автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка и применение технологии, алгоритмов и устройства автоматизированной идентификации подвижного состава на железнодорожных станциях

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОДНОГО ТРАНСПОРТА

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ, АЛГОРИТМОВ И УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЯХ

Специальность: 05.13.07 - автоматизация технологических процессов

и производств (транспорт)

На правах рукописи

ФИЛИПЧЕНКО Сергей Анатольевич

УДК 656.212.5.073

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических Наук

МОСКВА - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ И

СПОСОБОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ ..................................................8

1.1. Анализ достижений в области автоматического съема информации с подвижного состава...............................................................................8

1.2. Развитие теории и практики в области разработки динамических вагонных моделей..................................................................................12

1.3. Цели и задачи исследования ..................................................................15

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К КОМПЛЕКСУ

УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.........................................................................20

2.1. Технология регистрации вагонов на станции.........................................20

2.2. Общие технические требования и требования к составу комплекса устройств.................................................................................................26

2.3. Требования по функциональному составу комплекса..........................27

2.4. Требования к надежности, безопасности и условиям эксплуатации комплекса...............................................................................................29

3. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ С ВАГОНАМИ НА

СТАНЦИЯХ.................................................................................................31

3.1. Определение общего подхода к решению проблемы...........................31

3.2. Методика расчёта оптимальной очередности обслуживания грузовых фронтов.................................................................................................34

3.3. Особенности решения задачи при наличии дополнительных условий.................................................................................................46

3.4. Алгоритм расчёта очередности подачи вагонов при занятости

отдельных фронтов..............................................................................51

4. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ТЕХНОЛОГИИ, АЛГОРИТМОВ И УСТРОЙСТВ

* АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА СТАНЦИЯХ...........................................................................54

4.1. Разработка алгоритмов комплекса устройств автоматизированной идентификации подвижного состава.....................................................54

4.2. Перечень информационных технологий автоматизированной идентификации подвижного состава......................................................57

4.3. Автоматизированная технология регистрации вагонов

на сортировочной станции....................................................................59

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.........................................................................64

5.1. Анализ опыта внедрения комплекса на станциях.................................64

5.2. Методика расчета экономической эффективности комплекса..............65

5.3. Расчёт экономической эффективности от внедрения

комплекса..............................................................................................69

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................74

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................76

ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................................................................82

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ УСТРОЙСТВ ¿2

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА. ££

ВВЕДЕНИЕ

В "Основных направлениях развития и социально-экономической политики железнодорожного транспорта на период до 2005 года" [1], определены приоритетные научные и практические задачи в области информатизации и информационных технологий, в том числе:

"......- внедрение систем автоматического съема информации с подвижного

состава и устройств автоматики, электронного документооборота;

- создание информационной среды, отражающей состояние всех объектов железнодорожного транспорта на основе динамических моделей в реальном масштабе времени и обеспечивающей необходимой информацией всех пользователей."

На решение этих приоритетных задач железнодорожного транспорта и направлено данное исследование.

В настоящее время все технологические операции, выполняемые с вагонами на железнодорожных станциях, непосредственно связаны с регистрацией номера вагона, его места дислокации, технических, технологических и коммерческих характеристик. В полном станционном цикле от прибытия до отправления номер вагона регистрируется многократно и фиксируется в многочисленных документах. Из-за отсутствия технических средств, способствующих ускорению регистрации, контроля, обработки, передачи номера вагона и сведений о нем, наиболее массовые технологические операции на станциях выполняются при низкой достоверности данных и со значительным опозданием от момента их свершения.

Разработки различных систем автоматической идентификации подвижного состава ведутся в России и за рубежом уже более 30 лет.

На железных дорогах США автоматическая идентификация внедряется с 1991 года на основе микроволновой системы фирмы АпЦес11, ре-

комендованной международной организацией стандартизации ISO. В ходе внедрения системы в США для оснащения 1,4 млн. грузовых вагонов и 22 тыс. локомотивов опознавательными маркерами американским железным дорогам потребовалось израсходовать в течение 3 лет около 300 млн. дол. при стоимости оборудования одной единицы подвижного состава в 130 дол. В целом расходы на создание системы автоматической идентификации подвижного состава составили 400 млн. дол. [21].

В России разработана система автоматической идентификации контейнеров и подвижного состава ПАЛЬМА Государственным центральным научно-исследовательским радиотехническим институтом (ГосЦНИРТИ). По техническому исполнению система ПАЛЬМА аналогична системе фирмы Amtech и отвечает международному стандарту ISO-10374 [23]. Но для внедрения системы на РЖД требуются очень большие первоначальные капиталовложения. Кроме того, широкому внедрению этой системы препятствует недостаточный уровень развития сетей передачи данных на станциях.

Так как решение проблемы автоматического считывания информации с подвижных объектов на РЖД откладывается на неопределённое время, то для повышения эффективности работы станций автором предлагается комплекс автоматизированной идентификации подвижного состава, предназначенный для автоматизированного ввода оператором номеров вагонов, номера пути и другой служебной информации, с последующей передачей ее через выделенные радиоканалы в пункты приема для обработки на базе динамической вагонной модели железнодорожной станции.

Для эффективного управления требуется автоматизировать не только процессы ввода, передачи, контроля и регистрации номеров вагонов, но также и процессы планирования и регулирования работы станции. С этой целью необходимо разработать математическую модель работы с вагонами

на станции на основе достижений математической и железнодорожной науки.

Исследования в области моделирования работы железнодорожной станции ведутся в России и за рубежом уже более 40 лет. Необходимо отметить следующие результаты: имеется большой объем публикаций общего характера, в которых отражены практически все стороны работы станции и отдельных ее элементов; полностью разработана поездная модель работы станции; подробно отражена работа сортировочных станций; приводится большое количество различных имитационных моделей работы станции, разработанных для конкретных станций с определенными целями.

Однако в целом, несмотря на множество публикаций, разработка теории математического моделирования работы с вагонами на станции пока не завершена, так как ещё теоретически не решены многие актуальные производственные проблемы.

В данном исследовании ставится цель - решить первоочередную, прикладную задачу определения оптимальной очередности обслуживания грузовых фронтов. Её решение позволит сократить простой вагонов в ожидании подачи их под грузовые операции и уборки после окончания грузовых операций.

На основе указанных исследований разработан комплекс автоматизированной идентификации подвижного состава и новая технология работы, которая внедрена в опытную эксплуатацию на станции Ховрино Октябрьской ж.д., а также на станции Суховская Восточно-Сибирской ж.д. На станциях Валуйки Юго-Восточной ж.д. и Владимир Горьковской ж.д. ведется работа по применению комплекса при осуществлении коммерческого осмотра вагонов работниками ПКО. На станциях Москва-Павелецкая Товарная Московской ж.д. и Холмск Сахалинской ж.д. внедрена в эксплуатацию технология слежения за перемещением вагонов по территории станции с использованием этого комплекса путем

Результаты опытной эксплуатации показали высокую надежность и эффективность комплекса технических средств, программного обеспечения, а также и всей технологии автоматизированной идентификации подвижного состава в целом. В ближайшее время планируется внедрение этой технологии ещё на нескольких крупных станциях.

1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

1.1. Анализ достижений в области автоматического съема информации с подвижного состава

Разработка различных систем в области автоматического съема информации с подвижных объектов началась почти одновременно с началом информатизации на железнодорожном транспорте более 30 лет назад. Решением проблемы надежного считывания информации с подвижного объекта занимались специалисты многих стран (России, ФРГ, США, Японии, Чехословакии, Франции и т.д.). Было разработано большое число различных устройств автоматического съема информации с использованием практически всех возможных физических способов считывания, в том числе: световое и инфракрасное излучение; радиолокация СВЧ диапазона; статические магнитные поля на постоянных магнитах в качестве носителей и импульсное намагничивание колесных пар; индуктивно-электромагнитные способы; ультразвук; радиоактивные излучения; телевидение. Современное состояние проблемы отражено в следующих источниках [21-26].

В настоящее время за рубежом разработаны две современные mpik-роволновые системы автоматической идентификации подвижного состава [21]: система Dynicom, предлагаемая Международным союзом железных дорог (МСЖД), и система Incom фирмы Amtech, рекомендованная международной организацией стандартизации ISO.

На железных дорогах США автоматическая идентификация внедряется с 1991 года на основе системы Incom, которую Ассоциация Американских железных дорог (AAR) предпочла более сложной и дорогой

системе Dynicom, принятой в качестве стандартной для железных дорог Европы в 1993 г.

Система Dynicom наряду с возможностью считывания информации с частотой 2,45 ГГц дополнительно способна осуществлять запись. К настоящему времени она используется на железных дорогах Швейцарии в пассажирском сообщении для идентификации вагонов и тягового подвижного состава и Франции в области электротяги [22].

Система Incom базируется на стандарте ISO 10374 и предназначена только для считывания информации. В США система работает на частоте 950 МГц. В последнее время система Incom, работающая на частоте 2,45 ГГц, все шире используется европейскими экспедиторами (почтой, железнодорожным транспортом) для идентификации обменных кузовов[22].

В ходе внедрения системы Incom в США для оснащения 1,4 млн. грузовых вагонов и 22 тыс. локомотивов опознавательными маркерами американским железным дорогам потребовалось израсходовать в течение 3 лет около 300 млн. дол. при стоимости оборудования одной единицы подвижного состава в 130 дол. В целом расходы на создание системы автоматической идентификации подвижного состава составили 400 млн. дол. Ассоциация американских железных дорог считает, что общее число устройств, необходимых для полного охвата сети и парка (на подвижном составе и напольных), составит приблизительно 3 млн[21].

В России разработаны три системы автоматической идентификации подвижного состава: телевизионно-цифровой комплекс считывания номеров вагонов[25], система автоматической идентификации контейнеров и подвижного состава (САИД) ПАЛЬМА [23], система автоматического считывания информации "Лотос"[24,26].

Телевизионно-цифровой комплекс считывания номеров вагонов разработан РГОТУ ПС и установлен на станции Ярославль-Главный для

контроля за вагонами в парке "С" операторами технической конторы. Передающие телевизионные камеры черно-белого изображения установлены на семи специальных опорах. На каждой из них смонтированы две телевизионные камеры - рабочая и резервная. Они удалены от наружного рельса на 6-8 м. Здесь же расположены прожекторы подсвета.

По технологии работы станции возможно одновременное считывание номеров вагонов с четырех поездов. Выбор путей, на которых ведется считывание номеров, выполняется коммутацией соотвествующих четырех камер из семи. Одновременно с работой системы считывания круглосуточно функционирует телекамера обзора поездной обстановки.

Система автоматической идентификации контейнеров и подвижного состава ПАЛЬМА разработана по заказу Департамента сигнализации, связи и вычислительной техники Государственным центральным научно-исследовательским радиотехническим институтом (ГосЦНИРТИ). По техническому исполнению система ПАЛЬМА аналогична системе фирмы АпЦесЬ и отвечает международному стандарту 180-10374.

В 1995 году на Кировском отделении Горьковской дороги были проведены приемочные испытания системы, отработавшей в реальных условиях дороги с февраля по декабрь 1995г. Результаты испытаний позволяют сделать вывод о том, что предлагаемая система во многом удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям.

Система автоматического считывания информации "Лотос" разработана при участии ВНИИЖТа и реализована с привлечением ряда отечественных предприятий. Она четвертый год работает в составе информационно-управляющего комплекса в Горьковком парке станции Москва-Пассажирская-Курская.

Отметим основные недостатки перечисленных систем автоматической идентификации подвижного состава.

При экспериментальной проверке работы телевизионно-цифрового комплекса считывания номеров вагонов установлено, что вероятность идентификации номеров вагонов оценивается величиной не более 0,7 [25]. Это совершенно недостаточно для внедрения системы в эксплуатацию.

Общим недостатком систем Пальма и Лотос, влияющим на внедрение на сети железных дорог России, является высокая стоимость бортового и напольного оборудования.

Стоимость бортового датчика системы Пальма оценивается в 30 дол., а стоимость напольного считывающего устройства - 2000 дол. Учитывая, что срок службы датчиков полуактивных систем составляет 10 лет, а вагона - от 22 до 32 лет, то получается, что на каждый вагон их нужно от шести до восьми [26].

Стоимость бортового датчика системы Лотос и установки его на вагоне составляет 80 дол. Это затраты на весь срок службы. Сам датчик необслуживаемый и дополнительных эксплуатационных затрат не требует. Стоимость напольного считывающего устройства оценивается в 18000 дол. США [26].

Таким образом, несмотря на длительный период исследований и наличие существенных достижений, в России до сих пор нет широкого внедрения систем автоматической идентификации подвижного состава на сети железных дорог. Эту ситуацию можно объяснить следующими причинами.

Экономические причины сводятся к тому, что даже при очень низкой стоимости напольного и бортового оборудования первоначальные инвестиции настолько велики, что в настоящее время ни МПС РФ, ни частные инвесторы не могут себе этого позволить.

Технические причины объясняются недостаточным уровнем развития и внедрения сетей передачи данных на станциях и их возможностью взаимодействия с устройствами считывания.

1.2. Развитие теории и практики в области разработки динамических

вагонных моделей

В "Основных направлениях развития и социально-экономической политики железнодорожного транспорта на период до 2005 года"[1], в подразделе 4.1 "Совершенствование организации движения поездов, работы станций и участков железных дорог" сформулировано следующее направление будущего развития управления перевозок: "Организация работы станций должна учитывать постепенный переход управляющих функций в центры диспетчерского управления, где на базе вариантных графиков, планов формирования и наличия динамической вагонной модели вырабатываются ко