автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы и средства повышения эффективности и достоверности функционирования систем ТУ-ТС

РГ6 Ой

1 1 НОЯ да

ИЛЮХИН

Михаил Вячеславович

На правах рукописи

УДК 656.25

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ТУ—ТС

05.22.08 — Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1996

Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Научный руководитель — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГАВЗОВ Д. В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КОКУРИН И. М.; кандидат технических наук ЛИПОВЕЦКИЙ Ю. А.

Ведущее предприятие — Октябрьская железная дорога.

Защита состоится 28 ноября 1996 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д 114.03.03 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан <¿$.3*. » октября 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., доцент

В. Б. КУЛЬТ И Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ Работа железнодорожного транспорта в новых экономических условиях требует уделить особое внимание вопросам эффективного управления. Снижение роли долгосрочного (стратегического) планирования и повышение роли оперативного управления требует применения технических средств управления движением поездов, созданных по адаптивной технологии, способной приспосабливаться к изменению интенсивности, характера и направлений грузо и пассажиропотоков. Гибкое реагирование на изменение спроса на перевозки находит отражение в изменениях графика движения поездов, составленном на основе долговременного прогноза. Однако при организации передвижения поездов преобладают задачи оперативного управления. Реализация в современной системе единства и взаимодействия оперативного, перспективного и стратегического планирования перевозочного процесса обеспечит 'Эффективное управление как на некотором ограниченном участке, так и на всей сети.

В тоже время, работа железнодорожного транспорта основана на сформировавшейся иерархии и управленческой структуре. В соответствии с ними разрабатывались и внедрялись технические средства информационного обмена. Применение этих технических средств определяло характер и объемы информации, необходимой в процессе управления. Одним из основных принципов построения системы управления в АДЦУ является непосредственная взаимосвязь всех ее функциональных уровней в иерархической зависимости, когда каждому вышестоящему уровню поступает информация, обработанная на предыдущем. Это исключает необходимость многократной обработки информации и связанные с этим ошибки, а также позволяет существенно сократить объемы информационного обмена. Одним из основных -требований, предъявляемых в.настоящее Бремя к информационному обеспечению перевозочного процесса является своевременность и достоверность данных о движении каждой единицы груза. Зачастую решение этой задачи требует изменения структуры управления перевозками. которая заключается в реструктуризации одних хозяйственных подразделений и служб и объединении других. В настоящее время су-

шествует тенденция изменения четырехуровневой иерархической структуры управления железнодорожным транспортом и сокращения ее до двух - трех уровней. В этом случае оперативное управление перевозочным процессом передается на уровень управления дороги. При этом производится объединение зон обслуживания диспетчеров или, в некоторых случаях, их передислокация. В первом случае возрастает объем информации, предоставляемый диспетчеру и необходимой для принятия решений, а во втором требуется обеспечить доставку информации из района расположения контролируемого участка к месту расположения поста управления. В обоих случаях возрастает уровень требований к качеству информационного обеспечения, что вызвано ростом цены ошибки диспетчера в принятии решения из-за несвоевременности и недостоверности данных. В связи с этим особую важность приобретает задача создания оптимального информационного обеспечения процесса управления. Оптимальной в данном случае будет информация наиболее полно отражающая ход технологического поцесса. но не загружающая диспетчера ненужными сведениями. При этом она должна быть достоверной в'пределах допустимой ошибки управления. Для обеспечения таких режимов управления необходимо создание технических средств, обеспечивающих достоверный ввод информации в систему и вывод управляющих приказов. В силу специфики технологии управления движением поездов, связанной с требованием обеспечения безопасности необходимо создание устройств способных обрабатывать информацию с высокой верностью. Кроме того требуется обеспечить доставку технологической информации с высокой эффективностью и достоверностью, что может быть реализовано системами телемеханики, использующими процедуры сжатия данных, а также системами передачи ответственных приказов.

Реализация всех этапов автоматизации невозможна без совершенствования технических средств управления движением поездов. В последние годы непрерывно совершенствуются системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ). модернизируется элементная база, разрабатываются системы диспетчерской и электрической централизации на базе микроэвм, ведутся работы по созданию автоматизированных систем управления перевозочным процессом.

Цельв исследования является разработка и экспериментальная проверка методов и средств повышения эффективности функционирова-

ния систем ТУ-ТС.

Основными задачами работы являются:

анализ информационных потоков в структуре управления процессом перевозок:

определение количественных и качественных показателей информации. передаваемой с помощью телемеханических средств измерительными методами:

исследование способов сокращения избыточности сообщений и выявление ее источников в системах передачи и обработки информации с учетом железнодорожной специфики;

разработка новых методов сокращения избыточности, использующих данные об информационных процессах в структуре управления движением поездов:

систематизация материалов по методам повышения достоверности передачи безызбыточной информации:

разработка технических средств концентрации управления в условия переноса рабочего места диспетчера, а также средств ввода вывода информации с высокой верностью.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались аналитические и экспериментальные методы теорий информации, надежности, вероятности и математической статистики.

Достоверность научных полокениЦ обоснована и подтверждена: использованием различных методик при исследовании информационных процессов,

экспериментальной проверкой полученных теоретических результатов,

положительным опытом эксплуатации устройств и систем, использующих разработанные методы и средства.

Научная новизна. Предложены методы исследования информационных параметров потока сообщений на уровне передачи информации от линейных.пунктов ДЦ, определены основные источники избыточности телемеханической информации, создан комплекс программных и аппаратных средств исследования информационных параметров источников телемеханической информации, создан новый способ кодирования, снижающий избыточность сообщений, исследованы методы повышения достоверности передачи сообщений подвергнутых процедуре сжатия, разработаны технические средства ввода информации в систему уп-

- А -

равления, передачи ее по каналам связи с использованием процедуры сжатия и реализации управляющих воздействий с высокой достоверностью информации. Разработаны программные и аппаратные средства реализации телемеханического концентратора. Разработаны программные средства реализации центрального поста диспетчерской централизации для поездного и энерго-диспетчеров. а также средства обеспечения их взаимодействия через единую информационную базу.

Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе научные результаты позволяют решить вопросы повышения эффективности функционирования систем оперативного диспетчерского управления движением поездов. Применение разработанных методов и средств позволяет расширить функциональные возможности таких систем, открывая возмоаность создания качественно новых способов управления.

Апробация работа. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на:

Всесоюзной конференции "Методы оценки свойств информациии и качества функционирования информационных систем". Софрино 1992г.

Всесоюзной конференции "Применение микропроцессоров, микро и персональных ЭВМ". Киасс 1990г.

Научно-практической конференции Октябрьской железной дороги и Леш.:етропол:;гена "Перспективы совершенствования систем железнодорожной автоматики, телемеханики и озязи на Октябрьской железной дороге и Ленметрополитене" ЛИИЕТ.-1990.

Конференции в рамках "Недели науки - 96". ПГУ ПС -1996.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 31 печатная работа, из них 12 авторски свидетельств на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пята разделов. заключения, списка использованной литературы и приложений, содержит 97с. основного текста. 22 рисунка и 6 приложений Юс. Библиография включает 105 наименований. .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе диссертация проанализированы проблемы технического обеспечения организации двиезния поездов в новых эк.оно-чских условиях. Проанализированы основные поблемы, возникающие п, переходе с четырехуровневой структуры управления движением на

двух и трехуровневую. Одной из проблем структурной реорганизации является.ликвидация отделений. В этом случае появляется необходимость переноса рабочих мест диспетчеров всех служб в новые диспетчерские центры. Осуществление мероприятий по переносу рабочих мест сопровождается большими потерям! как в части капитальных затрат так и в части эксплуатационных расходов. Одной из причин порождающих эти потери является невозможность применения существующих технических средств организации движения поездов (ОДП) в связи с низкой адаптивностью как по емкости так и функционально, низкой информативностью и функциональными возможностям!. Анализ существующих систем телемеханики, применяемых для диспетчерского управления показал, что большинство из них построены на основе аппаратуры, использующей "жесткую" логику. Лишь очень немногие системы (разработки Германии, Швеции, Японии) используют прог-раммно-яппзратные средства как в центре управления так и на линейных пунктах.

Современная система диспетчерского управления должна отвечать следующим требованиям:

- выполнять функции оперативного управления движением поездов посредством телемеханического взаимодействия с линейными устройствами СЦБ;

- обеспечивать полное информационное описание процесса управления на основе использования статических и динамических баз данных;

- обеспечивать возможность расширения полигона управления, а также введения новых функциональных возмоясностей;

- иметь удобный с эргономической точки зрения адаптивный интерфейс пользователя;

- отвечать требованиям программных и аппаратных интерфейсов общего назначения;

- обеспечивать возможность информационного обмена с другими управляющими системами как на своем уровне иерархии управления так и на более высоких уровнях;

- обеспечивать возможность совершенствования системы для перехода от автоматизированного управления к автоматическому.

Таким образом, эффективное управление в любой СУ движением поездов предполагает выбор управляющего решения на основе полной, оперативно изменяющейся, информационной модели управляемого про-

цесса. По существу, организация движения поездов требует формирования следующих информационных моделей и их взаимодействия:

- поездного положения, отражающую место, назначение, время эксплуатационных событий для каждого поезда:

- вагонного положения, отражающую характеристики каждого вагона. необходимые для технологических операций с ним;

- локомотивного положения, обеспечивающую данными организацию технологических операций, связанных с перемещением вагонов;

- состояния путевых объектов станции и прилегающих перегонов, обеспечивающую определение путей и моментов движения, характеристику условий движения;

- состояний технологических подразделений и технических средств системы оперативного управления, т.е. отражения этапов выполняемых технологических операций всеми подразделениями и их техническое состояние.

Очевидно, что для создания и оперативной поддержки этих моделей потребуется увеличить обьем информации, приходящей на центральный пост (ЦП) системы управления как от напольных объектов так и от альтернативных подсистем и уровней информационного обеспечения. В этой связи актуальной становится задача оптимизации и эффективного функционирования систем передачи сигналов ТУ-ТС, и информационного описания процесса управления. В тоже время, необходимо обеспечить сохранение или повышение достоверности передаваемой информации. Все эти задачи могут быть решены путем создания новой системы диспетчерского управления на новой элементной базе с учетом данных о реальных параметрах информационных потоков.

тивности функционирования системы сбора телемеханической информации.

Большинство современных систем ТУ-ТС используют для контроля состояния линейных устройств автоматики принцип циклического опроса. Интенсивность или частота такого опроса, пропорциональная времени цикла выбиралась, на основе двух критериев. Во первых, это технические возможности системы для передачи необходимого объема информации по существующим низкоскоростным линиям связи. Объем информации в данном случае задан количеством объектов, входящих в зону контроля. Вторым критерием является обеспечение достовернос-

была разработана методика измерения эффек-

ти контроля. Под достоверностью в этом случае понимается отсутствие потерь информации вследствие ограниченной скорости передачи, а не в результате действия помех в канале связи. Потери могут возникнуть в том случае, если время между двумя последовательными изменениями состояний объектов (этот параметр назван производительностью) будет меньше или равно периоду опроса. Повышение скоростей движения поездов неизбежно приводит к сокращенив этого времени для таких объектов как короткие рельсовые цепи, что может привести к снижению достоверности их контроля.

Построение новой системы передачи информации, ставящей целью оптимальное функционирование требует априорного знания о свойствах объектов контроля как источников информации. В системах телеуправления такой информацией является, состояние управляемых объектов. Однако, процесс съема, трансляции и приема этой информации получателем (решающим органом системы управления) должен отвечать требованиям достоверности. Одним из основных параметров, влияющих на достоверность является интенсивность контроля каждого объекта. Значение этой интенсивности лежит в пределах максимальной производительности объектов контроля как генераторов событий и пропускной способностью канала связи, приведенного к емкости системы.

Оценка этих границ для конкретной системы требует проведения измерений и вычисления следующих параметров:

- вероятности изменения состояния каждого объекта;

- интегральной оценки вероятности изменения состояния системы;

- средней интенсивности изменений состояний объектов;

- экстремальных показателей интенсивности изменений;

С целью получения наиболее достоверных данных измерения производились с использованием двух методик и двух измерительных средств. Первая методика предусматривала измерение интенсивности изменений состояний объектов контроля аппаратными средствами по совокупности объектов. Вторая методика за счет применения программно-аппаратных средств позволила исследовать статистические характеристики каждого объекта в отдельности. Результатом измерений является совокупность данных о среднем количестве изменений состояния каждого объекта контроля за цикл опроса системы ДЦ "НЕВА". Анализ результатов полученных по второму методу показал, что

характер апроксиммирукздеЯ кривой распределения случайной величина количества изменений состояния объектов за цикл оказался идентичным характеру распределения, выявленному первым методом. Сходство графиков подтверждает достоверность измерения с использованием обоих методов. Это в свою очередь дает возможность доверять результатам обработки данных исследования значений интенсивности и других параметров потока сообщений от объектов контроля, которые были недоступны при использовании первого метода (Рис.1).

Анализ результатов измерений интенсивности изменения состояния объектами контроля, а также их производительности, выраженные через коэффициент неравновероятности позволяет говорить о том, что объекты железнодорожной автоматики, как источники технологических сообытий обладают избыточностью, связанной с низкой энтропией и с неадекватным выбором периода контроля.

В третьем разделе проведен анализ видов информационной изба-точности и методов ее исключения. Создана классификация методов сжатия на основе существования четырех основных уровней представления информации: прагматического, семантического, синтаксического и физического (Рис.2). Это позволило выделить группу методов, применение которых возможно для передачи технологической информации о состоянии объектов контроля. Критериями выбора метода сжатия являются

- минимизация избыточности;

- простота выполнения процедура кодирования;

- ограниченность максимальной длины кодового слова;

- устойчивость метода к изменению параметров входного потока информации:

- сохранение уровня достоверности при одинаковых параметрах среды передачи;

Задача минимизации избыточности может Сыть успешно решена в том случае, если априорно известны статистические параметры источников сообщений. По результатам исследований, выполненных во втором разделе среда объектов железнодорожной автоматики, как источников технологической информации можно выделить два типа. К первому типу источников, составляющих множество А, относятся те, у которых вероятность нахождения в одном состоянии много больше вероятности нахождения в другом. Так как все объекты представляют собой бистабильные элементы или источники с мощностью алфавита

ЙМзтед 1 Я Мс-тол 2

Сргзкениэ рззультатоа, полученных двумя методами

Различные реализации распределения зачег.ий вероятности изменений зя цчкп

Рис.1

•

Классификация методов сжатия информации

{ По уроеняа» представления икфозмацяя

Устранение эквивалентных понятий

Выбор адекватного Karvea параметров процесса _

Допустимость »л еркш _информации_

Т\

Ёуфвриро ванные I системы

Оптимизация диапазона | Радзптушньм| [Статичосгио|

значений параметров j ^ ^

\ С лрадстайану.ем ¡

Кснтегстиов модеперооаяио

По порамвтру

оптимита»а«и

/ \

Поурооню По урогня

универсальмости псмвхоззакщенчости

По длина

кодового

слева

Поколичктеу I источкпгеа I

¿rxL

1дкн I [Множества! СУИУ1К J j mcwhwpbJ

} fio уровио «лаптаимм |

: Блочные [ j j Реравюмеэиые |

^Умиавосальиыв |

С «меняемый

Сфигоф-

КОДОВЫМИ ТаЗЛЯЦИИМ

1278 LLZW

Факсы группы 11

Статучоскио j [/даптмдующиося

Па типу

кггочшяа

Аеинхр. цаянич.

По структуре юдировглия

1 Варотиосжый | j Комбмтаоконый |

Кодурэвакив Хафф^гзча

Смрздатыа ¡

[УелаахичесЕ!*«» |

Прост»*» 1

Ьногоурсо1*??^

Рис. 2

Б-2. то для них характерно р(1)< Р(1.п- В то-жа время, среди элементов множества А существует подмножество А1 элементов, обладающих высокой производительностью I(А1).

Ко второму типу источников относятся элемент», составляющие гаонество В для которых Р(1)КР(1.1)- в СВ0!° очередь среди элементов множества В существуют элемента, образующие подмножество В^ с производительность» НВ^. причем 1(А1)>1(В)). Кроме того, в силу технологических особенностей, некоторые объекты имеют сильную взаимную кбрелляцкн. В этом случае, объединение таких элементов в источник с более развиты;.! алфавитом, позволяет рассматривать их как комбинаторные, у которых вероятность некоторых символов равна нуля. Для совокупного источника, включающего элементы из множеств А и В был разработан код. получивший название многоярусного.

Данный код можно рассматривать как вариант статистического кодирования и асинхронно-циклического способа передали информации в котором роль флага заявки на передачу выполняет первый бит. Этот способ кодирования открывает целый ряд многоуровневых адаптивных кодов.

Как было показано, возможно группирование отдельных объектов контроля в источники, обладающие более высокими потенциальшдш возио)шостя?ш с точки зрения сокращения синтаксической избыточности. Однако, такая группировка требует значительных предварительных знаний о характере функционирования системы в целом. Более предпочтительным был бы метод, позволяющий лишь по априорным вероятностям состояний объектов выполнять процедуру сжатия информации. Таким методом является кодирование, предложенное Хаффма-ном. В работе предложена методика построения данного кода в условиях систем реального времени. Создано программное средство ее реализации. Анализ реализаций данного кода при различных значениях вероятностей символов и различных длинах исходного кода позволил в дальнейшем применять к данному коду процедуры повышения достоверности.

Учитывая, что мероприятия по повышению эффективности функционирования систем диспетчерского управления и контроля затрагивают не только устройства передачи информации между линейными пунктами и диспетчерским центром, но и использование этой информации в процессе заработки управленческого решения, в работе было уделено внимание методам оптимального представления информации в па-

мяти компьютера.

В четвертом разделе исследована проблема обеспечения достоверности передачи информации, предварительно подвергнутой процедуре сокращения избыточности. В этой связи рассмотрены общие методы повышения достоверности передачи сообщений на всех уровнях представления информации. С целью их систематизации была разработана классификация.

Учитызая высокую эффективность скаткя при использования неравномерного кодирования, были предложены новые, а такке исследованы известные методы повышения помехоустойчивости при использовании этого вида кодирования. К ним относятся:

1. Модифицированный асинхронно-циклический способ. При реализации данного способа совокупность' состояний объектов каждой группы рассматривается как символ расширенного алфавита с длиной кодового слова кратной размеру группы. Полученный алфавит кодируется по методу Хаффмана. "Достоверность передачи сообщений при таком способе обеспечивается разработанными в ходе выполнения работы схемами накопления.

2. Метод сокращенного - алфавита. При определенных условиях сам неравномерный код такие обладает свойством коррекции сшибок. В раздело 4.1 было показано как избыточность влияет на корректирующие свойств;! блочных кодов через механизм кодового расстояния. Логично предположить. что и неравномерным кодам мокно придать тате свойства посредством сокращения рабочего алфавита. Исследования показывают, что исключения необходимо подвергать кодовые комбинации с одинаковым вероятностям;: появления. Полученное а результате среднее кодовое расстояние, приведенное к длине комбинации оказьщаотся больно -ча: при безазбыточном кодировании.

3. Третьи!.: способо:: является совместное кодирование. Оно осуществляет совкещлше процедуры неравномерного ц помехоустойчивого кодпрезанля в одной кодере. В случае кодирования с проверкой па четность, гсшко кодирования ХаКмана каздая полученная ходо-иая комбинация дополняется контрольны:.! Оптом з зависимости от четности полученного кода. Это уоелшшваат каадое кодовое слсьо

один бит. Расчеты иогсазшазт. что избиточкость такого способа для блочного кода всегда б<ш и», чем для кода ХЬОДзкз. Однако, простая проверка на чсгность дает очень каленьи::: прсцлгг оС-яару-«ивзешх овлбок. Еззюгпо дополнение этого способа кодирование:-!

длины неравномерного кода.

Вследствие высокой эффективности кодирования Хаффмана. была исследована идея, предложенная Хеммннгом как процедура раздельного кодирования. Первоначально, исходный алфавит на основе апостериорных вероятностей появления символов кодируется кодом Хаффиа-на. Из полученных кодовых слов формируется непрерывная кодовая последовательность, которая разделяется на блоки нужной длины. Полученные блоки перекодируптся с использованием известных методов помехоустойчивого кодирования. Избыточность такого способа кодирования будет равна:

К(Г.З)=1Мвл_+ плоп . (1)

где К5Л - избыточность одного блока:

Ядоп.- дополнительная избыточность всего сообщения, связанная с некратностыэ длины блока длине сообщения; II - количество блоков в сообщении.

Избыточность одного блока монет быть вычислена как:

где 1-пim - длина блока;

п - число информационных разрядов; л - число контрольных разрядов. Дополнительная избыточность формируется в последнем блоке вследствие того, что длина всего сообщения (без учета дополнительных разрядов) мояет быть не кратна длине блока. При ограниченной длине непрерывной последовательности и длине блока, гтревы-гаю^ейО.1 от длины последовательности, вносимая таким образом избыточность мо-кзт быть значительной. В работе было исследовано, как еффективность данного способа растет с ростом длиин сообщения (тлела блоков). Кяк было показано выше, в состав общей избыточности dходит избыточность, внесенная для nomrrmu пояехоустсйчн-гости. а тши избчточиость дискрзтнооти длины блока. Стаять да злачшш первой мечно линь задаваясь ypci;м шк'ехоустейчярости (кодовш раегджтен). Значение г.торей згрисит от того, ссвппл ли конец лосУг.гикя с гр»»ишей моча. В слут рпг-ног^роятешс егг'во-

лоб вероятность этого события для одного блока равна:

1

Р-—• (3)

п'

где гг - длина блока.

В случае неравновероятного алфавита, длина сообщения, длина исходного кодового слова п. размер блока и вероятности появления "О" и "1" в исходном коде могут быть различными. Вследствие этого эмпирическое представление о характере поведения остатка невоз-М02Я0. В то-же время известно, что величина остатка при каждом конкретном значении длины сообщения будет зависеть от того, какой символ появился на выходе источника последним и какой остаток был перед этим. Иными словами, если проследить за величиной остатка при появлении каждого символа, то зная вероятности их появления мы определим вероятность каждого значения остатка на любой длине сообщения.

Для оценки избыточности такого способа кодирования воспользуемся формулой расчета средней длины кода для значимых разрядов последнего блока.

я

СЛ0». -.ЗоР^Чп'-у. (4)

где - длина значимой части последнего блока при 1-м состоянии системы. Графики зависимости функции средней длины кода от длины последовательности показам на рис.3. Рассматривая реализации для различных длин блока, моашо сделать вывод, что типичным является изменение характера функции от значений вероятностей "О" и "1". Кроме того, учитывая, что процесс становится стационарным уае при малых длинах сообщений, общая избыточность, обусловленная избыточностью последнего блока будет линейно уменьшаться. Таким образом, основываясь на том. что при увеличении числа блоков добавочная избыточность будет линейно уменьшаться приближая результат к оптимальному, а также принимая во внимание тот факт, что мероприятия по повышению помехоустойчивости моим применять не к каждому блоку в отдельности, а к всей группе, можно считать этот способ наиболее эффективным.

Помимо мероприятий по повышению достоверности передачи сообщений, связанных с применением помехоустойчивого кодирования, бы-

t 5*d

u ii it л ti si ^ ^ i' >i № * в i e t » t z i

g а темфвншЦ

к (i ti » ii ti »i и nu u i t i a fi ► с г i

f » кюиа «ымиЯ

01 н ii и n ii rt ti n и » i * i • » г с t i

f m моиа wmftf

с; и M il «i и n ti ti il oí • * t » i t с г

I » CMOU9 CHPUtf

ли рассмотрены вопросы достоверного ввода информация от объектов контроля в разрабатываемую диспетчерскую систему на основе персональных компьютеров и микроконтроллеров (ДЦ-МПК), а также обеспечения доставки к управляемым объектам и реализации управляющих команд с высокой достоверностью.

В пятом разделе рассмотрены вопросы создания интегрированной информационной системы ЦДУ.

Развитие элементной базы систем Евлезнодороаной автоматики и телемеханики в условиях усложнения процесса управления движением поездов и повыиения его качестеа позволяет говорить о необходимости создания не просто систем управления подразделения!»! и службами железнодорожного транспорта, а о создании интегрированных средств информационного обеспечения процесса управления.

Создаваемая в рамках выполнения данной диссертационной работы система ДЦ-МПК позволяет объединить в ранках одной системы Функции четырех автоматизированных рабочих мест ДНЦ. ШЧД, ЭЧЦ и ДЩО.

Информационное обеспечение системы базируется на системе телемеханики с использованием микроконтроллерных устройств на станциях и устройства ввода/вывода канальной информации на центральном посту. Устройства СЦБ и электроснабжения подключены на линейных пунктах (ЛП) к контроллерам сбора информации. Эти контроллеры при помощи устройств передачи данных транслируют ее ка центральный пост. Аппаратура центрального поста состоит из устройств согласования с линией связи, устройства ввода вывода и компьютера на котором реализован АРМ ДНЦ. Этот компьютер подключен в локальную сеть, абонентами которой являются АРМы ДНЦО, ШЧД и ЭЧЦ. Протокол передачи по локальной сети организован так, что каждый абонент имеет доступ к той части информации, приходящей по линии связи, которая необходима ему для ведения технологического процесса. В тоже время, каждый абонент может получить информацию о ходе технологического процесса в АР1!е другой службы, при этом ему не требуется отслеживать всю логику событий. Учитывая, что весь информационный поток проходит через АРМ ДНЦ, его резервирование выполнено как с целью сохранения работоспособности всей сети так и с целью обеспечения ведения вычислений логических цепочек событий.

Применение современной элементной базы, какозой являйся мик-

роконтроллеры и персональные ЭВМ. позволяет получать новые функции систем телемеханического управления и контроля объектов железнодорожной автоматики. Наряду с традиционными функциями ДЦ, вследствие палых габаритов и энергопотребления, появилась новая возможность передислокации центрального поста такой системы Д1 в случае реконфигурирования структуры управления движением поездов или организации центра диспетчерского управления.

Для осуществления этой Функции в структуру о которой говорилось в разделе 5.1 необходимо добавить компонент, реализующий Функции компрессирования потоков информации от различных систем телемеханики для передачи ее в канал связи и декомпрессирования перед выдачей пользователям.

Задача оптимизации объема информации возникает в результате того, что передислокация касается как правило нескольких диспетчерских кругов, при этом это монет быть не только ди петчер слуя-би Д но и Ш. Э. Таким образом, требуется передать больший объем информации по линиям с прежней пропускной способностью и сохранением уровня достоверности. В разделе 4 было показано, что наиболее удобнкм и эффективным способом снятия информации с использованием процедур кодирования является раздельное кодирование Хафф-мана-Хеммилга. Вследствие этого при создании телемеханического концентратора, реализующего копрессирование данных использовался данный тип кодирования.

Создание программных алгоритмов и аппаратных средств, обес-печиваюют эффективную передачу или хранение информации является сложной задачей. Однако не менее сложной является задача реализации достоверной информации в исполнительном устройстве а также достоверный ввод данных в систему передачи. Ранее было показано, что с ростом эффективности (снижения избыточности) повивается вероятность ошибок при передаче или хранении информации. Обеспечение достоверного ввода-вывода информации осуществляется специализированными устройствами сопряжения УСО. Особенностью построения таких УСО является недопустимость отказов, приводящих исполнительный объект (ИО) в ложное активное состояние.

Основными видами избыточности, применяемыми в устройствах сопряжения для обеспечения достоверности ввода и вывода информации являются следующие:

1. Создание динамического алфавита.

2. Многократное повторение управляющего приказа.

3. Информационная обратная связь.

В ходе выполнения работы был разработан ряд устройств сопряжения. использующих описанные принципы.

В заключительном параграфе пятого раздела приведен технико-экономический расчет эффективности проведения мероприятий по переносу рабочего места диспетчера. ' В основе его 'лекит сравнение двух вариантов. С использованием существующей аппаратуры ЦП ДЦ и в случае применения диспетчерской системы на базе персональных

компьютеров и телемеханического концентратора. Расчет, проведенный с использованием данных реального участи показал сокращение капитальных вложений и эксплуатационных расходов при использовании второго варианта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертации, получены следующие основные результаты и выводы:

1. В работе показано, что для обеспечения эффективной работы систем управления движением поездов необходимо создание технических средств, позволяющих повысить информативность телемеханических сообщений без ухудшения параметров достоверности.

2. Разработана методика измерений информационных потоков в системах ГУ-ТС с использованием средств микропроцессорной техники, позволяющий производить измерения в процессе функционирования системы, что дает возможность создания адаптивных средств сокращения избыточности в телемеханических сообщениях.

3. Определены основные источники избыточности сообщений в системах железнодорожной автоматики и телемеханики и даны их основные характеристики.

4. Разработан новый способ кодирования с учетом вероятностно-статистических параметров источников сообщений.

5. Показано, что наиболее эффективным и просто реализуемым способом исключения избыточности на синтаксическом уровне представления информации является неравномерное кодирование по методу Хаффмана. Разработаны программные средства синтеза кода Хаффмана

и анализа его эффективности в разданных приложениях.

6. Проведен анализ способов повышения достоверности.передачи безызбыточной информации и показана эффективность раздельного кодирования.

7. Разработаны программные средства для измерения и анализа статистических параметров источников телемеханических сообщений, элементы АРМа центрального поста диспетчеров служб Э и Д, технические средства передачи технологической информации при переносе рабочего места диспетчера.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. СССР N1294682 МКИ B61L 23/16. Устройство для включения исполнительного реле железнодорожной автоматики и телемеханики /Илюхин Л.В.. Гавзоз Д.В. - N3792041/27-11; Зг"вл.20. 09. 84; Опубл. 7.03. .87, Бгал. N9.

2. A.C. СССР N1337305 МКИ B61L 19/14. Мажоритарное устройство для управления включением исполнительного реле железнодорожной автоматики и телемеханики / Илюхин М.В., Гавзов Д.В.-N4010036/27; Заявл.21.01.86; Опубл. 15. 09.87 Бюл. N34.

3. A.C. СССР Н1361050 1Ш B61L. Устройство сопряжения ЭВМ и исполнительного реле зселезнодорокной автоматики и телемеханики / Илюхин М.В., Гавзов Д. В.- Опубл.23.12.87. Бюл N47.

4. А.С. СССР N1357293 МКИ BS1L 23/16. Устройство контроля состояния рельсовых цепей / ДреПкан O.K., Гавзов Д.В.. Илюхин М.В,- 114092207/27-11: Заявл. 14.07.86. Опубл.7.12.87. Бюл. N45.

5. A.C. СССР N1393698 ЙШ BS1L 23/16. Устройство для декодирования импульсных сигналов электрической централизации. / Гавзов Д. В., Илйхин !,!. В. -Н3970550/27-И; Заявл. 28.10.85; Опубл. 8.01.88. Бал Н1.

6. A.C. СССР N1439009 МКИ B61L 19/14. Устройство для управления и контроля сигнальных огней светофора / Дрейман 0.К., Гавзов Д.В.. Илюхин М.В. - N4086026/27-11: Заявл. 2.07.85; Опубл. 22. 07.88.. ВЮЛ. N43.

7. Дрейман O.K., Гавзов Д.В., Илюхин М.В. Способы обеспечения и методика расчета показателей надежности и безопасности микропроцессорных систем железнодорожной автоматики.- Деп. в ЦНИИ ТЭИ МЛС 28.01.88,- N4320 -с115.

8. Г'авзов Д. В.. Илюхин Н. В. Анализ и классификация мажоритарных элементов и способов их адаптации.- Деп. в ЦНИИТЭИ МПС от 14.099.87.-N4258. Указатель ВИНТИ 83г. Н.4 стр.155.

9. Гавзов Д.В., Дрейман 0.К.. Илюхин И.В. Аппаратный контроль безопасности действия микропроцессорных систем железнодорожной автоматики и телемеханики // тр. ин-та / УЭМИИТ, -1988.-С.38-43.

10. Дрейман O.K.. Гавзов Д.В., Илюхин М.В. Телемеханические устройства сопряжения с объекта:® управления микропроцессорной централизации стрелок и сигналов // тр. ин-та / ЛИИКТ, 1988.-С. 8-14.

11. Гавзов Д.В., ИлюхинЬ!.В., Ничипоренко А.Н. Диспетчерская централизация на программируемой элементной базе//Автоматика, телемеханика и связь. -1991.-N12.-С. 17-19.

12. Гавзов Д.В., Илюхин М.В., Кошелев A.n.. Петровская О.В. Проблемы создания телемеханической сети для АДЦУ//Автоматика. телемеханика и связь. - 1991. -N12.-С.10-12.

13. Дрейман O.K., Гавзов Д.В., Илюхин М.В. Бесконтактные устройства сопряжения микропроцессорных систем железнодорожной автоматики с напольными объектами // Автоматика, телемеханика и связь. - 1991. - Н1. - С.12-14.

14. Илюхин Н.В. Применение персональных ЭВМ для автоматизации управления движением поездов. Тез. докл. науч. конференции "Применение микропроцессоров, иикро и персональных ЭВМ", föiacc, 1990г.

15. A.c. СССР N14599S1 ИКИ B61L 19/14. ФазочувствительньЯ путевой приемник / Гавзов Д.В., Илюхин М.В.- N4161691/27-1-1; За-явл. 12.12.86; Опубл. 23. 02.89, Бюл. 117.

16. А. с, СССР N1439008 ЙКИ BS1L 19/14. Устройство для управления стрелкой / Дрейман O.K.'. Гавзов Д.В., Илюхин М.В.-N408602S/27-11; Заявл.2. 07.86; Опубл.23. И. 88, Бюл. N43.

17. A.c. СССР N1588615 НИИ B61L 19/14. Какэритарное устройство управления включением исполнительного реле железнодорожной автоматики и телемеханики / Гавзов Д.В., Илюхин М.В., Сосновская Е.Г.- N4289412/11 Заявл. 27. 06.87; Опубл. 25.10.90. Бюл. N32.

18. Максаков С.А., Масалович Г.Б., Алексеев Б.М.. Дрейман O.K., Ефимов В. Ю.. Марков Д. С., Гавзов Д.В., Илюхин М. В., Кошелез А.П. Перспективные средства диспетчеризации управления движением

поездов//Перспективы совершенствования систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи на Октябрьской железной дороге и Ленметрополитене/ Тез. науч. -практич. конференции ЛИИЖТа, Октябрьской я. д. и Ленметрополитена-Л: ЛИИКГ.-1990.-С. 13-15.

19. Дрейман O.K.. Коиелев А.П., ГавзовД.В., ИлкхинМ.В., Машков С.В.. Легаш Г.А. Структура построения сети обмена информацию системе АДЦУ Октябрьской железной дороги//Перспективи совершенствования систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи на октябрьской железной дороге и Ленметрополитене/ Тез. науч. -практич. конференции ЛКИЖГа, Октябрьской в. д. и Ленметрополи-тена-Л: ЛИШ.-1990.-С. 9-12.

20. Отказоустойчивость и безопасность микропроцессорных систем автоматики и телемеханихи/Дрейман O.K., Гавзов Д.В.. Марков Д.С., Котельников Д.И.. Илюхин М.В., Горбунов Б.Л./Методические указания-Л: ЛИИНТ.-1990.-40с.

21. Гавзов Д.В.. Горбунов Б. Л., Илюхин М.В.. Павлов A.C. Инфракрасный датчик контроля стрелсчно-путевых участков //Автоматика. телемеханика и связь.-1990.-Н8.-С.9-11.

22. Дрейман O.K., Гавзоз Д.В., Илюхин М.В. Сопряжение микропроцессорных систем железнодорожной автоматики с напольным объектами // Автоматика, телемеханика и связь" N12 90г.

23. A.C. СССР 111478239 МКИ B31L 19/14 Устройство циклической синхронной с временным разделением каналов системы телемеханики для электрической централизации стрелок и сигналов / Дрейман •O.K., Гавзов Д.В., Илгохии М.В. N4248531/27-11 Заявл. 19.05.87, Опубл. 07. 05.89. Ей Л. N17.

24. A.C. СССР N1794753 МКИ B61L 23/16. Устройство для контроля участка рельсовой линии / Гавзов Д.В., Горбунов Б.Л., Илюхин И.В.. Павлов A.C. N4772838/11 Заявл.22.12.89. Опубл. 15.02.93.

25. A.C. СССР ¡51794754 !Ш B61L 23/16. Устройство для контроля участков рельсовой линии / Гавзов Д.В.. Горбунов Б.Л.. Илюхин М.В. . Павлов A.C. 114772839/11 Залил. 22.12.89, Опубл. 15.02.93.

26. Илюхин М.В. Об оценке качества функционирования систем сбора и передачи технологической информации. Тезисы конф. "Методы оценки свойств информации и качества функционирования информационных систем". Софриио. -1992.

27. Сапо;:зшков Вл.В., Сапожников В. В.. Гавзов Д. В.. Талалаев В.И., Наседкин 0. А., Илюхин М.В.. Котельников Д. М. Безопасность

железнодорожной автоматики и телемеханики. Методы и принципы обеспечения безопасности микроэлектронных СКАТ. Руководящий технический материал. Издание официальное. С-Петербург 1994г.

28. Диспетчерская централизация на микрокомпьютерах / Дрей-ман О.К.. Гавзов Д.В.. Илюхин М. В. / Методические указания-СПб: ПГУ ПС.-1992.

29. Инфракрасный датчик контроля свободности участка пути / Гавзов Д.В., Горбунов Б.Л., Илюхин И.В.-Информационный листок N977-89. Л.: ЛВДГИ. 1989г.- 4с.

30. Устройство диагностирования инфракрасных датчиков / Гавзов Д. В.. Горбунов Б.Л.. Илюхин И.В.- Информационный листок N89-244. Л.: ЛЦНТИ, 1989г.-Зс.

31. Циклическая станционная система телемеханики / Дрейман O.K. .Гавзов Д.В.. Илюхин М.В.-Информационный листок N87-93. Л.: ЛЦНТИ. 1987г.-4с.

Илюхин Михаил Вячеславович

Подписано к печати -f^./O, 1996 г.

Формат 60x84 1/16 Бумага для множ. апп. Печать офсетная. Усл. печ. л.<;з,Тираж 100 Заказ N -9 ¡2. Бесплатно.

РТП ПГУ ПС С-Петербург. Московский пр., 9