Введение к работе
Актуальность проблемы. В мировой практике с целью сокращения
капитальных вложений в инфраструктуру высокоскоростное движение (ВСД)
нередко организуется на действующих линиях совместно с поездами других
категорий. При этом скорости движения высокоскоростных поездов (ВСП), как
правило, не превышают 250 км/час. Такой подход в ряде случаев требует
обновления инфраструктуры, прежде всего устройств и систем
железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), разрабатывавшихся для
максимальных скоростей 160 км/час. В этом случае предъявляются
повышенные требования к сигнализации, централизации и блокировке (СЦБ) и
могут потребоваться изменения в действующих устройствах в части
согласования быстродействия устройств и роста скоростей ВСП. В Евросоюзе
необходимые решения по усилению инфраструктуры совпали с
интеграционными процессами, когда применение системы ЕRTMS/ETCS решало одновременно проблемы взаимодействия, что сняло отдельный вопрос совместимости ВСД на действующих линиях. В рамках проектов Euroloop, Eurobalise, Euroradio при интеграции в системах ERTMS/ЕТСS была создана единая нормативная база и прошла унификация технических средств.
В странах бывшего Советского Союза этот вопрос решается в основном организационными мерами. Например, в настоящее время, там, где организованно ВСД на линиях со смешанным движением, (в проектах Санкт-Петербург – Москва, Ташкент – Самарканд, Мараканд – Карши, Мараканд – Бухара, Астана – Алмата) упор сделан на человеческий фактор и на регламентную организацию движения, т.е. определены запасы времени, когда осуществляются технологические операции (приготовление маршрута, закрытие переезда и др.) без учета фактической скорости движения ВСП на линии.
Степень разработанности темы исследования. Созданию методов и алгоритмов автоматизации управления движения поездов на станциях посвящены работы А.С. Переборова, В.В. Сапожникова, Вл.В. Сапожникова, А.А. Казакова, Ю.А. Кравцова, Е.Н. Розенберга, Л.А. Кондратьева, В.А. Кононова, И.М. Кокурина, Л.Ф. Кондратенко, А.Б. Никитина, Г.А. Казимова, а также зарубежных ученых, В. Феннера, Й. Тринкауфа, Х. Христова, М. Фишера и других.
Однако в научном аспекте не решены вопросы обоснований необходимых изменений в системах ЖАТ при вводе ВСД на действующих линиях.
Тема диссертации соответствует паспорту специальности 05.22.08 – «Управление процессами перевозок» по пунктам:
п. 6. Методологии и системы обеспечения безопасности движения;
п. 7. Системы автоматики и телемеханики, предназначенные для управления перевозочным процессом, методы их построения и испытания.
Целью диссертации является разработка методов и алгоритмов для модернизации систем и устройств ЖАТ при вводе ВСД на действующих линиях.
Для достижения цели в диссертации подлежат решению следующие задачи:
определение моментов времени задания маршрутов на станциях;
совершенствование алгоритмов устройств переездной автоматики;
определение моментов времени для ограждения пешеходных переходов;
обоснование временных параметров функций электрической централизации (ЭЦ);
совершенствование алгоритмов работы СЖАТ при смешанном движении поездов;
совершенствование структуры системы управления движением поездов.
Объектом исследования являются системы управления движением поездов на станциях, а предметом - алгоритмы управления СЖАТ.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
разработаны алгоритмы автоматизации управления движением ВСП на линиях со смешанным движением;
предложены методы определения моментов времени своевременного приготовления маршрутов поездам с учетом их категорий;
усовершенствованы методы определения моментов времени передачи извещений на переезды на линиях смешанного движения высокоскоростных поездов;
разработан новый алгоритм управления заградительной сигнализацией, основывающийся на организации обратной связи на локомотив о фактическом закрытии переезда;
установлен регламент технологического процесса для изменения параметров работы устройств СЦБ при пропуске высокоскоростных поездов на действующей инфраструктуре;
получены оценки технико-экономической эффективности предложенных новых алгоритмов работы устройств при организации ВСД на смешанных линиях.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке алгоритмов работы станционных устройств для ВСД, методов определения моментов своевременного приготовления маршрутов, алгоритмов автоматической установки маршрутов ЭЦ и ограждения автоматической переездной сигнализации с использованием радиоканала. Применение в системе ЭЦ принципа работы с учетом категории поездов позволяет уменьшить время заблаговременного приготовления маршрутов на станциях и закрытого состояния станционных переездов.
Практическая значимость работы. Результаты исследования используются: при чтении лекционного курса и на практических занятиях дисциплин «Телеуправление стрелками и сигналами» и «Системы автоматического управления движением поездов на станциях», а также в НИР научно-исследовательской лаборатории «СЦБ и связь» кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта; в проектных институтах при рабочем проектировании СЖАТ для модернизируемых линий под ВСД; кроме того для разработчиков компьютерных систем управления при создании программного обеспечения автоматизации задания маршрутов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач была применена теория вероятностей, математическая статистика, теория тяговых расчетов и теория алгоритмов.
Положения, выносимые на защиту:
метод определения моментов времени для своевременного приготовления маршрутов с учетом скоростей движения;
метод расчета времени для подачи извещения к станционному переезду при приближении высокоскоростных поездов;
алгоритм работы устройств переездной автоматики, основывающийся на передаче на бортовые устройства безопасности информации о фактическом заграждении переезда;
алгоритм взаимодействия с системами ЖАТ для обеспечения изменений временных параметров ЭЦ в зависимости от категорий поездов;
событийная логико-временная блок-схема описания технологических алгоритмов системы управления движением поездов;
результаты практического использования методов, разработанных в диссертационном исследовании в части обоснования модернизации систем и устройств ЖАТ при вводе ВСД на действующих линиях.
Достоверность научных положений выводов и практических результатов, сформулированных в диссертации, обеспечена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, а также результатами проведенных экспериментов и практического использования разработанных моделей и методов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение: на научно-технических конференциях с участием зарубежных ученых «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Ташкент, 2012-2014); на пятой международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург, 2015 г.); на международной научно-практической конференции «ТРАНСПОРТ-2013» (Ростов-на-Дону - 2013). Также результаты исследования докладывались, обсуждались на научно-технических советах и технических совещаниях в АО “Узбекистон темир йуллари” и научных семинарах в ТашИИТе в 2016 и 2017 годах. Работа получила одобрение на
заседании кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС, декабрь 2017г.
Публикации. Материалы, отражающие основные положения
диссертационной работы, изложены в 13 работах, в том числе опубликованы 3 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из списка используемых сокращений, введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. В работе содержится 180 страниц основного текста, 45 рисунка, 14 таблиц. Список литературы состоит из 134 наименований.