X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Система ин­тервального регулирования дви­жения поездов на базе радиока­нала дает возможность существенно увеличить пропуск­ную способность линий и сокра­тить эксплуатационные затраты при обеспечении необходимого уровня безопасности движения поездов.

Применение такой радиоблоки­ровки на перегонах позволит прак­тически полностью отказаться от прокладки дорогостоящих кабелей СЦБ и связи (проводов извеще­ния, схемы смены направления, ли­нейных и др.). установки светофо­ров и оборудования рельсовых цепей. Тем самым будут сэконом­лены значительные средства на ин­вестициях в транспортную инфра­структуру.

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.

Вся информация, касающаяся движения поезда, основывается на двух главных параметрах: координате и номере поезда. Координатная информация необходима при решении задач обеспечения безопасности движения, использования рациональных режимов работы локомотива, организации процессов формирования и обработки поездов на железнодорожных станциях.

Серьезные отказы в работе оборудования вагонов обнаруживаются с помощью напольных устройств контроля. В частности, вдоль пути расположены датчики, которые выдают сигнал тревоги в случае обнаружения греющегося буксового узла (колесной пары). При обнаружении отказа возникает задача идентификации места в составе поезда, где зафиксирован перегрев. Это – также одна из координатных задач, которые решаются в процессе эксплуатации подвижного состава.

Весьма важной является координатная информация реального времени о местоположении грузовых вагонов или поездов, предоставляемая грузовладельцам. Эта информация позволяет оптимально решать коммерческие и логистические задачи, что повышает привлекательность железнодорожного транспорта для производителей продукции и торговых фирм.

Основное оборудование для получения координатной информации и обмена данными между поездами расположено на подвижном составе. Такая система позволяет измерять в режиме реального времени расстояние до хвоста впереди идущего поезда (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 поезда (V₁ или V₂) и тормозного пути (рисунок 1.1).

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

номер подвижного состава – для идентификации принимаемого пакета данных;

путь, по которому движется поезд – для более удобной фильтрации данных;

координату подвижного состава – для расчета расстояния до впереди идущего поезда, 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.

Точное определение координат поезда производится с помощью GPS-приемника, размещенного на борту локомотива. Координатные данные накладываются на электронную карту, которая отражает план железнодорожного пути. Таким образом текущее положение головного локомотива, ведущего поезд, фиксируется в виде точки на графике пути.

Координатные системы на европейских и американских железных дорогах используют сигналы, которые получены из систем глобального позиционирования GPS и GALILEO. В России, кроме указанного варианта, можно использовать сигналы отечественной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС.

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. 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.

Рисунок 1.1 Интервальное регулирование движения поездов.

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

Интервальное регулирование движения пары грузовых поездов по перегону обеспечивается с использованием данных о межпоездном интервале, которые получаются на основе спутниковой координатной информации. Приемники навигационной системы ГЛОНАСС, размещенные на локомотивах обоих поездов, непрерывно рассчитывают текущие координаты. С поезда, следующего первым в пакете, эти данные передаются автоматически по каналу поездной радиосвязи на задний поезд. Координатные данные поступают в вычислитель, который рассчитывает межпоездной интервал. Значение интервала выводится на табло в кабине машиниста, используется для регулирования режима движения поезда.

Возникновение препятствия на пути следования переднего поезда вызывает снижение его скорости относительно графикового значения. Информация об этом автоматически передается на локомотив поезда, следующего сзади. Помимо данных о межпоездном интервале, непрерывно выдаваемых машинисту, генерируется звуковой сигнал о нештатном отклонении скорости. Это повышает бдительность машиниста, способствует повышению уровня безопасности. Кроме того, в этом случае создается условие для использования энергосберегающего приема ведения заднего поезда вследствие появления резерва времени хода.

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.

Проект системы интервального регулирования движения на участке Уссурийск-Хасан направлен на увеличение пропускной способности за счет организации движения пар грузовых поездов по участкам, оборудованным системой полуавтоматической блокировки. Система интервального регулирования основана на использовании точной информации о местоположении каждого поезда, получаемой в системе ГЛОНАСС. В системе решаются две задачи:

- обеспечение безопасного межпоездного интервала путем непрерывной передачи машинисту информации о расстоянии до хвоста переднего поезда, выбора оптимального скоростного режима движения;

- повышение уровня безопасности за счет непрерывного автоматического контроля целостности состава поезда с использованием сигнала «маяка», размещаемого на хвостовом вагоне.

1. Интервальное регулирование движения пары грузовых поездов по перегону обеспечивается с использованием данных о межпоездном интервале, которые получаются на основе спутниковой координатной информации. Приемники навигационной системы ГЛОНАСС, размещенные на локомотивах обоих поездов, непрерывно рассчитывают текущие координаты. С поезда, следующего первым в пакете, эти данные передаются автоматически по каналу поездной радиосвязи на задний поезд. Координатные данные поступают в вычислитель, который рассчитывает межпоездной интервал. Значение интервала выводится на табло в кабине машиниста, используется для регулирования режима движения поезда. Безопасность движения обеспечивается путем поддержания межпоездного расстояния, превышающего минимальный интервал не менее, чем в 3 раза. Для условий движения грузовых поездов по участку Уссурийск-Хасан этот интервал составляет 4,5 километра.

2. Возникновение препятствия на пути следования переднего поезда вызывает снижение его скорости относительно графикового значения. Информация об этом автоматически передается на локомотив поезда, следующего сзади. Помимо данных о межпоездном интервале, непрерывно выдаваемых машинисту, генерируется звуковой сигнал о нештатном отклонении скорости. Это повышает бдительность машиниста, способствует повышению уровня безопасности. Кроме того, в этом случае создается условие для использования энергосберегающего приема ведения заднего поезда вследствие появления резерва времени хода.

3. Исчезновение данных о межпоездном интервале, поступающих на локомотив последующего поезда, возникает при нарушениях хода информационных процессов. Данные пропадают при кратковременном отсутствии сигнала от спутниковой системы, а также при прерывании радиосвязи, в частности, при нахождении поезда в тоннеле.

В случае, когда приостанавливается поток данных, используется резервный вариант движения заднего поезда. Машинист обязан снизить скорость движения до значения, рекомендуемого инструкцией, связаться с дежурным по станции или с поездным диспетчером для выяснения обстановки. Полученная машинистом информация используется для принятия решения по выбору режима движения или остановки. Графиковый режим следования по сигналам ГЛОНАСС возобновляется по указанию диспетчера после восстановления штатного режима работы информационной системы.

В случае длительного периода, когда отсутствует спутниковая координатная информация, производится возврат к базовому варианту регулирования (в системе полуавтоматической блокировки). Тем самым исключаются перебои в движении потока поездов, нарушение требований безопасности.

4. В период использования технологии пакетного пропуска по участку, оснащенному полуавтоматической блокировкой, изменяется алгоритм работы станции по отправлению и приему грузовых поездов. В основу принятия решений кладется точная координатная информация, которая отображается в АРМ поездного диспетчера. Прием и отправление поездов осуществляются согласно распоряжениям дежурного по станции (диспетчера). На этапе апробации новой технологии не требуется вносить изменений в систему станционной автоматики.

5. Целенаправленное искажение и перехват координатных данных в канале поездной радиосвязи не возможны – благодаря алгоритму, разработанному в данном проекте. Принципиально исключается передача информации, которая в явном виде содержит текущие координаты поезда. В передаваемых сообщениях содержатся данные, которые актуализируются только при наличии секретного ключа.

По радиоканалу передается кодированная информация с открытым шифром. Закрытая часть шифра (секретный ключ) присутствует в бортовых вычислителях обоих локомотивов. Эта информация автоматически закладывается в бортовые устройства при отправлении с исходной станции. Закрытая часть носит уникальный характер для каждой пары поездов (для одной поездки), теряет актуальность после прохождения поездов по участку. Методика шифрования в данном проекте защищается как объект интеллектуальной собственности.

6. Контроль целостности состава в процессе движения по перегону осуществляется с помощью датчика-«маяка», размещаемого на хвостовом вагоне. Датчик монтируется на станции отправления поезда, демонтируется на конечной станции маршрута. Кодированный сигнал передается на приемное оборудование, размещенное на локомотиве, используется для генерирования тревожного сигнала пи нарушении целостности состава поезда. Передача сигнала осуществляется на частоте, не требующей лицензирования (выделенные участки диапазонов 400 или 800 МГц). Существуют два варианта работы системы: с непрерывным контролем координаты «хвоста» и с отсутствием контроля. Датчик имеет автономное питание, снабжен универсальным устройством крепления на грузовой вагон.

7. Предварительное обследование участка Уссурийск-Хасан показывает следующее. Система поездной радиосвязи на участке удовлетворяет требованиям по передаче координатной информации с локомотивов на станции. Трасса на всем протяжении участка полностью попадает в зону покрытия сигналами навигационной системы ГЛОНАСС. На большей части участка Уссурийск-Хасан отсутствуют электрическая тяга и производства, на которых имеются источники мощных электромагнитных помех. Дальность межпоездной радиосвязи превышает 14 километров на протяжении 95 процентов линии. Этого достаточно для решения задачи гарантированной передачи координатных данных между поездами.

В процессе реализации проекта решаются следующие задачи:

1. оборудование грузовых локомотивов бортовыми комплексами, включающими оборудование точного позиционирования, передачи данных по радиоканалу и контроля целостности состава;

2. организация передачи координатных данных в системе «ДЦУП – поездные локомотивы» с использованием поездной цифровой радиосвязи и ресурсов СПД;

3. разработка цифровой карты участка дороги Уссурийск-Хасан, используемой в бортовом вычислителе;

4. разработка варианта графика движения на участке Уссурийск-Хасан на период пропуска пакетов поездов;

5. разработка методики непрерывного контроля межпоездного интервала и целостности состава в период проведения опытных поездок, проводимого с привлечением дополнительного технического персонала;

6. разработка методики контроля легитимности интервальных данных, перехода к стандартной технологии пропуска поездов при прекращении поступления данных;

7. корректировка регламента работы дежурного персонала станций и поездного диспетчера в периоды пропуска пакетов грузовых поездов;

8. инструктирование локомотивных бригад по технологии пакетного движения на участке Уссурийск-Хасан;

9. проведение серии опытных поездок на участке Уссурийск-Хасан по пропуску пакетов грузовых поездов.

Измерения координат производились на железнодорожной трассе Барановский – Хасан (рис.1).

В ходе эксперимента было вычислено среднеквадратическое отклонение: СКО = 72 м.

Данная технология позволяет высчитать отклонение движения поездов от кратчайшего пути, что может предотвратить столкновение поездов.

Список использованных источников

Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации (ЦД-790).

Автоматические системы регулирования движения на железнодорожном транспорте, Л.А.Контратьева (ВНИИЖТ), 2003 г.

https://sibac.info/studconf/tech/xxxix/47334

ГОСТ Р 53953-2010: Электросвязь железнодорожная. Термины и определения, 2011г.

Методические указания по расчёту системы станционной радиосвязи /М.: Транспорт, 1991.

Код для цитирования: Скопировать