Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Управление процессами перевозок

Диссертационная работа:

Алабушев Иван Игоревич. Методическое обеспечение построения систем регулирования движения поездов с использованием радиоканала. : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.08 / Алабушев Иван Игоревич; [Место защиты: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения].- Москва, 2010.- 214 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 8

Глава 1. Методика построения систем регулирования движения поездов с

использованием радиоканала 14

  1. Анализ состояния безопасности движения на железнодорожном транспорте 14

  2. Разработка методики построения СРДП с использованием радиоканала 20

  3. Оценка эффективности методики построения СРДП с использованием радиоканала 32

  1. Постановка задачи 32

  2. Оценка надежности и безопасности систем регулирования движения поездов с одним каналом передачи информации 34

  1. Традиционные системы регулирования движения поездов 34

  2. Системы регулирования движения поездов на базе локального радиоканала < 39

  3. Оценка эффективности использования средств контроля и диагностики одноканальной системы регулирования двиэюения поездов 44

1.3.3. Оценка надежности и безопасности систем регулирования движения
поездов с дополнительными каналами передачи информации
47

1.3.3.1. Цвухканалъная система регулирования движения поездов ...\ 47

1.3.3.1.1 Оценка накопления скрытого отказа двухканалъной СРДП 52

1.3.3.2 Трехканалъная система регулирования движения поездов 54

1.4. Анализ зарубежного опыта применения дополнительных каналов
передачи данных 60

1.5. Выводы 64

Глава 2. Дополнительный канал передачи данных на основе локального радио
канала 65

  1. Введение 65

  2. Требования к локальному радиоканалу передачи данных 65

  3. Организация канала «станция-борт» на базе локального радиоканала... 68

  1. Введение 68

  2. Взаимодействие устройств СРДП по локальному радиоканалу. 69

  1. Постановка задачи 69

  2. Общий алгоритм взаимодействия устройств СРДП. 70

2.3.3. Определения достоверной информации в СРДП 71

2.3.3.1. Постановка задачи 71

2.3.3.2. Анализ распределения функций обработки данных и функций

безопасности 72

2.3.4. Организация работы устройств СРДП по локальному радиоканалу с
частотным и временным разделением
80

  1. Постановка задачи 80

  2. Алгоритм работы по локальному радиоканалу с временным разделением 80

  3. Алгоритм работы по локальному радиоканалу с частотным разделением 82

2.3.5. Алгоритм работы системы «станция-борт» по локальному
радиоканалу
83

  1. Постановка задачи 83

  2. Алгоритм регистрации бортовых устройств СРДП. 84

  3. Алгоритм работы устройств СРДП после регистрации 87

2.3.6. Методы защиты информации в локальном радиоканале 88

  1. Введение 88

  2. Определение методов защиты информации в локальном радиоканале... 88

2.4. Определение параметров протокола обмена данными по локальному
радиоканалу в системе регулирования движения поездов 92

  1. Постановка задачи 92

  2. Расчет параметров надежности 93

2.4.2.1. Определение количества повторов 94

2.4.3. Расчет параметров безопасности 96

2.4.4. Расчет показателей надежности и безопасности двухстороннего
обмена с использованием алгоритма передачи посылки по частям
98

2.5. Определение дальности действия локального радиоканала 100

  1. Постановка задачи 100

  2. Расчетуровня сигнала на входе радиостанции устройства СРДП 100

2.6. Сравнительный анализ применения радиооборудования различных
стандартов в устройствах системы регулирования движения поездов... 102

2.6.1. Общие положения 102

2.6.1.1 Характеристики локального радиоканала в диапазоне 160 МГц и 460

МГц: : юз

2.6.1.2 Электромагнитная совместимость средств локального радиоканала в
диапазоне 160 МГц
106

  1. Системы широкополосного беспроводного радиодоступа 107

  2. Спутниковые системы радионавигации и связи 107

  1. Аппаратура стандарта TETRA и GSM. 109

  2. Выводы по разделу 112

2.7 Выводы 113

Глава 3. Функциональные возможности СРДП с локальным радиоканалом 114

  1. Введение 114

  2. Системы регулирования движения поездов с локальным радиоканалом 114

3.2.1. Полуавтоматическая блокировка с локальным радиоканалом 1Г5

3.2.1.1 Оценка параметров безопасности 117

3.2.2. Комплекс технических средств принудительной остановки локомотива 120

3.2.3. Унифицированный вычислительный комплекс системы интервального
регулирования
123

3.2.3.1 Определение показателей безопасности 132

3.3. Выводы 135

Глава 4. Экономическая эффективность СРДП с локальным радиоканалом 136

  1. Введение 136

  2. Оценка экономической эффективности 139

  3. Выводы 142

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .- 143

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справки о результатах внедрения 155

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Протоколы взаимодействия СРДП, линейной
системы технологической радиосвязи ТЕТРА 460МГц и зоновых се
тей диапазона 160 МГц 163

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Описание систем АПС-РК, СКПС, оповещения 184

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Организация локального радиоканала 195

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Синхронный алгоритм работы «станция-борт» 204

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Недостатки использования радиостанции МОСТ

для передачи данных 211

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Протокол обмена КТС КУПОЛ на ст. Решетниково

Октябрьской ж.д. (16.04.07-25.06.07) 218

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Пример определения порядка работы станций в

режиме временного разделения 228

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Укрупненные блок-схемы программного

обеспечения 231

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Диаграммы рассчитанных параметров надежности

и безопасности алгоритма обмена ; 244

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ АБ - автоматическая блокировка; АИ - адресный интервал;

АЛС - автоматическая локомотивная сигнализация; АЛСН - автоматическая локомотивная сигнализация непрерывная; АЛС-ЕН - многозначная локомотивная сигнализация непрерывного типа с фазоразностной модуляцией; АПК - аппаратно-программный комплекс;

АПС-РК - автоматическая переездная сигнализация с радиоканалом; АРМ - автоматизированное рабочее место;

АРМ ДНЦ - автоматизированное рабочее место поездного диспетчера; БА - бортовая аппаратура; БС - базовая станция;

БИЛ - общее название блоков индикации локомотивных КЛУБ-У; БЧ - блочный код;

ГАЛС - горочная автоматическая локомотивная сигнализация; ДК - диспетчерский контроль; ДНЦ - поездной диспетчер; ДПС - датчики пути и скорости на локомотиве; ДСП - дежурный по станции; ДЦ - диспетчерская централизация;

ЕДЦУ - единый дорожный центр диспетчерского управления; КЖ - красно-желтый сигнал локомотивного светофора;

КЛУБ (-У) - комплексное локомотивное устройство безопасности (унифицированное);

КП - пункт контроля; КС - канал связи;

КСВ — коэффициент стоячей волны;

КТС КУПОЛ - комплекс технических средств принудительной остановки локомотива, включающий аппаратуру КЛУБ-У с функцией принудительной остановки локомотива и устройство комплексного принудительной остановки локомотива станционного;

КУПОЛ-С - устройство комплексное принудительной остановки локомотива станционное;

ЛРК - локальный радиоканал; МС - многоуровневая система;

МАЛС - маневровая автоматическая локомотивная сигнализация; МВПС - моторвагонный подвижной состав;

МККТТ - Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии);

МПЦ - микропроцессорная централизация; ОР - особо рекомендуется. ПО - программное обеспечение; ПАБ - полуавтоматическая блокировка; ПТЭ - правила технической эксплуатации; ПКМ — приставка к крану машиниста;

ПСН - радионавигационный приемник спутниковой системы навигации; Р - рекомендуется;

РПЦ - релейно-процессорная централизация; РЦ - релейная централизация;

СЖАТ - система железнодорожной автоматики и телемеханики; САУТ - система автоматического управления торможением; СИ - секундный интервал;

СИР - система интервального регулирования движения поездов; СКПС - система контроля подвижного состава; СМ - секундная метка; СНС - спутниковая навигационная система; СО - система оповещения; СП — система перегона; СПД - сеть передачи данных;

СРДП - система регулирования движения поездов; СС - система станции;

ССПС - специальный самоходный подвижной состав; СЦБ - сигнализация, централизация, блокировка; ТУ/ТС - телеуправление/телесигнализация;

ТСКБМ - телемеханическая система контроля бодрствования машиниста; ТПС - тяговый подвижной состав; ТРА - техническо-распорядительный акт станции; ТЭО - технико-экономическое обоснование; УКБМ — устройство контроля бдительности машиниста; УМС - устройства многоуровневой системы;

УСАВП - унифицированная система автоматического ведения поезда; УВК СИР - управляющий вычислительный комплекс;

УПБ - уровень полноты безопасности, характеризующий соответствие определенным требованиям безопасности (SIL=safety integrity level); ЭК - электронная карта;

ЭПК - электропневматический клапан тормозной системы на локомотиве; ЭЦ - электрическая централизация;

CCD (Cause-Consequence Diagrams), CCF (Common Cause Failure), ETA (Event Tree Analysis), FMEA/FMECA (Failure Mode and Effective Analysis); FTA (Fault Tree Analysis), HAZOP (Hazard and Operability), RBD (Reliability Block Diagram) - аналитические методы для доказательства безопасности; CRC (cyclic redundancy-check)- циклический избыточный код; ERTMS (European Rail Traffic Management System) - общеевропейская система управления движением; TMARK - импульс временной метки;

UTC — опорное время, обусловленное большим ансамблем атомных часов, распределенных по Земному шару.

Введение к работе:

з Актуальность темы диссертации. Повышение надежности и безопасности перевозочного процесса является актуальной задачей научно-технического развития железнодорожного транспорта («Белая книга», ОАО «РЖД»). При этом опыт эксплуатации систем регулирования движения поездов (СРДП), построенных на основе типовых решений, показал, что они не в полной мере удовлетворяют возросшим требованиям по показателям надежности, безопасности и оперативности перевозочного процесса. Это связано с тем, что методы построения СРДП с использованием только традиционных каналов связи (проводных, индуктивно-рельсовых, оптических, аналоговой радиосвязи) приводят с одной стороны к неоправданным затратам в силу невозможности существенного повышения надежности перевозочного процесса, а с другой - к увеличению сроков окупаемости при построении на этой основе сложных технических комплексов. Например, внедряемая на сети дорог многоуровневая система управления и обеспечения безопасности движения поездов (МС), предусматривает в перспективе использование цифровых систем технологической радиосвязи (ЦСТР), что обеспечит высокую эффективность работы железнодорожного транспорта. Однако практическая реализация в полном объеме МС на отдельных участках железных дорог может составлять достаточно длительный срок (от 5 до 15 лет). В то же время сегодня востребованы оперативные решения, способные в кратчайшие сроки повысить надежность перевозочного процесса в части решения отдельно выделенных задач («Концепция повышения безопасности движения на основе применения на железных дорогах многофункциональных комплексных СРДП», утвержденная президентом ОАО «РЖД» В.И. Якуниным в 2006 г.).

Решение данной задачи требует использования методов построения систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (СЖАТ) на основе теории безопасности и теории надежности. Значительные достижения в данной области на железнодорожном транспорте (Адомит С, Баранов Л.А., Беляков И.В., Бес-темьянов П.Ф., Кравцов Ю.А., Лисенков В.М., Никифоров Б.Д., Сапожников В.В., Сапожников Вл. В., Христов Х.А., Шалягин Д.В., Шаманов В.И., Швир В. и другие ученые) обеспечивают объективные условия для совершенствования систем автоматики и телемеханики. Однако специфика разработки и модернизации СРДП, требует уточнения общих методов построения СЖАТ. В связи с этим це-

4 лесообразно рассмотреть результаты, полученные в работах Розенберга Е.Н., Шубинского И.Б. Так, используя разработанные этими учеными аналитические методы и алгоритмы расчета, прогнозирования и доказательства функциональной безопасности сложных многоканальных и многоуровневых систем, возможно выполнить детализированный анализ построения СРДП с использованием локального радиоканала в качестве дополнения к существующей инфраструктуре. Такое решение, ориентированное на автоматизацию ограниченного набора функций управления, способно в сжатые сроки обеспечить повышение надежности перевозочного процесса за счет сокращения количества отказов в СРДП и снижения влияния «человеческого фактора» на безопасность движения в наиболее сложных технологических ситуациях. Таким образом, задачи, решению которых посвящена диссертационная работа, являются актуальными с точки зрения повышения уровня безопасности и надежности технических средств регулирования движения поездов.

Объектом исследования являются системы, предназначенные для регулирования движения поездов, а предметом - методы и способы повышения функциональной безопасности и надежности СРДП.

Автором определена проблемная ситуация, сущность которой состоит в противоречии между практической необходимостью оперативных решений, обеспечивающих повышение уровня безопасности и надежности СРДП, и отсутствием достаточно эффективных методик построения СРДП, адекватно учитывающих существующую инфраструктуру, в частности экономически эффективных для линий с малой интенсивностью движения поездов.

С учетом результатов анализа состояния решаемой научной проблемы целью диссертации является повышение безопасности существующих СРДП путем введения с помощью локального радиоканала дополнительных функций безопасности.

Для достижения поставленной цели необходимо провести исследования по следующим направлениям:

определение проблемных вопросов надежности систем управления перевозочного процесса, оказывающих наибольшее влияние на безопасность движения;

разработка методики построения СРДП с использованием локального радиоканала;

разработка комплекса аналитических моделей прогнозирования надежности и безопасности СРДП с использованием локального радиоканала;

разработка комплекса процедур по организации радиоканала с искусственно ограниченной зоной действия, обеспечивающих требуемые эксплуатационные показатели СРДП;

разработка дополнительных функций безопасности, комплекса технических и программных решений их реализующих;

практическая проверка технологических, алгоритмических, технических и программных решений по внедрению дополнительных функций безопасности.

Исходя из сформулированных противоречий и цели исследований решаемая в диссертационной работе научная задача может быть определена как задача разработки научно-обоснованной методики построения СРДП с использованием локального радиоканала как основы для оперативных решений повышения функциональной безопасности и надежности СРДП за счет автоматизации и дублирования ограниченного набора функций управления подвижными единицами.

Методы исследования. В работе выполнен системный анализ существующей проблемной ситуации, определены цели, исследованы и предложены пути их достижения. Для решения поставленных задач в работе использовались элементы теории вероятности и массового обслуживания, теории надежности и функциональной безопасности, теории алгоритмов, имитационного моделирования и методы технико-экономического анализа сложных систем.

Научная новизна и теоретическая значимость диссертации состоит в следующем:

разработана методика построения безопасных СРДП с использованием локального радиоканала, отличающаяся от известных тем, что обеспечивает улучшение эксплуатационных показателей СРДП, в рамках существующей инфраструктуры, за счет автоматизации ограниченного набора функций.

обоснована целесообразность и возможность введения дополнительных функций безопасности в тракте дежурный по станции - машинист за счет использования ограниченного по зоне действия радиоканала, позволяющих оперативно и экономично решать вопросы повышения безопасности.

определены параметры протокола обмена информацией, обеспечивающие необходимые показатели надежности и безопасности двустороннего обмена данными по радиоканалу с ограниченной зоной действия.

Практическая ценность диссертации состоит в доведении результатов научных исследований до конкретных инженерно-технических решений СРДП, обеспечивающих повышение уровня надежности и безопасности перевозочного процесса, а именно технических решений, алгоритмов функционирования, программного обеспечение для комплекса технических средств принудительной остановки локомотива (КУПОЛ), унифицированного вычислительного комплекса системы интервального регулирования (УВК СИР), системы информирования работающих бригад о приближении поезда (СО).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждена математическими доказательствами и обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, а также результатами внедрения разработанной научной методики. Корректность полученных теоретических результатов подтверждена экспериментальными исследованиями с использованием аппаратно-программных комплексов.

Реализация результатов работы. Результаты исследований, полученные в диссертации, были использованы при разработке «Концепции систем оповещения работающих бригад о приближении поезда», утвержденной Старшим Вице-президентом ОАО «РЖД» В.А. Гапановичем 18.08.09, и нашли применение в следующих устройствах и системах регулирования движения поездов: КУПОЛ (серийное внедрение); система контроля подвижного состава СКПС (серийное внедрение); модуль радиоканала комплексного локомотивного устройства безопасности КЛУБ-У (серийное внедрение); УВК СИР (постоянная эксплуатация); полуавтоматическая блокировка с использованием радиоканала ПАБ-РК (опытная эксплуатация); автоматическая переездная сигнализация с радиоканалом АПС-РК (опытный образец); СО (опытный образец).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс центра обучения ОАО «НИИАС» при переподготовке персонала железных дорог в области повышения безопасности движения поездов на базе современных информационных технологий.

7 Результаты, выносимые на защиту:

методика построения функционально безопасных СРДП с использованием радиоканала ограниченного по зоне действия;

комплекс аналитических моделей прогнозирования надежности и безопасности СРДП с использованием радиоканала ограниченного по зоне действия;

комплекс процедур по организации радиоканала с искусственно ограниченной зоной действия для СРДП;

комплекс технических и программных решений, реализующий дополнительные функции безопасности.

Апробация результатов. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Спутниковые технологии и системы цифровой связи на службе железных дорог» (Москва, 2007), Международной специализированной выставке «Электротехническое оборудование и энергосберегающие технологии в электроэнергетике» ЭлектроТехноЭкспо (Москва, 2007), ежегодной конференции молодых ученых и аспирантов ВНИИЖТ (Москва, 2007), на заседаниях кафедры «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» РГОТУПС (РО-АТ-МИИТ) и заседаниях ученого Совета ВНИИАС МПС России (ОАО «НИИ-АС») 2005-2009 г.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 15 печатных работах, из которых 8 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК. По теме диссертации получены свидетельство о регистрации программы для бортового устройства системы КУПОЛ, патент на способ определения свободности железнодорожного перегона от подвижного состава на основе счетчиков осей с использованием радиоканала и патент на устройство микропроцессорной автоблокировки с использованием радиоканала.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 10 приложений, списка литературы, включающего 122 наименования, и содержит 154 страницы основного текста, 54 рисунка и 27 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net