Admin

Ситуационные системы управления движением

В.С. Воронин, директор направления ОАО «НИИАС»

Создание гибкой высокотехнологичной и современной транспортной сети, учитывающей возможность стыковки различных видов транспорта и обеспечивающей надежное, быстрое и эффективное продвижение пассажиров и грузов, является наиболее перспективным решением с точки зрения социально-экономического эффекта. Об этом свидетельствует и мировой опыт.

Введенная в эксплуатацию в 2007 г. высокоскоростная железнодорожная линия Париж - Франкфурт-на-Майне с отдельной веткой на Штутгарт, соединившая крупные города Франции и Германии, создала наиболее благоприятные условия для перемещения населения к местам работы и проживания. При этом в единых транспортных узлах-хабах увязаны сети железнодорожного, авиационного и автомобильного транспорта. Однако до пуска магистрали была проделана большая работа по согласованию действий железных дорог обеих стран, их нормы и правила приведены в соответствие европейским директивам по высокоскоростному движению, решены технические и технологические вопросы эксплуатации транспортной инфраструктуры и поездов.

Современные транспортные системы требуют, помимо четкого выполнения графика движения, точного прогнозирования перемещения потоков пассажиров и грузов, своевременной и полной информации о сбоях и возможных заменах транспортных средств в случае необходимости. Это относится и к транспортно-логистическим системам, создаваемым на основе телекоммуникационных и информационно-вычислительных сетей.

Высокоскоростная пассажирская магистраль (ВСМ) Санкт-Петербург - Москва, проект которой реализуется в настоящее время, должна положить начало созданию сети высокоскоростного движения в России. Ее строительство позволит вместе с увеличением безопасности движения повысить мобильность населения и качество транспортного обслуживания пассажиров. Даст положительный экологический эффект благодаря значительному сокращению выбросов вредных веществ в окружающую среду. Усилит энергетическое и телекоммуникационное обеспечение прилегающих к трассе ВСМ территорий за счет использования новейших технологий в процессе строительства и эксплуатации магистрали. Ускорит техническую и технологическую модернизацию железных дорог и всей транспортной системы в целом.

Для ВСМ должны быть разработаны и реализованы совершенно новые системы управления движением высокоскоростных поездов, увязанные с действующими системами автоматизированного управления и информационными сетями. При этом система управления движением должна отвечать всем требованиям нормативных документов для железных дорог общего пользования и директивных материалов по высокоскоростному движению Европейского сообщества.
Согласно предварительным проработкам для ВСМ Санкт-Петербург - Москва предполагается построение единой интегрированной системы управления. Ее главной составляющей является система управления движением поездов (СУДП), предназначенная для централизованного автоматического и автоматизированного управления.

Структурно СУДП включает в себя диспетчерский центр, станционные и перегонные посты и бортовую поездную систему. Управление движением поездов на перегонах осуществляется посредством двухпутной двухсторонней системы интервального регулирования без проходных светофоров с рельсовыми цепями тональной частоты без изолирующих стыков. В качестве основного средства сигнализации используется многозначная АЛСН непрерывного действия.

Для предоставления телекоммуникационных услуг технологическим и коммерческим абонентам предусматривается интегральная цифровая сеть связи (ISDN). Первичная сеть связи организуется по двум волоконно-оптическим кабелям, проходящим по разным трассам.

Сеть радиосвязи, предназначенная для передачи речи и сигналов контроля и управления, а также в перспективе для передачи широкополосных сигналов, строится на основе стандарта GSM-R.

С развитием СУДП на российских железных дорогах появились проблемы в работе поездных диспетчеров, вызываемые человеческим фактором. Особенно это проявляется на участках с большой грузонапряженностью, когда диспетчеру приходится наблюдать за большим количеством перемещаемых объектов и оперативно принимать множество ответственных решений, влияющих в конечном итоге на график исполненного движения. С аналогичными проблемами сталкиваются работники локомотивных бригад.

С учетом изложенного рассмотрим возможности применения интеллектуальных ситуационных систем автоматизированного управления движением на железнодорожном транспорте и построения информационной среды для их функционирования.

Само понятие «ситуационное управление» известно давно. Этот принцип был использован при создании Центра ситуационного управления МПС в начале века. Несмотря на то что центр не получил должного развития и применения, некоторые его элементы работают весьма успешно.

Для диспетчерского центра управления высокоскоростным движением необходимо построение интеллектуальных систем управления. Они позволят получать постоянно меняющиеся данные о подвижных объектах, обеспечат полный линейный контроль трафика, погодных условий и природных аномалий, состояния сенсоров и приборов слежения в режиме реального времени. В этом случае принятие диспетчерами ответственных решений будет не таким затруднительным, как при обычной диспетчеризации, когда выбор команды субъективен. Это подтверждается мнением диспетчеров, работающих с аналогичными интеллектуальными системами в транспортной среде США и Европы.

Первые интеллектуальные системы управления движением (ITS) появились на скоростных автомагистралях США. Их применение было вызвано необходимостью слежения за большим числом автомобилей на трассах не только с целью повышения безопасности, защиты и эффективности управления трафиком, но и для проведения бесконтактных расчетов на платных дорогах.

Сеть телевизионных камер и специальных сенсоров (датчиков) вдоль автодорог дает возможность интеллектуальной системе определять параметры подвижной единицы, идентифицировать ее через базу данных, определять скорость и тариф оплаты проезда по участку, устанавливать место автомобильной пробки. На основании полученных данных система предлагает диспетчеру варианты решения проблемы: перейти на другой режим переключения светофоров, изменить ширину полосы движения за счет перемещения разделительного барьера и др. Специальные службы (пожарные, служба спасения, полиция и др.) также используют системы ITS, начали они внедряться и на железных дорогах.

Сети цифровых каналов обеспечивают передачу информации на поезда, данных - в центры управления и др. Быстрое развитие цифровых технических средств связи и хранения информации дает практически неограниченные возможности для эволюции интеллектуальных систем.

Кроме обычных кабельных и волоконно-оптических линий связи для передачи информации, широко используются радиосети. В США для железных дорог выделено 182 частоты в диапазоне УКВ (160 МГц) и 6 пар частот в диапазоне уВч (900 МГц).

Для точной работы интеллектуальной системы управления движением важное значение имеет позиционирование транспортных единиц. В связи с этим развитию глобальных систем позиционирования GPS, ГЛОНАСС, ГАЛИЛЕО сегодня уделяется повышенное внимание в России и в мире.

Таким образом, при построении интеллектуальных систем управления следует максимально учитывать последние мировые достижения в области инфокоммуникационных технологий.

Примером современного подхода к созданию управляющих систем нового поколения может быть испанская система DaVinci, в которой использованы последние достижения в области инфокоммуникационных технологий. Она построена по принципу сетевой телекоммуникационной структуры. Вместе с тем в ней учтены структурные решения Европейской системы управления железнодорожным подвижным составом (ERTMS), которая предполагает наличие евробализов (Eurobalise) с передачей информации по

радиоканалам выделенной радиосети GSM-R, увязанной с радиосетью общего пользования GSM.

Инфокоммуникационная транспортная сеть системы DaVinci соединяет между собой объекты наблюдения, а также места сбора и обработки информации. Поступившая информация анализируется и сравнивается со штатной ситуацией. При их отклонении от нормы или в аварийном случае к диспетчеру или оператору поступает соответствующее извещение и возможные варианты решения возникшей проблемы.

Особое значение в интеллектуальной системе управления движением придается ее повышенной точности. Система строится на основе комбинации командных, управляющих и информационных систем, а также систем связи для безопасного управления транспортом с защитой информации, точным выполнением графика движения и эффективным использованием подвижного состава.

Она должна содержать цифровые каналы передачи информации, системы точного и непрерывного позиционирования, бортовые компьютеры с цифровыми картами маршрутов, интерфейсы автоматики и механизмов путевой инфраструктуры, системы хранения и обработки информации, автоматизированные рабочие места в центре управления движением.

Кроме того, она должна быть связана с тактическими и стратегическими системами планирования перевозки грузов, сообщений и заказа транспортных услуг, информации о состоянии локомотивов и поездных бригад. Такие системы успешно испытаны в начале 90-х гг. в США и Европе и сейчас активно внедряются на железных дорогах мира.

Как уже отмечалось, деятельность поездных диспетчеров и операторов связана с постоянным напряжением внимания. Их рабочие места оснащены несколькими дисплеями, отражающими ситуацию на разных участках наблюдения (эргономически оправдано наличие на одном рабочем месте не более семи дисплеев).

Чтобы снизить их утомляемость, визуальное отражение штатной ситуации на рабочем месте должно быть спокойным, не привлекающим особого внимания, а индикация нештатных ситуаций вызывать сильное раздражение у оператора и приводить к немедленной реакции. При условии восприятия человеком только выделенной информации нештатной ситуации при прочей, не требующей внимания, работоспособность и скорость принятия решений значительно повышается, резко снижается накопленная за рабочую смену усталость.

На этом принципе строятся практически все диспетчерские центры на железных дорогах Европы. Это позволяет снизить нагрузку на телекоммуникационные и информационные сети, поскольку практически не требуется передача статической информации, связанной со штатной ситуацией, а нужна только обработка и передача отклонений от заданного плана или графика. Таким образом создается возможность увеличения эффективности работы всей системы, включая участвующего в ней человека.

Итак, принципиально работа ситуационного автоматизированного диспетчерского центра должна базироваться на действующей сегодня на российских железных дорогах СУДП с применением элементов ERTMS, что позволит без особых проблем внедрять новейшие технические средства и технологии в интеллектуальной системе управления высокоскоростным движением поездов.

Проблемным вопросом остается передача ответственных команд по радиоканалу, из-за того что его трудно защитить от внешних воздействий, помех, искажений, влияния солнечной активности и др. В связи с этим рассматривается возможность использования радиоканалов с шумоподобными сигналами, широкополосных и наименее подверженных внешним воздействиям. При этом создание сети радиосвязи на базе стандарта GSM-R, специально разработанного для железных дорог, вполне оправдано, поскольку он абсолютно увязан с действующей публичной сетью стандарта GSM и в аварийных ситуациях может дублироваться ею. Развитие этого стандарта на европейских железных дорогах уже сегодня привело к качественным изменениям в решении проблемы защищенности и точности передаваемых и принимаемых команд.

Вместе с тем, решение управленческих задач должно происходить точно, качественно и независимо от тех или иных характеристик среды передачи. Это возможно не только путем кодирования и восстановления утраченной при передаче информации, но в основном за счет точного прогнозирования ситуации на основе обработки текущей информации и суммирования моделей отдельных эпизодов конкретного сценария на базе практической статистики.


Такой подход вполне реален, ведь на железных дорогах накопилось достаточно статистических баз данных для использования в качестве основы ситуационных моделей. Безусловно, потребуется их специфическая обработка, однако специалисты информационно-вычислительных центров имеют в этом определенный опыт.

Взаимодействие описанных выше систем и инициатив в интеллектуальной железнодорожной системе учитывается при разработке ее архитектуры. На рисунке показана схема высокоуровневых связей основных элементов интеллектуальной железнодорожной системы. Она дает представление о ключевых элементах и внутренних интерфейсах системы. Это первый шаг на пути создания активной ситуационной системы управления на железной дороге. Большая часть схемы уже реально существует и работает, но требуется ее дальнейшее развитие.

В заключение хочу подчеркнуть, что интеллектуальные железнодорожные системы должны строиться с учетом оптимального соотношения между всеми преимуществами системы и полными затратами на ее реализацию, а не только соотношения между подсистемами и затратами на них. Причем, если интеллектуальные железнодорожные системы будут реализованы как независимые, их преимущества будут крайне ограничены. Только интеграция с транспортной сетью страны может дать значительный эффект, в том числе в деле создания транспортной логистики.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin