди поезда, а на ближайший по ходу движения поезда светофора с запрещающим сигналом. Второй уровень включает в себя УВК СИР, который взаимодействует по цифровому радиоканалу с КЛУБ-У, а также по межмодульным интерфейсам с УОДП, с системой электрической централизации через БРКП и АРМ ДНЦ через систему передачи данных (СПД). Устройства автоблокировки используются для интервального регулирования на перегоне при неисправности КСИР или при отсутствии связи между попутно движущимися локомотивами. Третий уровень системы располагается в диспетчерском центре управления движением поездов (ДЦ-УДП) и состоит из: автоматизированного рабочего места поездного диспетчера (АРМ ДНЦ), которое подключено к системе передачи данных (СПД). СПС принимает информацию от БПС локомотивного устройства безопасности, через GSM сервер, а также информацию от мобильного устройства оповещения (МОУ). Разработана имитационная модель системы для определения межпоездного интервала, обеспечиваемого системой. Для расчета значения межпоездного интервала рассмотрены два характерных случая.
В первом случае движение поездов на перегоне осуществляется с постоянной скоростью. Расчет межпоездного интервала при применении четырехзначной системы автоблокировки и КСИР ведется по следующим формулам.
где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() p - признак наличия бортового устройства контроля полносоставности на впередиидущем поезде (р=1 – есть, р=0 – нет). Во втором случае движение поездов рассматривается с учетом остановок. Формулы для расчета межпоездного интервала при применении четырехзначной системы автоблокировки и КСИР для этого случая имеют вид: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Выполненные расчеты с использованием формул (3) и (4) на примере участка Решетниково - Завидово Октябрьской железной дороги, которые показали, что КСИР позволяет уменьшить межпоездной интервал по сравнению с действующей системы четырехзначной автоблокировки АБТЦ на 33 – 50 % при движении поездов без остановок и на 19 – 47 % при движении поездов с остановками. В работе приведена оценка показателей безопасности, которая показала, что при переходе от информационных систем к комплексным системам обеспечения безопасности, вероятность опасного отказа снижается за счет применения спутниковой навигационной системы и цифрового радиоканала передачи данных в сочетании с действующей системой автоблокировки.
Разработан алгоритм работы стационарного устройства, реализуемый в устройстве УВК СИР, обеспечивающий возможность организации координатного интервального регулирования на участках железных дорог, даже если в этих зонах присутствуют поезда, не оборудованные КЛУБ-У с функцией КСИР. Разработан алгоритм расчета допустимой скорости, обеспечивающий уменьшение межпоездного интервала, применение которого позволит повысить пропускную способность линии железной дороги в условиях проведения ремонтных работ или при сильной загруженности линии. Для определения координаты «хвоста» поезда на локомотивном устройстве КСИР при известной координате головы поезда необходимо определить длину поезда, поэтому разработана методика определения длины поезда средствами стационарной аппаратуры, оснащённой радиоканалом, для определения координаты «хвоста» поезда. Принцип работы устройства определения длины поезда, реализующий методику, заключается в том, что момент времени пересечения места установки точечного датчика автосцепкой головы поезда ( Длина поезда в данном случае вычисляется по формуле:
где ![]() ![]() Рис. 2 График функции ![]() L – рассчитанная длина поезда (площадь геометрической фигуры, ограниченной прямыми ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Суммарная теоретическая оценка погрешности вычисления длины поезда (в метрах) с учетом радиуса кривизны и уклона равна: ![]() Расчеты показали, что предложенная методика расчета длины поезда позволит уменьшить погрешность расчета Разработана методика определения линейной координаты локомотива на участке с равномерным уклоном и кривой равномерного радиуса. На рис. 3 представлена схема определения линейной координаты.
где Длина дуги где t - показывает на какое число равных отрезков делится исходная дуга Линейная координата локомотива определяется по формуле:
Итоговое значение погрешности методики рассчитывается по формуле: ![]() Расчеты показали, что разработанная методика позволяет определить линейную координату локомотива, находящегося на участке равномерного радиуса с равномерным уклоном значительно (более чем на порядок) точнее методики, используемой в КЛУБ-У, при нулевом отклонении географической координаты локомотива ( Разработан алгоритм организации обмена данными по радиоканалу между УВК СИР, КЛУБ-У и устройствами АПС. При разработке протокола и алгоритма использовались рекомендации европейского стандарта EN 50159 в части кодирования сообщений циклическим избыточным кодом CRC. Проведенные исследования показали, что применение разработанного в диссертационной работе алгоритма для автоматической переездной сигнализации позволит улучшить пропускную способность переезда для автотранспорта за счет уменьшения в среднем на 15% времени извещения о приближении поезда. Разработан алгоритм оповещения работающих на путях. Отличие и преимущество разработанного алгоритма по сравнению с действующими заключается в том, что при реализации алгоритма производится, оповещение машиниста поезда, приближающегося к месту работ, информацией о не восприятии работающей бригадой сигнала оповещения о приближении поезда. Эта информация является требованием для машиниста предпринять действия (снижение скорости, дополнительная подача звукового сигнала, остановка поезда перед местом проведения работ) для предотвращения наезда на людей. Проведенный статистический анализ показал, что перечисленные мероприятия позволят уменьшить количество несчастных случаев при проведении работ на пути в среднем на 19 %.
Сокращение межпоездного интервала при применении КСИР позволяет уменьшить время задержки поездов при предоставлении плановых «окон» для ремонтно-путевых работ и внеплановых перерывах в движении поездов на 25-66 %, тем самым уменьшить расходы, связанные с задержкой поездов. Приведены результаты внедрения диссертационной работы в рамках систем, введенных в эксплуатацию на полигонах Свердловской и Октябрьской железных дорогах. В приложениях диссертации приведены акты, протоколы и справки внедрения результатов диссертационной работы. Заключение
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК
Публикации в других изданиях
НОВИКОВ ВЯЧЕСЛАВ ГЕННАДЬЕВИЧ КООРДИНАТНАЯ СИСТЕМА ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ЛОКОМОТИВНОГО УСТРОЙСТВА 05.22.08 – Управление процессами перевозок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подп. к печати _________2011. Формат бумаги 60х84 1/16. Заказ , Тираж 80 экз. Объем п.л. УПЦ ГИ МИИТа, 127994 Москва, ГСП-4, ул. Образцова, 9, стр., 9. Смотрите также: Координатная система интервального регулирования движения поездов с расширенными функциональными возможностями локомотивного устройства
228.27kb.
1 стр.
Перспективы развития локомотивных технических средств управления и обеспечения безопасности движения поездов
108.21kb.
1 стр.
Частичное изменение в расписании движения поездов "Сапсан" сообщением Москва – Санкт-Петербург
15.36kb.
1 стр.
Инструкция составителю поездов и помощнику составителя поездов 2001 г. I. Общие положения
193.73kb.
1 стр.
Знакомство с MicroStation
158.52kb.
1 стр.
Знакомство с MicroStation
79.27kb.
1 стр.
Министерство путей сообщения
112.16kb.
1 стр.
Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Украины
4468.2kb.
24 стр.
Распаковка и установка
77.38kb.
1 стр.
«День России» 12 июня 2008г и переносом выходных дней устанавливается следующий график движения пригородных поездов: Финляндский вокзал
29.7kb.
1 стр.
1 Система, свойства, характеристика и классы. Управление и проектирование систем. Экономическая система (ЭС) и экономика
316.11kb.
3 стр.
Основные направления оптимизации расходов предприятий эксплуатационного сектора локомотивного хозяйства ОАО 36.11kb.
1 стр.
|