автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Методы реконструкции устройств сигнализации на железных дорогах Польской Народной Республики

ВВЕДЕНИЕ

1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СИГНАЛИЗАЦИИ С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПОЛЫНИ.

1.1. Характеристика сети железных дорог в Польше.

1.2. Система световой сигнализации на транзитных линиях дорог-участниц Организации Сотрудничества Железных Дорог

1.3. Скоростной принцип светофорной сигнализации на польских железных дорогах

1.4. Изменения в сигнализации при вводе больших скоростей

1.5. Требования, предъявляемые к дальности видимости световых сигналов

Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СВЕТОФОРОВ ЖЕЛЕЗНЫХ

ДОРОГ ПОЛЬШИ.

2.1. Устройство оптической системы линзовых светофоров

2.2. Анализ оптической системы железнодорожных светофоров

2.3. Фактическая дальность видимости сигнального показания

Выводы

3. ВЫБОР СИГНАЛЬНЫХ ЦВЕТОВ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СВЕТОФОРОВ

3.1. Факторы, влияющие на восприятие сигнальных цветов

3.2. Цвето- и световосприятие человеческого глаза .

3.3. Влияние звуковых раздражителей.

3.4. Влияние природных условий.

3.5. Влияние физиологических факторов.

3.6. Время реакции машиниста. ИЗ

3.7. Сигнальные цвета в системе цветовых координат.

3.8. Определение цветовых характеристик польских железнодорожных линз.

Выводы

4. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИЙ ПРИ ВВЕДЕНИИ СКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ.

4.1. Выбор систем сигнализации.

4.2. Методика расстановки сигналов

Выводы.

Решениями IX Чрезвычайного съезда Польской Объединенной Рабочей Партии (ПОРП) перед железнодорожным транспортом Польской Народной Республики (ПНР) поставлена задача увеличения объема грузовых перевозок и роста пассажиропотоков, повышения пропускной и провозной способности станций и участков, увеличения скоростей движения, модификации действующих устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Для этого необходимо проведение комплекса научно-технических проблем, включающих вопросы безопасности движения, надежности и эффективности работы систем управления: автоматической и полуавтоматической блокировки (АБ и ПАЕ), диспетчерской централизации (ДЦ) и электрической централизации (ЭЦ) стрелок и сигналов, автоматической локомотивной сигнализации (МС).

Программа технической модернизации железных дорог страны исходит из необходимости постепенного повышения скорости движения поездов на действующих линиях до 120-140 км/ч, а на некоторых линиях до 200 км/ч и выше.

Намечаемое повышение скоростей требует приспособления системы сигнализации с целью обеспечения соответствующей информации машинисту.

За последние годы в большинстве зарубежных стран развернута большая работа по повышению скоростей движения пассажирских поездов.

Особенно серьезные теоретические и практические изыскания в этой области осуществлены в таких странах, как ССОР, Франция, ФРГ, Англия, США и Япония.

В современных условиях работы железнодорожного транспорта СССР достигнуты весьма значительные скорости движения. Это осуществлено на линии Москва-Ленинград, по которой ходят пассажирские поезда со скоростью 200 км/ч. Для обеспечения совместного обращения скоростных поездов с рбычныш пассажирскими и грузовыми, в дополнение четырехзначной автоматической блокировке перегоны и станции оборудуются многозначной локомотивной сигнализацией, электрической централизацией стрелок с использованием подвижных крестовин.

Национальное общество французских железных дорог занимает среди железных дорог европейских стран ведущие позиции в области скоростного сообщения. Поезд TGV развивает скорость 260 км/ч, регулирование движением осуществляется с помощью семизначной сигнализации, которая по кабельным шлейфам передается в кабину машиниста. Кроме того, имеется возможность передавать другую информацию.

Большой интерес представляют устройства, применяемые на сверхскоростной линии Новая Токайдо в Японии. Здесь полностью исключены напольные сигналы, а автоматическая система контроля движения поездов и централизацию управления выполнена на базе электронно-вычислительной машины (ЭВМ) - C0MTRAC , которая контролирует все функции и в случае каких-либо нарушений оптимизирует и осуществляет необходимые меры вплоть до корректировки графиков движения.

Развитие сигнализации на железных дорогах ПНР должно учитывать повышение скоростей движения в сочетании с ростом грузо- и пассажирооборота, а также необходимость облегчить условия работы на посту и локомотивных бригад.

В настоящее время на железных дорогах Польши вопросу совершенствования светофорной сигнализации для скоростного транспорта не уделено еще соответствующего внимания.

Отдельным вопросам были посвящены научные исследования, выполненные сотрудниками Центрального проектного института железнодорожного транспорта (ЩШЖТ) в Варшаве.

Вопросы оптики светофоров освещены в трудах Станислава Высоцкого, Ежи Ратау, Ежи Кпашика, Ежи Юращика; вопрос дальности видимости рассмотрен Марией Лонцкой и Мареком Бонковским; вопрос восприятия сигналов исследовали Малгожата Зажицкая и Богуслав Хубицкий.

Большое внимание вопросам светофорной сигнализации было уделено в СССР. И.Х.Озолинг уже в 40-ых годах исследовал вопросы сигнализации при скоростном движении поездов. Этими вопросами также занимались К.П.Белов, Н.В.Лупал, Н.Н.Мозжухин, Б.Н.Пушка-рев, В.Г.Рачкова и другие.

Основы современного состояния вопроса светофорной сигнализации заложены трудами В.Ф.Малинского, А.А.Леонова.

В работах Р.Н.Фролова, Г.Г.Слюсарева, а также Ф.Бенфорда исследованы основы оптических систем светового излучения, причем вопросам структуры светового пучка двойных линзовых систем с профилем Френеля посвящены работы Н.А.Карякина, а цветоизлучению железнодорожных светофильтров - работы Л.И.Демкиной, Н.Г.Федорова, В.Л.Гинзбург.

Вопрос физиологических способностей восприятия светоцвето-вых показаний человеком и влияние ряда факторов на их опознание занимает особое место в научных разработках: С.В.Кравкова, К.Х.Кекчеева, В.Г.Соколова, Е.И.Бойко, В.Ф.Ломова, В.О.Дегтярева.

Значительное внимание вопросам светофорной сигнализации при высокоскоростном движении уделил А.В.Шишляков.

Тем не менее многие вопросы реконструкции сигнальных приборов на железных дорогах Польши в связи с введением скоростного движения поездов требуют еще рассмотрения. К этим вопросам относятся следующие:

1. Анализ системы сигнализации, применяемой на железных дорогах Полыни.

2. Определение основных путей развития сигнализации при повышении скоростей движения поездов,

3. Выявление недостатков, присущих светофорной сигнализации на железных дорогах ПНР.

4. Совершенствование оптической системы польских светофоров с учетом опыта работы железных дорог других стран.

5. Разработка метода расчета оптической системы линзового комплекта применительно к польским светофорам.

6. Определение факторов, влияющих на восприятие сигнальных показаний в условиях скоростного движения поездов.

7. Рациональный выбор сигнальных цветов для железнодорожных цветных линз.

8. Разработка способа расстановки проходных светофоров автоблокировки при четырехзначной сигнализации для железных дорог Польши.

9. Разработка рекомендаций по совершенствованию Инструкции по сигнализации на железных дорогах Польши.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Повышение скоростей движения поездов требует увеличения значности сигнализации для передачи машинисту необходимой информации. При организации движения поездов со скоростями выше 140км/ч необходимо использование автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия.

2. Сигнализация на польских железных дорогах требует значительных изменений (снятие большого количества повторительных светофоров на перегоне, улучшение переездной сигнализации, изменение оптической системы светофора и совершенствование ламподержателя), которые предложены в работе.

3. Применяемая на железных дорогах Полыш методика определения дальности видимости не соответствует современным условиям, требует нового подхода в условиях скоростного движения поездов.

4. Требования единой системы сигнализации для дорог-участниц ОСДЦ позволяют поставить на обсуждение вопрос о совершенствовании геометрии линз и химического состава цветных линз, целесообразности централизованного их производства, что в свою очередь позволит устранить недостатки линз, вызванные существующими способами штамповки и отжига.

5. Недостатки линзового комплекта, снижающие силу света, можно определить на основе предложенного в работе физико-математического расчета-оптической системы линзового комплекта. Б итоге полученных результатов можно оценить правильность геометрии поверхностей линз и построить индикатрису светораспределения светофора.

6. Анализ факторов, влияющих на четкое и надежное восприятие сигнала машинистом позволил определить цветовые границы трехцветной системы координат ХУ2 , которым должны отвечать железнодорожные цветные линзы.

7. Учитывая, что в ближайшие годы на дорогах ДВР найдут применение скоростные поезда (при смешанном движении), нужно рекомендовать использование четырехзначной системы автоблокировки.

В диссертации приведен разработанный автором способ расстановки сигналов при этой системе.

I. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СИГНАЛИЗАЦИИ С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ

ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПОЛШИ

- 157 -ВЫВОДЫ И ПЩРОЖЕНИЯ

1. Удовлетворение потребностей народного хозяйства ПНР во всех видах транспортных перевозок требует совершенствования систем железнодорожной автоматики и телемеханики и, в частности, системы сигнализации.

2. Применение светофорной сигнализации на железных дорогах ПЕР в условиях повышения скоростей движения и роста грузо- и пас-сажирооборота требует научного обоснования . модернизации устройств сигнализации.

3. На основе анализа системы светофорной сигнализации дорог-участниц ОСДЦ выявлены недостатки, присущие действующей на дорогах Польши сигнализации, установлены возможности улучшения способов передачи необходимой информации машинисту. Собранный материал может быть использован при переработке "Инструкции по сигнализации" и "Правил проектирования устройств СЦБ" для железных дорог ПНР.

4. Развитие устройств автоматики и телемеханики должно включать в себя увеличение значности сигнализации, практическая реализация которой может быть осуществлена в условиях "Единой скоростной системы сигнализации", утвержденной ОСВД.

5. Причинами, вызывающими снижение силы света и следовательно фактической дальности видимости польских светофоров являются: а) неточное расположение составных элементов оптической системы линзового комплекта светофора; б) невысокое качество изготавливаемых цветной и бесцветной линз; в) неправильная геометрия поверхностей внутренней и внешней линз; г) неточный выбор спектрального состава цветных линз. Эти причины установлены на основании экспериментальных исследований и расчетов оптической системы.

6. Учитывая международный характер железнодорожного движения, целесообразно в рамках ОСЗД поставить вопрос о совершенствовании оптики светофора, централизации изготовления линз и улучшения производства отдельных элементов светофора.

7. Предложенный в диссертации метод расчета оптической системы линзового светофора позволяет построить индикатрису светового рассеяния и дает возможность определить потери светового потока, а также наметить пути совершенствования геометрии и методов изготовления ступенчатых линз.

8. Применяемые на железных дорогах Польши рассеивающие линзы имеют лишь угол рассеяния 30°, что привело к появлению большого количества повторительных светофоров на перегонах. Разработанный метод расчета и основанные на нем предложения позволяют расширить применение рассеивающих линз и исключить или уменьшить необходимость в повторительных светофорах. Это улучшит условия вождения поездов и уменьшит затраты на сигнализацию.

9. Принятая на железных дорогах Польши методика расчета дальности видимости огней светофоров дает заниженные результаты. Это в основном объясняется тем, что она не учитывает цветовых различий в пороговой освещенности. Поэтому необходима более точная методика, позволяющая учесть разнообразные факторы, влияющие на дальность видимости.

10. Установлены факторы, имеющие влияние на быстрое и надежное восприятие сигнального показания с повышением скоростей движения. Они могут быть трех видов: связанные с состоянием человека, зависящие от характера сигнала, а также определяемые внешними условиями, прямо или косвенно влияющими на организм человека.

11. Безопасное ведение поездов зависит от состояния здоровья машиниста, остроты его зрения, возраста, концентрации внимания, уровня физиологической нагрузки на организм. Поэтому необходимо усилить требования к качеству отбора машинистов для скоростных поездов, а также к медицинскому контролю за состоянием здоровья машинистов.

12. Вопрос о видимости сигнала и его четком восприятии из множества других цветовых раздражителей сводится к определению наилучших фотометрических и колориметрических характеристик сигнального показания. Знание этих характеристик позволяет выполнить основное требование, предъявляемое к системе сигнализации - повышение безопасности движения.

13. Работа машинистов скоростных поездов и безошибочное восприятие сигнального показания зависят от внешних условий, таких как: звуковые раздражения, вибрации, время года и время суток, яркость и контрастность фона, метеорологическое состояние атмосферы, высота расположения над уровнем моря. Все изложенные факторы заставили пересмотреть границы цветовых областей для сигнальных огней с учетом специфических условий на железнодорожном транспорте .

14. Анализ выбора сигнальных огней был проделан путем сопоставления кривых: коэффициента световой чувствительности глаза, цветовой чувствительности со звуковым и без звукового раздражения, пороговой освещенности световосприятия и цветоразличения и дифференциального порога чувствительности глаза в зависимости от длины волны. На основании этого предложены границы цветовых областей с длиной волн: фиолетовый (430-450) шл, зеленый (520-540) нм, оранжевый (590-600) шл, красный. (640-700) нм.

15. При повышении скоростей движения поездов приобретает большое значение время восприятия сигнала, так как за это время поезд проходит значительное расстояние. При скорости поезда до 140 км/ч следует рекомендовать установку четырех оповестительных щитов перед каждым предупредительным и проходным сигналом, чтобы облегчить подготовку машиниста к восприятию сигнального огня. При введении скоростей выше 140 км/ч необходима автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа.

16. Обеспечение безопасности движения с вводом высоких скоростей выдвигает новые требования к светофорной сигнализации,особенно на тех участках, где будет реализовано смешанное движение. Практическим разрешением этого вопроса может быть вождение обыкновенных грузовых и пассажирских поездов по показаниям напольных светофоров, а высокоскоростных поездов - по показаниям локомотивной сигнализации, которая должна быть многозначной.

17. Впервые предложена методика расстановки светофоров четырехзначной автоблокировки для железных дорог Полыни. Для проверки длин блок-участков по тормозным путям разработан способ построения тормозных вееров для грузового и пассажирского поездов с учетом их скоростных характеристик. Это дополняет методику расстановки светофоров трехзначной автоблокировки, принятую на железных дорогах ПНР.

1. Hateriaiy 1. Nadzvvyczajnego Zjazdu PZPR .Warszavva. Ksigzka i Wiedza, 1931.

2. Mindur. IVstçpne tezy gospodarczcj refarmy w transporcie.-Przeglgd komunikacyjny. 1981, N° 7/8, s. 250-254.

3. Problemy transportu na 9 Nadzvvyczajnym Zjezdzie PZPR.- Przeglgd komunikacyjny. 1981, № 7/8, s.241-250.

4. Olejniczak K. Sytuacja vi przeivozach kolejowych.- Eksploatacja kolei. 1982, № 2, s. 25-29.

5. Рульнова E.H., Сергушев B.M. lie лезно дорожный транспорт ПНР. -Труды Института Комплексных Транспортных Проблем при Госплане СССР. 1978. Вып.55, с.8-15.

6. Szot Z. Chvvieduk Д. Dastosovvanie niektôrych linii PKP do prçdkoéci 120,140,160 кш/h.- Problemy kolejnictwa COBiRTK. 1979, № 85, s.90-109.

7. Program wdrozenia zwiçkszonych szybkosci na sieci PKP i jego realizacja. Ministerstwo Komunikacji. Warszavva.: CZUK,1973. d.10-25.

8. Przystosovvanie kolei do zvviçkszonych szybkosci i duzych prze-wozovv. Praca Zbiorowa. Warszavva.: WKi-t, 1969.- 395 s.

9. Kierunki i program rozwoju automatyki kolejowej na lata 19721985. Ministerstwo Komunikacji. Warszavva.: WKi-t, 1972. 36s.

10. Ю.Груль В. Новая система световой сигнализации участниц ОСВД. -Бюллетень 0С2Щ, 1959, й I, с.4-8.

11. Пястовски Е. Современная единая система световой сигнализации для дорог участниц ОСВД. Бюллетень ОСДЦ, I960, $ 5, с.12-14.

12. Kryszczynski Т, Miksza Е. Sygnalizacja jazd pociçgôvv z szybkoé-cig 60 km/h. Przeglgd kolejoivy elektrotechniczny. 1974,4, s. 4 9.

13. Karaé St. Rola sygnalizacji w ruchu pociggowym.- Przeglgd kolejovvy elekt rotechniczny. 1960, № 7, s.193 - 197.

14. Karaá St. Zasady sygnalizacji éwietlnej día pociggów.-Przeglgd kolejovvy elekt rotechniczny. 1962, № 3, s.65-67.

15. Bobrowski 0. Novva sygnalizacja szybkoáci na PKP. Przeglgd kolejowy - elektrotechniczny. 1965, № 12, s. 376 - 380.

16. Lewandovvski Z. Mierzejewski E. 0 nowelizacji przepisów sygnalizacji na PKP. Przeglgd kolejovvy - elekt rotechniczny. 1970, № 9, s.8 - 15.

17. Przepisy sygnalizacji na Polskich Kolejach Parístwowych. El. l'/arszavva. : WKi-t, 1970. 221 s.

18. Wysocki St. Próby z sygnalizacji migovvg. Przegl^d kolejovvy - elektrotechniczny. 1959, № 8/9, s. 265 - 267.

19. PN-69/K-02057. Skrajnie budowli. Koleje normalnotorowe.

20. Малинский В.Ф. Улучшение видимости сигнальных огней светофоров . в кривых участках пути. М.: Транспорт, 1966. 18 с.

21. Малинский В.Ф. Улучшение световой сигнализации на железнодо-. рожном транспорте. М.: Транспорт, 1970. 48 с.

22. Новиков М.А., Степанов Н.М. Автоматическая сигнализация на переездах и искусственных сооружениях. М.: Транспорт, 1982.136 с.

23. Proyecto de reglamento de señalización. MITRANS. Habana.: 1981. 52 pog.

24. Dgbrovva-Bajon N. Kierunki rozwoju liniovvych urzgdzen zabezpie-czenia ruchu kolejovvego na PKP. Przeglgd kolejovvy - elektro-techniczny. 1973, bP 5 i № 7, s.28 - 30 i s.13 - 18.

25. Венер Л. Системы сигнализации для новых железнодорожных линий. Железные дороги мира, 1983, № I, с.67-73.

26. Венер Л. Сигнальная техника будущего средство удешевления организации эксплуатационной работы. - Железные дороги мира, 1982, Jß 3, с.2-8.

27. Przepisy projektowania urzgdzeri zabezpieczenia ruchu kolejo-vvego ЕЮ. Dziennik Urz^dovvy Ministerstwa Komunikacji № 23 z 1971, poz.184.

28. Blaszczyk 3. Zagadnienia optyki kolejoivych sygnaiow swie-tlnych.- Przegl^d kolejovvy elektrotechniczny. 1968, № 2 s .58 - 63.

29. PN-79/B-13065. Szklo sygnalizacyjne. Soczewki Fresnella.

30. PN-68/N-02320. Barwy sygnaiow swietlnych. Wymagania ogolne i metody pomiaru.

31. Карякин H.A. Прожекторы. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1944. 456 с.

32. Карякин H.A. Световые приборы. М.: Высшая школа, 1975. -335 с.

33. Фролов Р.Н. Электрические прожекторы и их использование. М.-Л.: . Госэнергоиздат, 1933. 368 с.

34. Бенфорд Ф. Теория прожектора. Объединенное научно-техническое издательство. Главная Редакция Энергетической Литературы, 1935. 226 с.

35. BN-77/3506-32. Latarnie sygnaiovve i semafory svvietlne ka-rzeikowe EHA-1. Urzgdzenia zabezpieczenia ruchu kolejowego. §rodki transportu szynovvego.

36. Baiuch H. Diagnostyka nawierzchni kolejowej. Warszavva.: WKi-t, 1978. -455 s.

37. Озолинг И.Х. Оптическая железнодорожная сигнализация. Теория и практика. М.: Трансжелдориздат, 1938. 216 с.

38. Озолинг И.Х., Момма А. Светофорная сигнализация. Восьмой сборник. М.: ПГИЗ-Гострансиздат, 1931. 36 с.

39. Белов К.П. Световые сигналы и их обслуживание. М.: Трансжел-дориздат, 1940. 114 с.

40. Белов К.П. Световые сигналы на железных дорогах. М.: Трансжел-дориздат, 1952. 142 с.

41. Вахнин М.Н., Влодавский М.Н., Ильенков В.И., Котляренко Н.Ф., Майшев П.В. Автоматика и телемеханика на перегонах. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1957.436 с.

42. Котляренко Н.Ф. (ред.), Шишляков A.B., Соболев Ю.В., Скры-тин И.З., Шишляков В.А. Путевая блокировка и авторегулировка. 3-е изд. М.: Транспорт, 1983. 408 с.

43. Kubicki B. Ergonomiczne badania percepcji obrazöw sygnalowych przez maszynistöw pojazdöw trakcyjnych przy duzych pr§dkos-ciach. Problemy kole jnictvva COBiRTK. 1980, № 78/79, s.68-76.

44. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для . инженеров.и учащихся втузов. М.: Наука, 1964. 608 е.,

45. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света. М.: Энерго-атомиздат,.1983. 384 с.

46. Ефремова Т.К., Лисицын В.П. Исследование причин пррездов запрещающих сигналов.-Вопросы охраны труда на железнодорожномтранспорте. Труды НИИЖТ, 1974, вып.160, с.40-56.

47. Кекчеев K.S. Ночное зрение. М.: Советская наука, 1946. 125 с.52,53