Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем управления и контроля движения поездов метрополитена 11
1.1 Анализ отечественных систем управления и контроля движения поездов метрополитена .11
1.2 Анализ систем управления и контроля движения поездов метрополитена за рубежом 20
1.3 Применение технологии бесконтактной радиочастотной идентификации на железных дорогах .23
1.4 Выводы по разделу 1. Цель и задачи исследования 27
2 Применение RFID-технологии в системах управления и контроля движения поездов метрополитена 30
2.1 Обоснование возможности реализации RFID-технологий в метрополитене 30
2.2 Выбор элементной базы для реализации RFID-технологии в системах управления и контроля движением поездов метрополитена .36
2.3 Выводы по разделу 2 .42
3 Исследование свойств элементов радиочастотной идентификации для решения задач управления и контроля движения поездов метрополитена .44
3.1 Постановка задач исследования 44
3.2 Разработка методики исследования дисперсионных свойств RFID элементов 46
3.3 Статистическая оценка протяженности зоны радиовидимости RFID элементов 50
3.4 Разработка регрессионной модели радиовидимости меток ридером .53
3.4.1 Особенности условий монтажа меток 53
3.4.2 Факторное пространство 54
3.4.3 Уравнение регрессии и его интерпретация 60
3.4.4 Предложения по креплению меток 64
3.5 Разработка математических моделей дисперсионных свойств RFID элементов .67
3.5.1 Разработка математической модели дисперсионных свойств RFID-элементов для условий привязки к координатам пути скоростных средств контроля метрополитена 67
3.5.2 Математическая модель дисперсионных свойств RFID-элементов для условий привязки к пути средств управления поездами метрополитена 72
3.6 Разработка модели увеличения непрерывной зоны радиовидимости смежных меток и рекомендаций по расположению меток в зоне остановки первого вагона 75
3.7 Выводы по разделу 3 82
4 Разработка системы управления движением поездов метрополитена не базе RFID-технологии 84
4.1 Разработка системы бесконтактной привязки к пути головных вагонов метрополитена на базе RFID-технологии 84
4.1.1 Назначение системы бесконтактной привязки к пути .84
4.1.2 Структурно-функциональное построение СБПП .86
4.1.3 Разработка алгоритма взаимодействия вагонного контроллера со смежными устройствами 89
4.1.4 Разработка алгоритма работы СБПП на станции 93
4.2 Разработка метода калибровки меры датчика пройденного пути .98
4.2.1 Задача калибровки меры датчика пройденного пути 98
4.2.2 Разработка алгоритма работы системы калибровки меры датчика пути, пройденного электроподвижным составом 101
4.3 Разработка структуры и алгоритма функционирования системы управления движением поездов метрополитена на базе RFID технологии 104
4.4 Обоснование эффективности внедрения RFID-технологии в системах управления движением поездов метрополитена 111
4.5 Выводы по разделу 4 .113
5 Разработка систем контроля движения поездов метрополитена на базе RFID-технологии 115
5.1 Разработка системы привязки к пути скоростных диагностических комплексов .115
5.2 Разработка структуры и алгоритма функционирования системы автоматического контроля пробега вагонов 119
5.3 Разработка структуры и алгоритма функционирования системы автоматического контроля перемещения вагонов метрополитена в депо 123
5.4 Выводы по разделу 5 127
Заключение .129
Список сокращений 131
Список литературы
- Применение технологии бесконтактной радиочастотной идентификации на железных дорогах
- Выбор элементной базы для реализации RFID-технологии в системах управления и контроля движением поездов метрополитена
- Разработка регрессионной модели радиовидимости меток ридером
- Разработка алгоритма взаимодействия вагонного контроллера со смежными устройствами
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Разработка и создание новых
систем управления и контроля движения поездов метрополитена с
высокой степенью автоматизации направлены на повышение
эффективности этих систем.
Используемые в настоящее время в Петербургском метрополитене системы управления и контроля движения поездов обладают рядом существенных недостатков, таких, как громоздкость, сложность бортовых устройств и недостаточная надежность работы в автоматическом режиме, погрешность в расчетах параметров движения, возможность выхода из строя механических элементов, высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы. При этом значительная часть оборудования морально устарела.
Одним из путей совершенствования рассматриваемых систем является
применение технологии радиочастотной идентификации (RFID-
технологии), которая внедрена на железнодорожном транспорте.
Возросший интерес к RFID-системам вызван их достоинствами:
высокая физическая надежность средств идентификации; бесконтактное
считывание информации на расстоянии; возможность размещения
идентификатора и считывателя на металлических поверхностях и внутри
неметаллических конструкций; высокая независимость от условий
эксплуатации; высокая скорость и надежность считывания/записи;
фактически неограниченный срок эксплуатации; обработка
идентификаторов производится автоматически во время выполнения основного технологического процесса; системная гибкость, легкость интеграции в любые системы; радиочастотные метки обладают незначительной мощностью излучения.
На основании опыта эксплуатации RFID-систем на железных дорогах и
достоинств указанных систем, в диссертационной работе предложено
построение систем управления и контроля движения поездов
метрополитена на базе RFID-технологии с целью повышения
эффективности их функционирования.
Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад
в развитие систем управления и контроля движения поездов внесли
работы Л. А. Баранова, В. Г. Сидоренко, Е. В. Ерофеева, В. И. Астрахана,
В. М. Абрамова, А. А. Моисеева, В. М. Лисицына, М. М. Гершензона,
В. В. Белова, Д. С. Котлецова, В. С. Дмитриева, С. М. Ковалева,
В.В. Сапожникова, Вл.В. Сапожникова, А.М. Костроминова,
А.Б. Никитина и других ученых.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования систем управления и контроля движения поездов метрополитена на базе RFID-технологии.
Объект исследования – системы управления и контроля движения поездов метрополитена. Предмет исследования – свойства элементов RFID-технологии и алгоритмические решения по управлению и контролю движения поездов метрополитена.
Задачи исследования.
-
Анализ существующих систем управления и контроля движения поездов метрополитена, обоснование выбора элементной базы RFID-технологии для совершенствования этих систем.
-
Разработка математических моделей, отражающих свойства элементов RFID-технологии, с целью решения задач автоматического управления и контроля движения поездов метрополитена.
-
Разработка структуры и алгоритма работы системы управления движением поездов в метрополитене на базе RFID-технологии.
-
Разработка структур и алгоритмов работы систем контроля движения поездов метрополитена на базе RFID-технологии.
Научная задача: разработать научно-методический аппарат оценки свойств системы радиочастотной идентификации для повышения эффективности функционирования систем управления и контроля движения поездов метрополитена.
Научная новизна.
1. Получены статистические закономерности, отражающие свойства
RFID-элементов, применительно к систем управления и контроля
движения поездов метрополитена.
2. Разработана регрессионная модель, определяющая зависимость
протяженности зоны радиовидимости от расположения RFID-элементов,
отличающаяся тем, что позволила найти решение по расположению меток
относительно оси пути в тоннелях и на станциях метрополитена.
-
Разработана модель увеличения протяженности непрерывной зоны радиовидимости, являющаяся принципиально новой для данной задачи.
-
Разработан метод калибровки меры датчика пройденного пути с использованием RFID-элементов, отличающийся от известных
исполнением, т.е. для позиционирования поезда используются RFID-элементы.
5. Разработаны алгоритмы функционирования систем управления и контроля движения поездов в метрополитене, отличительным признаком которых является применение RFID-технологии.
Практическая значимость.
-
Обосновано применение RFID-технологии в системах управления и контроля движения поездов метрополитена, что позволило повысить надежность работы этих систем, уменьшить капитальные затраты и эксплуатационные расходы, расширить функциональные возможности систем.
-
Использование регрессионной модели зависимости протяженности зоны радиовидимости от взаимного расположения RFID-элементов позволило разработать рекомендации по установке меток (транспондеров) на стенах тоннелей и под платформами на станциях метрополитена, с учетом которых осуществлено внедрение систем управления и контроля движения поездов на базе RFID-технологии на 4 линии Петербургского метрополитена.
-
Разработанная модель увеличения непрерывной зоны радиовидимости меток ридером позволила повысить надежность работы системы управления движением поездов метрополитена в зоне остановки первого вагона на станциях.
-
Разработанный метод калибровки меры датчика пройденного пути создал возможности для реализации системы управления движением поездов на закрытых станциях метрополитена; позволил обеспечить снабжение диагностических составов информацией, необходимой для определения координаты обнаруженных дефектов; открыл перспективу для создания принципиально новой координатной системы интервального регулирования.
5. Применение клеевой технологии установки транспондеров вдоль
пути следования подвижных составов позволило значительно сократить
время, стоимость установки, количество работников, занятых на этой
работе, а также безопасность и простоту как самой установки, так и
замены транспондеров.
Методы исследования. При решении поставленных задач
использовались методы статистического моделирования, теория
планирования эксперимента, метод регрессионного анализа, теория алгоритмов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Регрессионная модель зависимости протяженности зоны
радиовидимости RFID-элементов от их взаимного расположения.
2. Математическая модель увеличения протяженности непрерывной
зоны радиовидимости RFID-элементов.
3. Метод калибровки меры датчика пути, пройденного поездами
метрополитена, с использованием RFID-средств.
4. Структуры и алгоритмы функционирования систем управления и
контроля движения поездов в метрополитене на базе RFID-технологии.
Личный вклад. Все выносимые на защиту положения и результаты диссертационной работы получены и разработаны автором лично или при его непосредственном участии.
Достоверность результатов. Достоверность и обоснованность результатов, представленных в диссертации, подтверждается внедрением RFID-технологии в системы управления и контроля движения поездов Петербургского метрополитена, адекватностью разработанных моделей, результатами применения разработанных моделей, алгоритмов и рекомендаций на практике.
Реализация результатов и предложения об использовании. Система управления движением поездов на базе RFID-технологии введена в постоянную эксплуатацию на 4-й линии Петербургского метрополитена с учетом рекомендаций, разработанных с использованием научных исследований, представленных в данной работе. Получены справки о внедрении результатов диссертационного исследования в Петербургском метрополитене. Ведутся работы по внедрению метода калибровки меры пройденного пути и системы учета пробега вагонов с использованием указанного метода.
Апробация. Результаты представлялись и докладывались на 8-м международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 2009 г.; на 65-й научно-технической конференции, посвященной Дню радио, ПГУПС, Санкт-Петербург, 2010 г.; научно-техническом межкафедральном семинаре факультета «Автоматизация и интеллектуальные технологии» ПГУПС, 2014 г.; кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС, Санкт-Петербург, 2016 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах из перечня ВАК и патент на полезную модель.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы из 133 наименований, 4 приложений. Основное содержание изложено на 146 страницах печатного текста, содержит 4 таблицы, 24 рисунка, приложения представлены на 9 страницах.
Применение технологии бесконтактной радиочастотной идентификации на железных дорогах
Одним из главных целевых ориентиров развития автоматизированных систем управления и контроля движения поездов является снижение аварийности, рисков и угроз безопасности транспорта. Первостепенное значение при этом придается быстрому обновлению производственного аппарата путем широкого внедрения передовой техники, наиболее прогрессивных технологических процессов.
Это целиком и полностью относится к метрополитенам. Повышение уровня эксплуатации метрополитенов связано с развитием систем управления движением поездов.
Системы управления движением поездов обеспечивают оптимальное управление последовательностью основных и вспомогательных процессов при организации перевозок. В системах управления движением поездов метрополитена процессы инициируются внешними факторами, такими, как график движения поездов, реагирование на возникновение потребности в перевозках, точность прицельного торможения и т.д. Под прицельным торможением понимается как выполнение скоростных ограничений в фиксированных точках пути под контролем системы обеспечения безопасности движения, так и остановка поезда на станции и в оборотных тупиках с требуемой точностью [18, 19].
На метрополитенах актуальна задача использования автоматизированных систем на всех уровнях управления метрополитеном, что вызвано высокими требованиями к точности выполнения графика движения и точности остановки в условиях значительной интенсивности движения.
Управление движением поездов метрополитена осуществляется с использованием Автоматизированной системы управления движением поездов метрополитена (АСУДПМ), относящейся к классу автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП) [1, 2, 20-23]. Основным назначением АСУДПМ является совершенствование управления перевозочным процессом при выполнении заданного объема перевозок с учетом безусловного обеспечения требований безопасности и комфорта пассажиров [1, 2, 23-36].
АСУДПМ состоит из системы автоведения поездов (САВП), системы интервального регулирования движением поездов (СИРДП) и системы диспетчерского управления (СДУ) [1, 2, 37-40]. СИРДП предназначена для обеспечения высокой пропускной и провозной способности, безопасности движения поездов, а также повышения производительности труда. К этой системе относятся автоблокировка и система автоматического регулирования скорости (АРС) [1, 41-54]. САВП предназначена для автоматизации процесса управления ведением поезда, включая отправление поездов со станций, определение времен хода по перегонам, пуск и разгон поезда, выбор режимов ведения поезда на перегонах с целью выполнения заданных времен хода по перегонам, подтормаживание при выполнении ограничений скорости, прицельное торможение у платформ, предоставление информации машинисту и диспетчеру о параметрах движения поездов [1-12, 43-52].
Автоматизированная система управления движением поездов метрополитена в целом должна обеспечивать: автоматическое управление нормальным и вспомогательным режимами движения и торможения подвижного состава, открытием-закрытием дверей, выдачей речевых сообщений; безопасность движения при любых отказах в системе и любом поездном и путевом оборудовании, а также при неправильных действиях операторов и обслуживающего персонала; ритмичное движение поездов во времени за счт централизованного управления; высокую пропускную способность линий метрополитена за счт оптимизации режимов ведения поездов по перегонам, времени стоянки поездов на станциях, повышенной точности и интенсивности торможения, наличия информации о поездной обстановке на всей линии; сведение функций машиниста к контролю за аппаратурой и внешними условиями, с возможностью работы поездных устройств системы в полностью автономном режиме; оптимальный расход электроэнергии за счт автоматизации процесса ведения поездов по перегонам, исключающей излишние подтормаживания и подключения тяги в пиковое время; непрерывный автоматический контроль поездной обстановки, технического состояния устройств и отображение информации для операторов системы; обмен информацией с другими системами управления технологическими процессами метрополитена; расширение и наращивание выполняемых системой функций без изменения е структуры; обмен информацией между поездом (составом) и станцией вблизи платформы и во время стоянки; обмен информацией по радиоканалу при движении; индикацию, хранение, протоколирование событий и данных в удобной форме на автоматизированных рабочих местах [9-12, 55-57].
По уровню централизации САВП принято классифицировать как централизованные (ЦСАВП) и автономные (АСАВП). Централизованные системы являются иерархическими и выполняются, как правило, трехуровневыми: центральный пост управления (ЦПУ), станционные устройства (СУ), поездные устройства (ПУ) [1, 2].
По алгоритмам управления ЦСАВП делятся на графиковые, интервальные и графиково-интервальные. При использовании графиковых алгоритмов изменение длительности стоянки определяется отклонением времени прибытия поезда от планового; изменение времени хода — отклонением времени отправления поезда от планового. Длительность стоянки и время хода ограничены. Применение интервальных алгоритмов позволяет изменять длительность стоянки поезда при рассогласовании планового и фактического времени прибытия поезда на станцию; изменять время хода при рассогласовании планового и фактического времени отправления.
Выбор элементной базы для реализации RFID-технологии в системах управления и контроля движением поездов метрополитена
Транспондер, попадая в зону действия антенны передающего устройства считывателя, получает энергию от электрической составляющей электромагнитного поля, излучаемого антенной ридера, начинает генерировать и излучать через антенну электромагнитные колебания, которые улавливаются приемной антенной, и система получает сообщение о присутствии объекта в поле считывателя. Такие транспондеры, как правило, применяются в системах, которые устанавливаются в магазинах и супермаркетах. Деактивация такой метки осуществляется путем разрушения LC-контура.
Описанная выше система не позволяет различать объекты, она способна только извещать о факте ее попадания в зону действия считывателя.
Для того чтобы идентифицировать объект каждый в отдельности, применяются мультибитные транспондеры – пассивные приемопередатчики с элементом памяти.
В самом простом варианте это однократно программируемая память, в которую заносится на заводе-изготовителе уникальный серийный номер UID. Метка, попадая в поле считывателя, получает энергию; ток, наведенный в антенне транспондера, выпрямляется и поступает на схему метки, метка начинает излучать колебания, которые модулируются данными из памяти, и происходит передача информации от метки к считывателю [93]. Информация в устройство памяти метки может быть занесена различными способами. Способ записи информации зависит от конструктивных особенностей метки. В зависимости от этого различают следующие типы меток: o R/O (Read Only) – данные записываются только один раз при производстве метки. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать; o WORM (Write Once Read Many) – информация записывается пользователем только один раз, ее в дальнейшем можно многократно читать; o RW (Read and Write) – такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения и записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно. В последних поколениях транспондеров применяются кристаллы, несущие на своем борту не только энергонезависимую память, а еще и микропроцессор, что дает возможность транспондеру самому производить необходимые вычисления и выполнение алгоритмов (JAVA CARD).
В метрополитене для решения задач управления движением поездов целесообразно использовать метки типа RW.
В данной работе объектом исследования являются элементы радиочастотной идентификации. При реализации RFID-технологии в СБПП основными критериями выбора элементной базы являются следующие: - безопасность; - надежность; - долговечность; - небольшая стоимость; - устойчивость к температурным колебаниям, ударам, вибрации, загрязнениям, воздействию влаги; - простота обслуживания; - простота замены элементов при выходе их из строя; - работа на металлических поверхностях.
На основании вышесказанного и с учетом требований, сформулированных в п. 2.1, в работе сделан обоснованный выбор элементов радиочастотной идентификации. В качестве радиометок выбраны Patch Tag Gen 2.0 производства фирмы «Аэросолюшенз». Выбор производился среди меток, работающих на металлических поверхностях. Из всех меток, участвовавших в тестировании, метка PatchTag компании «Аэросолюшенз» оказалась лидером по дальности считывания. Выбранный тип радиометки отличается от подобных применением оригинальной конструкции пассивной антенны, которая использует магнитную составляющую наводимого поля от ридера.
Как указано на сайте производителя, «пассивная RFID-метка PatchTag предназначена для крепления как на диэлектрические (пластик, стекло и т. д.), так и на металлические поверхности маркируемых объектов. Ключевая отличительная особенность этой метки — оригинальная конструкция антенны с коэффициентом усиления 6,5 дБ. Данная метка специально оптимизирована для установки на металлические поверхности и отличается от аналогов тем, что основные ее показатели (дальность и стабильность регистрации, а также скорость, на которой осуществляется регистрация) при закреплении на металлической поверхности не ухудшаются, а улучшаются. Высокая стабильность основных показателей метки при различной угловой ориентации ее относительно антенны считывателя существенно расширяют спектр возможных применений» [94-99].
Разработка регрессионной модели радиовидимости меток ридером
Оценка протяженности зоны радиовидимости L, необходимой для надежной работы системы радиочастотной идентификации в условиях метрополитена, производится с использованием метода статистического анализа, который сводится к получению выборки определенного объема из генеральной совокупности и определению достоверности этой выборки [107, 108].
Генеральная совокупность отсчетов значений протяженности зоны радиовидимости представляет собой множество значений А={L1, L2,…Li} при i. Одним из способов получения представления о распределении этого множества является построение эмпирической функции распределения выборки Fn(L) объемом n. В нашем случае объем выборки был ограничен объемом элементов радиочастотной идентификации, которые требовалось установить в метрополитене в соответствии со сроками, определенными договором.
Целью статистического моделирования в данной работе является решение вопроса о необходимости входного контроля всех меток и получение исходных данных для решения задачи увеличения зоны радиовидимости. Результаты, получаемые в ходе статистического эксперимента, носят случайный характер, и для обеспечения статистической устойчивости их соответствующие оценки вычисляются методом моментов. В качестве эмпирического начального момента 1 " берем функцию выборки вида: M(L) = -YL , где M(L)-математическое ожидание И ,=1 L. M(L) является средним значением протяженности зоны радиовидимости, т.е. М(Г) = Г. Важнейшее свойство среднего заключается в том, что оно отражает то общее, что присуще каждой единице изучаемой совокупности, хотя значения признака отдельных единиц совокупности могут колебаться в ту или иную сторону. Типичность среднего непосредственно связана с однородностью изучаемой совокупности. Для однородных совокупностей характерны одновершинные кривые распределения [109-112]. Центральным эмпирическим моментом является дисперсия протяженности г=1 1 " зоны радиовидимости D(L) = Задачу определения дисперсии зоны радиовидимости можно решить с помощью эксперимента с множеством меток и множеством ридеров. Однако вследствие ограничений, обусловленных сроками поставки обрудования и графиком установки его на вагоны, практическая реализация экспериментов была раздельной: вначале с множеством меток и одним ридером, затем с множеством ридеров и одной меткой (количество меток и ридеров ограничено объемами поставок). В связи с этим возникла необходимость разработки методики корректного математического описания дисперсии точки начала зоны радиовидимости ридера и метки при раздельных экспериментальных исследованиях.
При определении дисперсии зоны радиовидимости будем полагать, что L зависит от случайных параметров метки а= ах,а2,...ак и приемопередатчика (ридера) /3 = 1,/?2,...Д, . Будем считать их независимыми. Математические ожидания и дисперсии аг обозначим через аг, дисперсии - через т2а . Математические ожидания и дисперсии Д обозначим через Ьг, дисперсии - через а\.. Обозначим: а= ау,а2,...ак , b= \,b2,...bm . Будем предполагать, что х зависит линейно от параметров метки и ридера в диапазоне наиболее вероятных их изменений: фиксированной метки ( г2мет) и дисперсию L для фиксированного ридера (а2рид) соответственно. Формула (2.3.2) принимает вид: _ 2 (3.3.3)
Дисперсии а д и см2ет могут быть легко оценены из экспериментов с фиксированным ридером и фиксированной меткой. Остановимся на вопросе оценки математического ожидания L. При справедливости линейной модели математическое ожидание равно L0 . Эта величина может быть оценена по выборке с разными метками и разными ридерами. Если провести измерения со случайной меткой, то с помощью формулы (3.3.1) получим: где a0 = aw,a20,...ak0 - неизвестные параметры случайной метки.
По выборке с фиксированным ридером оценим математическое ожидание и выберем метку с наиболее близкой к оценке зоной радиовидимости (назовм е усредннной меткой). Имеем: а Ма,. Здесь «,.(/ = 1,…к) - параметры данной метки. Если теперь получить выборку с этой меткой, то, как следует из (3.3.4): к M(L) = L0+YdAl(al-al)KL0 . (3.3.5) г=1 Отсюда следует вывод, что оценка математического ожидания зоны радиовидимости может быть получена по выборке с усредннной меткой [107, 108, 113-119]. На основании выше изложенного отобрана метка со средним статистическим значением длины зоны радиовидимости, которая приняла участие в последующих экспериментах.
Особенности условий монтажа меток вдоль пути следования поездов метрополитена обусловлены особенностями поверхностей тоннелей и подплатформенными конструкциями: неровностями, наличием различного рода устройств, сужающих площади поверхностей для крепления меток либо изменяющих расстояние от метки до антенны ридера. В данных условиях можно предположить, что протяженность зоны радиовидимости метки ридером L, являющаяся случайной величиной, будет зависеть от взаимного расположения RFID-элементов. Поэтому, прежде чем приступить к монтажу меток в тоннелях и на станциях, необходимо решить вопрос: как изменится величина L, если, например, по местным условиям метку приходится устанавливать на различном расстоянии от траектории движения антенны ридера, или под различным углом наклона к горизонтальной (вертикальной) плоскости, или ниже (выше) горизонтальной плоскости, на которой находится антенна ридера?
Разработка алгоритма взаимодействия вагонного контроллера со смежными устройствами
В диссертационной работе разработана система бесконтактной привязки к пути (СБПП) головных вагонов поездов с использованием RFID-технологии. СБПП является составной частью системы автоматизированного управления движением поездов метрополитена. Внедрение новой технологии направлено на повышение эффективности функционирования системы управления.
Система бесконтактной привязки к пути (СБПП) предназначена для решения следующих задач:
1. Обеспечение передачи бесконтактным способом содержащейся в заданных точках перегонов, станций и тупиков постоянной информации, необходимой для осуществления всех видов управляющих действий при автоведении поездов по линиям и тупикам, при автоматизированных заездах в депо, при включении информационных фонограмм для пассажиров, при включении и выключении режима регистрации событий на подвижном составе, а также для точной привязки к координатам пути диагностических подвижных единиц.
2. Поддержание бесконтактным способом (по радиопроводным каналам) связи средств СБПП головных вагонов поездов со станционными устройствами СБПП в зонах остановки первых вагонов.
3. Поддержание связи (по проводным каналам) станционных устройств СБПП с ЦП КАС ДУ.
4. Обработка информации вагонными и станционными устройствами СБПП таким образом, чтобы удовлетворить функциональные потребности смежных технических средств: поездных устройств автоведения (ПУАВ), устройств поездного оповещения пассажиров бортовых устройств регистрации (УПО БУР), системы передачи информации бортовых устройств регистрации (СПИ БУР), комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления (КАС ДУ). СБПП является многофункциональной и к ней предъявляются следующие требования: - система СБПП должна обеспечивать программное автоведение поездов, формирование управляющих команд с помощью напольных RFID-элементов поездным устройствам автоведения (ПУАВ) (заменяя технологию ведения с помощью устройств с напольными программами), а также устройствам поездного оповещения пассажиров УПО и бортовым устройствам регистрации событий БУР, обеспечивая их автоматическую работу; - должна допускать коррекцию графиков движения поездов (изменение времени стоянки поездов, выбор рационального режима включения двигателей (Х2 или Х3), задание времен первого и второго подключений двигателей) с использованием на станциях радиомодемной связи бортовой части СБПП с центральным пунктом комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления движением поездов (ЦП КАС ДУ); - осуществлять точную привязку к точкам пути подвижных единиц метрополитена; - обеспечивать подачу команд к поездным средствам оповещения пассажиров (голосовые сообщения о станции остановки и следующей станции, предупреждение о закрывании дверей, о станции оборота и др.); - осуществлять информационную поддержку машинистов поездов; - решать перспективные задачи создания Единого комплекса автоматизированной системы адаптивного управления движением поездов в Петербургском метрополитене. 4.1.2 Структурно-функциональное построение СБПП В соответствии с предъявляемыми требованиями структура СБПП имеет:
1. Напольные устройства (пассивные радиометки), содержащие запрограммированную информацию.
2. Радиомодемные средства связи вагонной аппаратуры СБПП со станционной аппаратурой СБПП. Станционная часть этих средств связи находится постоянно в состоянии готовности к приемопередающим операциям, вагонная часть -активируется при вхождении головного вагона поезда на станцию и деактивируется при уходе поезда со станции. На каждой станции станционная аппаратура СБПП имеет проводную (кабельную) связь со станционными радиомодемами, устанавливаемыми в зоне остановки первых вагонов поездов обоих направлений движения и обеспечивает обработку и хранение информации и информационное взаимодействие как с головными вагонами поездов обоих направлений движения, так и с ЦП КАС ДУ.
3. Вагонную аппаратуру СБПП, которая обеспечивает обработку и хранение информации и информационное взаимодействие как с напольными пассивными устройствами, так и с устройствами ПУАВ, УПО БУР и станционными устройствами СБПП. Информационное взаимодействие СБПП с ПУАВ, с УПО БУР, с ЦП КАС ДУ регламентируется отдельными протоколами обмена. Предусмотрено наличие встроенного в СБПП регистратора событий, который позволяет контролировать работоспособность системы в процессе ее функционирования. Каждый информационный обмен СБПП со смежными устройствами фиксируется в памяти регистратора по принципу конвейера, т.е. старые события заменяются более свежими.
4. Для связи вагонного оборудования с метками выбраны совместимые с ними приемопередающие устройства – ридеры (выбор элементов обоснован в п.2.2). Для обработки, хранения информации и информационного взаимодействия со смежными устройствами выбраны контроллеры, в которых заложена 30%-я избыточность на перспективу для возможности функционального расширения. При разработке системы СБПП учтены следующие факторы: Значительный диапазон колебаний питающего напряжения источника вагонного питания. Значительный диапазон колебаний температуры окружающей среды. Несовместимость подплатформенных поверхностей и поверхностей тоннелей в отдельных расчетных точках пути с условиями закрепления носителей постоянной информации (RFID - средств). В последнем случае задача решается с помощью моделей, разработанных в главе 3. Исходя из выше изложенного разработана структурно-функциональная схема построения СБПП. Вариант обобщенной структурно-функциональной схемы СБПП и связей с ПУАВ, с УПО БУР, с ЦП КАС ДУ представлен на рисунке 4.1.1.
СБПП включает в себя две части: вагонную (головные вагоны) и станционную (расположенные на прилегающих к станциям перегонах RFID-элементы отнесены к этим станциям), при этом связь вагонных устройств со станционными обеспечивается с помощью радиоканалов (т.е. бесконтактным методом).
Для выполнения задачи бесконтактной привязки к пути головных вагонов вдоль пути движения поездов на станциях и перегонах в определенных фиксированных точках установлены пассивные радиометки с объемом памяти 512 бит, в которую занесена необходимая для автоведения поездов информация (о включении и выключении тяговых двигателей, о режимах торможения, об открытии дверей с нужной стороны и времени их открытого состояния и др.) [129].