Admin

Интеллектуальные транспортные системы: перспективы развития

В конце минувшего года в стенах одного из старейших транспортных вузов страны — Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) — прошла IV Научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте. Компьютерное и математическое моделирование». Организаторами конференции выступили Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», Международная ассоциация по математическому и компьютерному моделированию, МИИТ, Московский физико-технический институт (государственный университет), Ростовский государственный университет путей сообщения, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова, а также Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук.


В работе конференции приняли участие представители многих научно-исследовательских институтов и учебных заведений страны, проектно-конструкторских бюро и предприятий отрасли, зарубежные гости. В докладах участников были представлены новые методы, алгоритмы и конкретные разработки в области управления и автоматизации производственных процессов на железных дорогах. Во время пленарного и секционных заседаний обсуждалась возможность их интеграции в рамках создаваемой единой интеллектуальной системы управления на железнодорожном транспорте, были затронуты вопросы импортозамещения программнотехнических средств для систем управления и обеспечения безопасности движения поездов. Предлагаем вниманию читателей обзорную статью, подготовленную на основе выступлений участников конференции и представленных докладов.

Специалисты ОАО «Российские железные дороги» обладают большим опытом в области разработки и внедрения информационных и телекоммуникационных технологий. Сегодня новейшие достижения позволяют реализовать накопленный потенциал и перейти к информационно-управляющей системе производственными процессами Компании. В «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года» подчеркивается, что разработка интеллектуальных транспортных систем является одним из направлений «формирования единого транспортного пространства России на базе сбалансированного развития эффективной транспортной инфраструктуры». Руководство ОАО «РЖД» приняло решение о создании в отрасли «Единой интеллектуальной системы управления и автоматизации производственных процессов на железнодорожном транспорте» — ИСУЖТ.
В качестве первоочередных направлений создатели системы выбрали интеллектуализацию управления подвижным (включая тяговый) составом, станционную работу, обеспечение безопасности движения и управление инфраструктурой. Базовые элементы технологической платформы ИСУЖТ были определены как набор технологических модулей, позволяющих реализовать:
работу в реальном масштабе времени;

создание единого координатно-временного и информационного пространства на сети железных дорог ОАО «РЖД»;
пространственную и временную синхронизацию всех реализуемых в Компании бизнес-процессов;
полную ситуационную осведомленность диспетчерского аппарата;
объединение информации, технологических процессов и алгоритмов поддержки принятия решений в составе комплексных автоматизированных рабочих мест;
реализацию объектно-ориентированных моделей и эффективных алгоритмов поддержки принятия решений;
тесную интеграцию с действующими информационными системами и источниками данных.
В качестве базовых элементов в 2012 — 2015 гг. для построения технологической платформы ИСУЖТ было выбрано и реализовано следующее.
Средства формирования единого координатно-временного и информационно-коммуникационного пространства на основе использования глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS с функциональными дополнениями. Физически это осуществляется путем развертывания вдоль железнодорожных направлений высокоточных координатных систем (ВКС), обеспечивающих точность определения местоположения объектов инфраструктуры порядка 2... 5 см в режиме реального времени и первые миллиметры в режиме постобработки.
Кроме того, реализуется сервис по предоставлению точного единого времени, передаваемого со спутников системы ГЛОНАСС, для целей синхронизации работы всех устройств автоматики и телемеханики. Для обеспечения информационно-коммуникационного взаимодействия используются современные технологии цифровой подвижной связи с использованием средств обеспечения информационной безопасности.

Средства формирования единой цифровой геоподосновы в виде комплекса геоинформационных технологий. Они позволяют собирать, обрабатывать и хранить пространственные данные об объектах железнодорожной инфраструктуры; выстраивать многослойную структуру тематических слоев электронных карт с отображением графа сети железных дорог, а также цифровых моделей пути на перегонах и путевом развитии станций; создавать и вести базы пространственных данных, увязанных в едином координатном пространстве.
В состав ВКС входят: сеть наземных спутниковых базовых станций дифференциальной коррекции спутниковых измерений, опорные геодезические сети, аппаратно-программные комплексы сбора, обработки и передачи данных.
Поскольку объекты железнодорожного транспорта всегда идентифицируются своим географическим местоположением и пространственными отношениями, то указанные базовые элементы технологической платформы являются важнейшим единым поставщиком данных практически для всех функциональных приложений поддержки процессов управления как объектами подвижного состава, так и инфраструктурного комплекса Компании.
Системная интеграция указанных базовых элементов технологической платформы ИСУЖТ в виде комплекса аппаратно-программных и информационно-коммуникационных средств, информационных ресурсов и математических моделей позволяет приступить к разработке и внедрению элементов интеллектуализации в задачах управления инфраструктурой, обеспечения безопасности и управления подвижным составом, управления станционной работой.
Средства технологической платформы в области управления инфраструктурой. Они позволяют осуществить отображение и однозначную привязку к ВКС любых объектов инфраструктуры с указанием их проектных, паспортных и текущих параметров на всех стадиях жизненного цикла, включая проведение инженерных изысканий, проектирование, строительство, техническое содержание и ремонт.
Обеспечивается формирование взаимоувязанных в едином координатном пространстве цифровых моделей пути на перегонах и путевом развитии станций, а также ЗО-моделей путевого развития и инженерных сооружений, включая объекты путевого хозяйства, системы электроснабжения, железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.
Все полученные пространственные сведения об объектах инфраструктуры с координатной привязкой к единой ВКС вносятся в цифровые базы создаваемой в настоящее время в ОАО «РЖД» комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта. Сравнение натурного положения с исходными проектными параметрами позволяет реализовать управление путевыми машинами при постановке пути в проектное положение.

С использованием современных средств мониторинга состояния железнодорожного пути, включая путеобследовательские комплексы, диагностические лаборатории и другие технические средства, осуществляется периодическое обновление фактических данных о натурном состоянии объектов железнодорожной инфраструктуры, создавая основу для принятия управленческих решений о проведении ремонтов по фактическому состоянию.
Средства в области обеспечения безопасности и управления движением подвижного состава. Как часть технологической платформы они позволяют:
контролировать местоположение и параметры движения любых объектов подвижного состава на сети дорог с их автоматической идентификацией на основе применения спутниковых технологий ГЛОНАСС/GPS, наземных комплексов на основе RFID-технологий, средств цифровой связи со стандартизованными технологиями идентификации, навигации и позиционирования, телематического мониторинга и видеонаблюдения транспортных средств и грузов;
собирать объективную информацию о текущем состоянии транспортной сети железных дорог и объектах подвижного состава в реальном масштабе времени в едином координатно-временном и информационном пространстве с минимизацией влияния человеческого фактора;
обрабатывать полученную информацию с целью принятия решений по управлению движением железнодорожного транспорта с учетом требований по организации путевого процесса, безопасности движения, содержания и технического обслуживания путевой инфраструктуры;
реализовывать эффективные алгоритмы поддержки принятия решений на основе математического моделирования соответствующих технологических процессов перевозок и складывающихся ситуаций;
передавать управляющие сообщения пользователям транспортной сети с использованием эффективных средств подвижной цифровой технологической связи.
Наличие предоставляемых технологической платформой возможностей создало условия для перехода к целевым разработкам по интеллектуализации конкретных приложений в следующих прикладных задачах.
Создание нового поколения бортовых устройств безопасности для «интеллектуального поезда» со встроенной системой автоведения и самодиагностики. Имеется в виду создание бортового устройства с мощной вычислительной платформой, средствами надежного автоматического определения текущего местоположения на основе комплексирования данных спутниковых навигационно-связных устройств, инерциального навигационного модуля, средств идентификации с помощью наземных радиочастотных RFID-меток и наземных считывающих устройств, средств диагностики состояния бортовых систем и механизмов.

В результате работ по данному направлению для скоростных поездов «Сапсан», в частности, были разработаны комплексные навигационно-связные устройства, в которых аппаратура спутниковой навигации была интегрирована с инерциальной навигационной системой (ГНСС+ИНС), что позволяет избежать потери навигационного решения в любом месте железнодорожного пути и одновременно контролировать динамические параметры движения поезда.
Базовые системно-технические решения по интеллектуализации управления поездами были воплощены в системе управления железнодорожными перевозками «Сочи-2014» в период Олимпийских игр, где доказали свою эффективность. Дальнейшее развитие схема интеллектуального управления получит при реализации проекта управления движением поездов на Малом кольце Московской дороги.
Приоритетным направлением внедрения базовых элементов технологической платформы в настоящий период явилось управление станционной работой и обеспечение безопасности движения маневровых локомотивов в составе Комплексной инновационной системы автоматизации станционных процессов, ведения графика исполненной работы с применением динамической модели на основе спутниковой навигации и других средств автоматического съема данных (ИТАУР) и дальнейшего развития системы маневровой автоматической локомотивной сигнализации.
Ключевыми задачами, которые решали в этих проектах, были построение локальной ВКС, создание высокоточной цифровой модели путевого развития станции и высокоточное (со среднеквадратическим отклонением не хуже 0,5 м) позиционирование на ней маневровых локомотивов, передача данных с борта средствами POPC/GSM в центр мониторинга дислокации маневровых локомотивов, планирования и управления маневровыми перемещениями их на станции.

Эта работа ведется с точностью до маршрутов по стрелочным переводам. При этом разрешается большое число конфликтов, поскольку все планируемые объекты — поезда, вагоны, локомотивы — позиционируются в единой высокоточной координатной системе и привязаны к единой цифровой модели путевого развития станции.
Примером эффективности применения разработанных технологических решений стала интеллектуализация диспетчерских систем управления пассажирскими перевозками и интервального регулирования движения поездов в рамках организации непрерывного технологического процесса перевозки грузов.
Перечисленные системы являются человеко-машинными и ориентированы на обеспечение бесперебойного и безопасного движения поездов при заданной пропускной способности участков диспетчерского управления. Поэтому они требуют постоянного контроля местонахождения каждого поезда в едином координатном пространстве в процессе выполнения графика и полной ситуационной осведомленности в части отображения дислокации подвижного состава на единой электронной картографической основе.
В комплексе задач по созданию интеллектуальной системы диспетчерского управления основное вниманию в настоящее время уделяется разработке таких функциональных приложений, как:
своевременное выявление нештатных ситуаций и поддержка принятия решений по их преодолению;
выявление и предупреждение отклонений от хода технологических процессов;
реализация интеллектуального планировщика ввода поездов в график с целью повышения показателей выполнения расписания пассажирских, пригородных и грузовых поездов;
снижение влияния человеческого фактора на качество предоставляемых диспетчерских услуг.
При создании интеллектуальной системы интервального регулирования движением поездов («без светофоров») основное внимание было уделено возможности минимизации напольного оборудования посредством применения средств спутникового позиционирования и радиоканала обмена цифровой и речевой информацией между локомотивом или штабным вагоном пассажирского поезда и диспетчерским или ситуационным центром.

Переход на систему интервального регулирования с подвижными блок-участками позволяет снизить величину межпоездного интервала на 15 — 20 % по сравнению с автоблокировкой с фиксированной длиной блок-участков. Дополнительно становится возможным сблизить поезда на минимально возможное по условиям безопасности движения расстояние путем плавного снижения значения допустимой скорости посредством построения в бортовом устройстве безопасности соответствующей программной кривой торможения, что очень важно для увеличения резервов регулирования времени хода поезда по перегону при сбоях в движении.
Важным шагом в развитии базовых функциональных приложений технологической платформы стала апробация их в первом прототипе комплексной системы с элементами интеллектуального управления на полигоне Москва — Санкт-Петербург — Бусловская Октябрьской дороги. Именно здесь была развернута в полном объеме первая высокоточная координатная система на основе ГЛОНАСС/GPS с наземной сетью из 34-х базовых станций. Испытания проводились в условиях смешанного движения с наличием скоростных, обычных пассажирских, пригородных и грузовых поездов.
На базе специализированного центра диспетчерского управления был введен в эксплуатацию центральный управляющий комплекс «Интеллект». Реализована схема принятия решения на основе объектно-ориентированной модели. Пилотный проект на полигоне Мариинск — Находка поможет улучшить показатели участковой скорости, пробега локомотива и качества оперативного управления тяговыми ресурсами на основе сети взаимодействующих адаптивных планировщиков.
Стоит отметить, что в модуле текущего пообъектного планирования и диспетчерского регулирования тяговыми ресурсами реализуются следующие функции: автоматизированная разработка плана приема/отправления поездов (с указанием номера и индекса поезда, времени отправления прикреплённых локомотива и бригады), автоматизированная разработка плана приема/отправления локомотивов резервом (с указанием номера локомотива, времени отправления, прикреплённой бригады), плана отправления бригад пассажирами (с указанием табельного номера бригады, номера поезда).

В рамках ИСУЖТ запланировано создание полнофункциональных рабочих мест (АРМ). Для этого предстоит определить полный перечень функций, выполняемых каждым пользователем системы, описанный в единой процессной модели. АРМы включают типовые сцены технологических операций для каждого специалиста, работающего в системе, что ускоряет их разработку. Полнофункциональные АРМы позволят диспетчерам выполнять весь перечень должностных обязанностей, включая передачу сообщений и приказов, в рамках одной системы. Наряду с этим, АРМы будут предоставлять прогноз развития ситуации и комплекс регулировочных решений для возврата к плановым показателям.
С одной стороны, система будет разумно децентрализована, а участники перевозочного процесса — максимально обеспечены ситуационной информацией. А с другой — платформа будет не только «вести» производственный процесс, но и своевременно формировать регулировочные решения, вынося их на рассмотрение диспетчерского персонала.
Заслуживают внимания перспективы развития технологической платформы ИСУЖТ на полигонах Октябрьской дороги: интеграция с системами диспетчерской централизации для автоматической установки маршрутов и с автоведением — для управления тягой. Дальнейшее тиражирование описанного решения на сеть железных дорог будет основой для перевода движения всех типов поездов по расписанию.
Важным фактором интенсификации этих работ в структуре ОАО «РЖД» может стать активизация взаимодействия с комплексом мероприятий по созданию Интеллектуальной транспортной системы России, проводимом под эгидой Минтранса России и Комитета по транспорту Государственной Думы Федерального Собрания РФ.
Отработка прикладных решений на основе системной интеграции базовых элементов технологической платформы ИСУЖТ и работ в рамках создания интеллектуальной транспортной сети транспортного комплекса России позволит уже в ближайшие годы выйти на качественно новый уровень создания систем с высокой надежностью и эффективностью функционирования, обеспечить приведение уровня качества транспортных услуг и безопасности перевозок в соответствие с требованиями населения и экономики, а также лучшими мировыми стандартами.

Обзор материалов конференции подготовил
Н.А. СЕРГЕЕВ,
спец. корр. журнала

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com