автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка методики диагностирования бортового оборудования автоматизированной системы мониторинга пассажиропотоков как элемента телематической системы городского пассажирского транспорта

На правах рукописи

Ожерельева Елена Валерьевна

Разработка методики диагностирования бортового оборудования автоматизированной системы мониторинга пассажиропотоков как элемента телематической системы городского пассажирского транспорта

05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

28 НОЯ 2013

Москва 2013

005539900

005539900

Работа выполнена на кафедре «Транспортная телематика» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Власов Владимир Михайлович

Официальные оппоненты Блудян Норайр Оганесович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», заведующий кафедрой «Автомобильные перевозки»

Енин Дмитрий Владимирович,

кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательским отделом ОАО «Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Московский государственный

индустриальный университет (МГИУ)»

Защита состоится 20 декабря 2013 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 при МАДИ по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, аудитория 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан « /2? » ноября 2013 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок (499) 155-93-24

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212.126.06

Д.Б. Ефименко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. На сегодняшний день на наземном городском пассажирском транспорте широкое распространение получили телематические системы на основе мобильной связи и спутниковой навигации. Их внедрение направлено на повышение качества предоставляемых транспортных услуг благодаря возможностям получения и анализа оперативной информации о текущем состоянии транспортных средств на маршруте и исполненной транспортной работы.

Эффективность работы транспортно-телематической системы во многом определяется работоспособностью ее аппаратной части. Из-за возрастающей сложности бортового телематического оборудования, а также резкого увеличения количества транспортных средств, оснащенных им, возникает потребность в своевременном выявлении его неисправной работы.

Для определения технического состояния узлов и агрегатов самого транспортного средства на протяжении многих лет постоянно разрабатываются и изучаются различные методы диагностирования, в то время как вопросы диагностирования установленного на борту транспортного средства телематического оборудования являются малоизученными, что и определяет актуальность исследования.

Объектом исследования является бортовое телематическое оборудование автоматизированной системы мониторинга пассажиропотоков (АСМПП), устанавливаемое на транспортных средствах наземного городского пассажирского транспорта (НГПТ).

Предметом исследования являются данные, получаемые от бортового телематического оборудования.

Цель исследования: повышение эффективности функционирования телематической системы за счет определения технического состояния бортового телематического оборудования, устанавливаемого на транспортных средствах НГПТ.

Основные задачи исследования:

1. Анализ подходов к диагностированию бортового телематического оборудования на НГПТ.

2. Классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию.

3. Разработка методики и диагностической модели определения технического состояния бортового телематического оборудования АСМПП.

4. Сбор и обработка статистических данных с целью определения нормативных значений диагностических параметров.

5. Оценка точности постановки диагноза бортового телематического оборудования с помощью предложенной диагностической модели.

6. Разработка рекомендаций по практическому применению предложенной методики автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП и ее реализация на объекте исследования.

Научную новизну исследования составляют следующие положения, которые выносятся на защиту:

1. Классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию.

2. Разработанная диагностическая модель бортового телематического оборудования АСМПП на основе данных, поступающих от него.

3. Методика определения нормативных значений диагностических параметров бортового телематического оборудования АСМПП на основе обработки статистической информации.

4. Разработанный алгоритм обработки данных, поступающих от бортового телематического оборудования АСМПП, для определения его технического состояния.

Достоверность результатов проведенных в работе исследований подтверждается корректным использованием стандартных математических методов при статистической обработке выходной телематической информации, собранной на объекте экспериментального исследования, а также положительными результатами практического внедрения предложенной методики в ряде транспортных предприятий.

Практическая ценность заключается в разработке методики автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП на НГПТ.

Внедрение и реализация результатов работы. Полученные результаты работы вошли составляющей частью в аппаратно-программный комплекс «Автоматизированная система мониторинга пассажиропотоков», получивший широкое внедрение в промышленную эксплуатацию в ГУП «Мосгортранс» (г. Москва), а также на городском пассажирском транспорте в ряде других городов и регионов России.

Основные результаты исследований приняты к использованию в ЗАО «НПП Транснавигация» (г. Москва), ГУП «Мосгортранс» (г. Москва).

Полученные теоретические результаты приняты к использованию в учебном процессе МАДИ кафедрой «Транспортная телематика» по дисциплинам специальностей направления «Наземные транспортно-технологические средства».

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (г. Москва, 2010, 2011, 2012 гг.), на VI Международном форуме по спутниковой навигации (г. Москва, 2012 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, общим объемом 3.0 п.л., в том числе 3 работы в изданиях из перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 109 наименований и 7 приложений. Объем работы: 132 стр. печатного текста, 56 рисунков, 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность работы, излагается цель исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе был произведен анализ развития телематических систем на НГПТ в России и за рубежом. Отмечено, что для повышения качества транспортного обслуживания населения успешно применяются автоматизированные системы диспетчерского управления на основе спутниковой навигации. Было установлено, что для эффективной работы таких систем требуются данные, характеризующие изменения пассажиропотоков во времени и в пространстве. Для получения данной информации на сегодняшний день применяются автоматизированные системы мониторинга пассажиропотоков, заменяющие ручные методы обследования пассажиропотоков.

На основании проведенного исследования современного оборудования автоматического подсчета пассажиров на НГПТ выявлено, что наиболее точной является технология подсчета пассажиров с помощью инфракрасных датчиков, вертикально установленных по линии дверного проема транспортного средства ТС (рисунок 1). Данный тип оборудования был выбран в качестве объекта исследования.

Проведенный анализ методов и подходов к диагностированию показал, что для определения технического состояния бортового телематического оборудования наиболее целесообразно использовать информацию, поступающую от него и накапливающуюся в базе данных телематического сервера.

В итоге были сформулированы цель и задачи исследования.

Навигационно-связной блок

НЙПИЩ сэм-

антенна

ІЙНП?

№ Название остановки Вх. Вых.Нап. Время

Информация, поступающая от БТО АСМПП:

- координаты местоположения ТС;

- дата и время; г—

- номер двери ТС; у

- количество вошедших пассажиров;

- количество вышедших пассажиров.

Рисунок 1 - Схема установки бортового телематического оборудования (БТО) АСМПП и информация, получаемая с его помощью

1 Платф. Лианозово 0 0 0 7:45

2 Керамический пр. 0 0 0 Не ост.

3 Ин-т стали 3 0 3 7:47

4 Мкр. Дубки 15 0 18 7:51

5 Д/к "Юность" 4 1 21 7:52

6 Баскетбольная шк. 0 1 20 7:54

Во второй главе была разработана методика определения технического состояния бортового телематического оборудования, а также сформулирована гипотеза о возможности произвести оценку технического состояния бортового телематического оборудования на основе данных, поступающих от него.

В силу специфики информации, поступающей от бортового телематического оборудования, определение его технического состояния должно опираться не только на мгновенные значения текущих данных, но и на значения данных в предыдущие моменты времени (рисунок 2). То есть решение о выявлении отказа или неисправности должно приниматься на основе анализа

некоторого временного ряда, формируемого из информации, поступающей от бортового телематического оборудования.

Решение о

Рисунок 2 - Схема взаимодействия бортового телематического оборудования и средств диагностирования

Для формирования временного ряда информация, получаемая от оборудования, представляется в виде матрицы Я, строки которой являются характеристиками перевозочного и сопутствующих процессов 1п/т (координаты местоположения ТС, количество вошедших/вышедших пассажиров и др.), а столбцы - моменты времени /„, с которым ассоциируются указанные измерения:

'1 ч •

Ни '«/¡2 • • Мхп

Мг\ /и/22 . ■ Мгп

'"/« 2 • ■ ¡п/тп

Оценка технического состояния бортового телематического оборудования должна производиться путем выявления его различных отказов с помощью диагностических параметров, прямо или косвенно характеризующих состояние элементов оборудования. Для выбора диагностических параметров необходимо произвести классификацию элементов бортового телематического оборудования с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию. В большинстве случаев нет диагностического параметра, который однозначно бы определил техническое состояние бортового телематического оборудования и его элементов, так как различные неисправности и отказы могут одинаково влиять на поступающую от оборудования информацию. Учитывая это, для определения технического состояния бортового телематического оборудования выбирается комплекс диагностических параметров:

=Ф,(НА =Ф2(Н).....= Ф„(Н), (2)

5/ = Р1(Х1,х2,...,Х1!), (3)

где х - диагностический параметр; к - количество параметров, выбранных для диагностирования; 5 - техническое состояние бортового телематического оборудования, / = \...п, п - количество технических состояний оборудования.

Для решения задачи постановки диагноза в этом случае используется диагностическая модель на базе матрицы. Диагностическая матрица представляет собой логическую модель, описывающую связи между диагностическими параметрами хк и техническими состояниями бортового телематического оборудования 5,.

Далее во 2 главе рассматривается данная методика для построения диагностической модели бортового телематического оборудования АСМПП при условии работы ТС на линии.

Для построения диагностической модели бортового телематического оборудования АСМПП была произведена классификация его элементов с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию (рисунок 3). Данные неисправности были объединены в соответствующие категории, и произвести диагностирование возможно только до II уровня приведенной классификации.

Автоматизированная система мониторинга пассажиропотоков

Навигационно-связной блок

х

X

Модуль регистрации местоположения

ГЛОНАСС /

ЄРв-

антенна

Датчик

ГЛОНАСС /

ЄРв

Ц_

Модуль передачи данных

СЄМ-антенна БІМ-карта

X

Оборудование подсчета пассажиров |

Датчик подсчета пассажиров

Датчик

подсчета

пассажиров

Удлинитель,

разъемы

«датчик -

анализатор»

Крепежный

винт

Датчик положения двери

Концевой выключатель / толкатель Пластина / УДП

Концевой

провод,

разъемы

Анализатор

Анализатор

Информационный

кабель, разъемы

«анализатор -

навигационно-

связной блок»

Преобразователь

напряжения,

предохранитель

системы

Рисунок 3 - Классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную

информацию

Общее техническое состояние бортового телематического оборудования АСМПП БАсмпп определяется техническим состоянием ее подсистем (рисунок 3, II уровень):

SАСМПП - $НСБ V $ОПП > (4)

где Shce - техническое состояние навигационно-связного блока; S0nn — техническое состояние оборудования подсчета пассажиров.

При этом техническое состояние каждой подсистемы определяется состоянием её составляющих элементов (рисунок 3, III уровень) и принимает значение «1» при наличии отказов или неисправностей и «О» при их отсутствии.

Далее в главе рассматривается определение технического состояния каждой из подсистем.

В качестве диагностического параметра модуля, регистрирующего местоположение ТС, было взято время непрерывного поступления недостоверных координат (нулевые и повторяющиеся координаты, а также навигационные «выбросы»).

Недостоверность координат определяется исходя либо из поступления признака о недостоверности отметки от самого навигационно-связного блока, либо исходя из максимально допустимого скоростного порога ТС, который при недостоверных координатах принимает недопустимое для данного ТС значение:

V =---<V гч\

тек макс , )

тек пред

где VmeK — текущая скорость движения ТС; L - расстояние между навигационными отметками; tmeK - время текущей навигационной отметки; tnped - время предыдущей навигационной отметки; Умшх — максимально допустимый скоростной порог ТС.

Периодическое пропадание информационных посылок от оборудования, а также их отсутствие в течение длительного времени связано с невозможностью их передачи по каналу GSM/GPRS. При этом информация сохраняется в памяти навигационно-связного блока для дальнейшей передачи при восстановлении связи. Поэтому признаком неисправности модуля передачи данных, помимо длительности отсутствия посылок, является периодическое их получение из памяти блока.

Техническое состояние навигационно-связного блока определяется следующими диагностическими параметрами:

S цеп — FЧСБ ('«<>• К буф' tome ) ' (6 )

где t„a - время непрерывного поступления недостоверных координат; tomc -время отсутствия посылок от навигационно-связного блока; Кбуф - процент посылок, поступивших в офлайн-режиме, относительно общего числа полученных посылок.

Диагностическая матрица навигационно-связного блока представлена в таблице 1. «1» в месте пересечения строки и столбца означает выход данного диагностического параметра за его нормативное значение при наличии данной неисправности, в противном случае ставиться «О», «-» - диагностический параметр при выявлении данной неисправности не рассматривается.

Таблица 1 - Диагностическая матрица навигационно-связного блока

Возможные неисправности Диагностические параметры

tHd tome Кбуф

Модуль определения местоположения 1 - -

- 0 1

Модуль передачи данных - і 0

- і 1

Нормативные значения для данных диагностических параметров зависят от функций автоматизированных систем, использующих данные навигационно-связного блока, и набора решаемых ими задач.

Следует учитывать, что возможна ситуация, при которой навигационно-связной блок исправен, но определение местоположения ТС или передача данных затруднены (например, тоннель или высокое здание). Поэтому для более точной постановки диагноза необходимо учитывать топологию местности.

Техническое состояние оборудования подсчета пассажиров зависит от его составляющих элементов:

$опп = $дпп ч/ $дпд V ^ > (?)

где Бдпп - техническое состояние датчиков подсчета пассажиров; Бдпд -техническое состояние датчиков положения дверей; Бл - техническое состояние анализатора.

При наличии неисправностей анализатора данные от оборудования подсчета пассажиров не поступают в навигационно-связной блок и, соответственно, не передаются в телематический сервер для дальнейшего

анализа. Таким образом, отсутствие в информационной посылке данных о вошедших/вышедших пассажирах при условии работы ТС на линии в течение длительного времени свидетельствует о неисправности какого-либо элемента категории «Анализатор» в приведенной классификации на рисунке 3.

Обшим показателем неисправности элементов категорий «Датчик подсчета пассажиров» и «Датчик положения двери» является дисбаланс -погрешность счета аппаратуры, рассчитывающаяся по формуле:

Дисб, % - Пвх ~Птх -100, (8)

(Пвх+Пвыху 2 ™

где ПВх и ПВЫх - количество вошедших и вышедших пассажиров за рассматриваемый период времени соответственно.

Выход дисбаланса за допустимое значение свидетельствует о наличии какой-либо неисправности в подсистеме.

Для диагностирования отказов датчиков положения дверей был взят диагностический параметр к?", характеризующий частоту открывания /-двери относительно_/"-двери и вычисляемый по формуле:

.А К?"

(9)

1 ]

где — количество открываний /-двери с ненулевым количеством

вошедших/вышедших пассажиров; - количество открываний у'-двери с

ненулевым количеством вошедших/вышедших пассажиров.

Предполагается, что к{}в зависит от количества перевезенных пассажиров. Вид данной зависимости с учетом разброса значений представлен на рисунке 4. Выход к^" за область допустимых значений (ОДЗ) в соответствии с (9) свидетельствует о возможной неисправности соответствующего датчика положения двери.

При «залипании» датчика положения на закрытии двери (отсутствует надежное замыкание/размыкание контактов) соответствующая дверь фиксируется анализатором закрытой и подсчет пассажиров не происходит. При этом значения к^" будут находиться между ОДЗ и критическим значением

^Крит

Количество перевезенных пассажиров, чел. Рисунок 4 - Предполагаемый вид области допустимых значений кЦ" относительно количества перевезенных пассажиров ТС

В качестве дополнительной информации для подтверждения данной неисправности предлагается использовать зависимость суммарного количества вышедших пассажиров через ¿-дверь относительно суммарного количества вышедших пассажиров через т-дверь - П™х. Вид предполагаемой зависимости с учетом разброса значений представлен на рисунке 5. Рисунок показывает, что при суммарном количестве вышедших пассажиров через 2-ю дверь ТС количество вышедших пассажиров через 3-ю дверь ТС должно лежать в пределах выделенной ОДЗ.

Так как данная зависимость используется для диагностирования «залипания» датчика положения двери на закрытии, при котором не производится подсчет пассажиров, то в примере, изображенном на рисунке 5, делается вывод о «залипании» датчика положения второй двери.

При «залипании» датчика положения на открытии двери соответствующая дверь ТС фиксируется анализатором открытой и происходит непрерывный подсчет пассажиров. При размыкании контакта датчика в анализатор поступает сигнал о закрытии двери, и передаются суммарные данные о количестве вошедших/вышедших пассажирах за все время, начиная с момента возникновения «залипания». В итоге суммарный дисбаланс может не

превышать допустимого значения. Поэтому при выполнении условия к;]" < к*рит и не превышении дисбаланса допустимого значения принимается решение о «залипании» датчика положения двери на открытии.

Недосчет ОДЗ П2ВЬ1Х через 2-ю дверь

Рисунок 5 - Предполагаемый вид зависимости количества вышедших пассажиров через 3-ю дверь ТС относительно количества вышедших пассажиров через 2-ю дверь

Таким образом, техническое состояние датчика положения двери определяется следующими диагностическими параметрами:

8дпд = Рдпд{кд',Пвых,Дисб). (10)

На основе данных диагностических параметров была построена диагностическая матрица датчиков положения дверей (таблица 2).

Таблица 2 - Диагностическая матрица датчика положения двери

Возможные Условия

неисправности Дисб > ДисбА0"' кДв £ ОДЗ кг1" < кКр"т ПВЬК £0дз

Отказ 1 1 1 -

«Залипание» на 1 1 0 1

закрытии двери

«Залипание» на 0 1 1

открытии двери

"Дис^оп - допустимое значение дисбаланса

Для диагностирования датчиков положения дверей ТС, имеющего п дверей, необходимо знать ОДЗ для всех , количество сочетаний которых равно:

и!

-■ (Н)

(и-2)!-2!

Так как одним из требований к АСМПП является диагностирование анализатором отсутствия сигнала от какого-либо датчика подсчета пассажиров или его перекрытие, то в посылке от бортового телематического оборудования АСМПП вместо количества пассажиров передается код соответствующей нештатной ситуаций. Поэтому в качестве диагностических параметров помимо дисбаланса было выбрано количество информационных посылок с самодиагностируемым перекрытием датчика И„ер и отсутствием сигнала от датчика Ыотс. Техническое состояние датчиков подсчета пассажиров определяется следующими диагностическими параметрами:

5Д/7Я = ^ПП^пер- ^'отс- Дибс) (12)

На основе данных диагностических параметров была построена диагностическая матрица датчиков подсчета пассажиров (таблица 3).

Таблица 3 - Диагностическая матрица датчиков подсчета пассажиров

Возможные неисправности Диагностические параметры о

N 14 пер №0тс Дисб °ДПД

Отсутствие сигнала от датчика - 1 - -

Перекрытие датчика 1 - - -

Разъюстировка какого-либо датчика 0 0 1 0

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, включающие описание объекта экспериментального исследования, методику проведения экспериментальных исследований и оценку предложенной диагностической модели бортового оборудования АСМПП.

Экспериментальные исследования были направлены на нахождение нормативных значений и ОДЗ предложенных диагностических параметров. Задачами экспериментальных исследований являлись:

- экспериментальное определение параметров регрессионных зависимостей, определяющих границы областей допустимых значений кЦ" относительно количества перевезенных пассажиров;

- экспериментальное определение параметров регрессионных зависимостей между суммарным количеством вышедших пассажиров через различные двери ТС П ;

- экспериментальная оценка точности постановки диагноза бортового телематического оборудования АСМПП с помощью предложенной модели на базе диагностической матрицы.

В качестве объекта экспериментального исследования была выбрана АСМПП, эксплуатирующаяся в ГУП «Мосгортранс» (г. Москва), с режимом входа пассажиров через переднюю дверь и выходом через среднюю и задние двери ТС.

Пример ОДЗ относительно количества перевезенных пассажиров для 3-х дверного ТС представлен на рисунке 6, а полученные границы ОДЗ всех сочетаний ку":

4.906x10"5 + 0.925 < < 6.507-л"°26 +0.387 -4.044хЮ-5-*+ 1.642 < < 33.565-л:'0 255 -2.442 (13)

— 6.46ІХІ0-5 -х + 1.436 < к"' < 25.511-х~024в -1.921

4 3 С 2

і

Л>°ТК>С>000<>0<>0^ ..«^^^ЭОООООООСМОО^^

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1600 2000 Количество перевезенных пассажиров, чел. I о Экспериментальные значения-Аппроксимирующие кривые |

Рисунок 6 - Верхняя и нижняя границы ОДЗ к^" относительно количества перевезенных пассажиров для 3-х дверного ТС с режимом входа через переднюю дверь и выходом через среднюю и заднюю двери

Найденные параметры регрессионных зависимостей подтвердили предполагаемый вид зависимости кЦ" относительно количества перевезенных пассажиров.

Каждая пара экспериментальных точек на рисунке 6 получена путем:

1. построения гистограммы относительных частот распределения к^ при заданном количестве перевезенных пассажиров;

2. выдвижения и подтверждения гипотезы о законе распределении данной величины с помощью критерия согласия Пирсона;

3. нахождения допустимых значений а и Ь при уровне значимости а =0,05 по формулам (рисунке 7):

а во

}/(*)<& = а/2, ¡/(х)с1х = а/ 2. (14)

о ь

—г ' 0593 1.491

I

\

1 У \ !

12

Рисунок 7 - Плотность вероятности распределения с найденными предельно допустимыми границами для 3-х дверного ТС при количестве перевезенных пассажиров 1000-1050 человек

Пример найденной зависимости выхода пассажиров через 3-ю дверь относительно выхода пассажиров через 2-ю дверь 3-х дверного ТС Пза сутки представлена на рисунке 8. На массиве исходных данных были найдены математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение а(Х) выхода пассажиров через третью дверь относительно выхода пассажиров через

вторую дверь ПГ- Гипотеза о нормальности распределения каждой из выборок была подтверждена с помощью критерия согласия Пирсона с уровнем значимости а = 0,05.

Рисунок 8 - Зависимость выхода пассажиров через 3-ю дверь относительно выхода пассажиров через 2-ю дверь 3-х дверного ТС с режимом входа через переднюю дверь и выходом через среднюю и заднюю двери за сутки

Также были найдены границы ОДЗ кЦв относительно количества

перевезенных пассажиров и зависимость для 4-х дверного ТС с режимом

входа через переднюю дверь и выходом через среднюю и задние двери.

Было подтверждено высокое качество полученных регрессионных зависимостей, для которых рассчитанные коэффициенты детерминации (Я2) превышают величину 0,9.

На заключительном этапе экспериментальных исследований была произведена оценка точности постановки диагноза с помощью диагностической модели на базе матрицы. Оценка осуществлялась путем сравнения результатов диагностирования, полученных с помощью предложенной модели, с результатами, полученными при непосредственном выезде специалиста для проведения осмотра оборудования АСМПП на ТС. Сравнительный анализ данных показал, что предлагаемая диагностическая модель выявляет неисправность бортового телематического оборудования АСМПП в 99% случаев и в 95,6% точно определяет причину недостоверности данных. Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП на основе его выходной информации с помощью предлагаемой диагностической модели.

В четвертой главе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд рекомендаций по организации технологического процесса диагностирования бортового телематического оборудования на НГПТ

На рисунке 9 представлена схема процесса диагностирования бортового телематического оборудования, установленного на транспортных средствах НГПТ. Первые два блока позволяют в течение суток обнаружить отказы и неисправности бортового телематического оборудования. При своевременной подаче заявки на ремонт выявленные отказы и неисправности могут быть устранены до начала следующего дня. Третий блок диагностирования, в отличие от первых двух, осуществляется не раньше следующего дня после поступления данных от ТС.

Рисунок 9 - Схема процесса диагностирования бортового телематического оборудования на НГПТ

На текущий момент диагностирование бортового телематического оборудования производится аналитиком спустя в среднем 20 дней после поступления данных, из-за чего значительное время от оборудования поступают недостоверная информация, которую нельзя использовать для дальнейшего анализа. В связи с этим в 4 главе была разработана инструкция водителя по работе с бортовым телематическим оборудованием АСМПП, а также был реализован алгоритм обработки информации, поступающей от бортового телематического оборудования АСМПП, для определения его технического состояния. Общий вид алгоритма представлен на рисунке 10.

С

Поступление информационной посылки за текущий день от БТО АСМПП

3

--

Расчет параметров работы навигационно-связного блока

Определение технического состояния навиционно-связного блока

X

Определение технического состояния оборудования подсчета пассажиров

С

Конец обработки

3

Рисунок 10 — Общий вид алгоритма обработки данных для определения его технического состояния бортового телематического оборудования АСМПП

Предложенные практические рекомендации были реализованы и внедрены в составе автоматизированного рабочего места по учету и мониторингу качества работы бортового телематического оборудования АСМПП (рисунке И). Для работы с данным программным модулем, позволяющим в удобном виде отображать техническое состояние бортового телематического оборудования АСМПП, была разработана методика проведения автоматизированного диагностирования.

тс Кол-во зап. по дверяи Кол-во вошедших/вышедших пассажиров Сбои аппарату ры Дисб. Возможная неисправность

1-я 2-я 3-я 4-я 1-я 2-я 3-я 4-я 1-я 2-я 3-я 4-я

вх вых ВХ вых вх вых вх вых

17160 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0

17205 224 164 155 0 695 122 22 444 10 237 0 0 0 0 0 0 2.5

17331 136 127 121 0 463 85 26 254 85 109 0 0 0 0 0 0 6.2 Дисб >5%

17402 64 59 271 236 739 5В 21 297 31 313 4 121 0 0 0 0 0.2 Отказ 1 й и 2й двервй

17151 350 266 203 127 1068 74 37 556 2 280 0 125 0 0 0 0 1.4

17163 113 75 24 0 198 29 5 137 3 34 0 0 0 0 0 О 0.7

17209 166 03 00 83 603 90 9 242 2 167 4 110 0 0 0 0 0.4

17263 71? 141 105 157 490 52 14 369 1 224 10 148 50 0 0 0 10.6 Ош 255 по 1й двери

17266 317 252 190 0 1034 75 6 687 2 245 0 0 0 0 0 0 0.9

17351 335 317 235 0 1009 82 10 629 3 199 0 0 0 0 0 0 2.9

17449 714 19° 151 0 6В6 45 3 418 1 163 0 0 0 0 0 0 2,4

17450 383 324 261 0 1199 94 13 713 12 272 0 0 0 0 0 0 3.1

Рисунок 11 - Разработанная программная реализация сводного отчета о работе АСМПП за сутки (пример)

Экономический эффект от внедрения средств автоматизации может быть лишь косвенным, так как средства автоматизации не являются прямым источником дохода. Таким образом, при проведении оценки экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП должны учитываться эффекты, проявляющиеся в деятельности транспортных предприятий.

Внедряя АСМПП, коммерческие транспортные предприятия устанавливают точные нормы выручки на маршрутах, а также ежедневно контролируют выручку водителя/кондуктора. В таких случаях автоматизированная диагностика бортового телематического оборудования АСМПП позволит выявлять отказы и неисправности, а также случаи преднамеренного вандализма вплоть до перекрытия датчиков подсчета пассажиров, с последующим оперативным устранением отказов и неисправностей оборудования.

Эффект, получаемый от внедрения автоматизированной системы диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП, для муниципальных транспортных предприятий представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 - Эффект от внедрения автоматизированной системы диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Системный анализ научных подходов и практических методов диагностирования бортового телематического оборудования на НГПТ показал, что на текущий момент перспективным направлением является диагностирование такого оборудования на основе его выходной информации.

2. Предложена классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию, поступающую от оборудования.

3. Разработана методика определения технического состояния бортового телематического оборудования АСМПП на основе диагностической модели.

4. В рамках экспериментальных исследований установлены нормативные значения диагностических параметров, характеризующих техническое состояние элементов бортового телематического оборудования АСМПП.

5. Доказана возможность использования предложенной модели на базе диагностической матрицы для выявления неисправностей бортового телематического оборудования АСМПП на основе его выходной информации. Предложенная диагностическая модель выявляет неисправности и отказы бортового телематического оборудования в 99% случаев, а точность постановки диагноза составляет 95,6%.

6. Сравнительная оценка фактически выявленных неисправностей с результатами, полученными на основе разработанной диагностической модели, показала, что применение разработанной методики диагностирования позволяет выявлять неисправности и отказы бортового телематического оборудования в среднем на 20 дней раньше, чем при ручном обработке данных.

7. Реализован алгоритм и методика проведения автоматизированного диагностирования в составе автоматизированного рабочего места по учету и мониторингу качества работы бортового телематического оборудования АСМПП.

8. Дальнейшие исследования целесообразно проводить в направлении разработки математических методов восстановления потерянной информации с момента возникновения отказов и неисправностей и до момента их устранения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в изданиях из перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Иванова, Е.В. Развитие методов диагностики бортового телематического оборудования на автомобильном транспорте / Е.В. Иванова, A.A. Кудрявцев // Автотранспортное предприятие. -2012. — № 1— С. 20-23.

2. Иванова, Е.В. Методика диагностирования бортового оборудования АСМ-ПП / Е.В. Иванова, В.М. Власов // Автотранспортное предприятие. -2012.-№3.-С. 10-13.

3. Ожерельева, Е.В. Повышение достоверности итоговых данных, поступающих от бортового телематического оборудования на автомобильном транспорте / Е.В. Ожерельева, A.A. Кудрявцев // Транспорт: наука, техника, управление. - 2013. — № 7. - С. 51-53.

Публикации в прочих изданиях:

4. Иванова, Е.В. Исследование точности автоматизированной системы подсчета пассажиров на этапе ее разработки. / Е.В. Иванова // Научные аспекты развития транспортно-телематических систем (сборник научных трудов). - М.: МАДИ, 2010. - С. 262-285.

Подписано в печать: 15.11.13 Тираж: 100 экз. Заказ № 1040 Объем: 1,0 усл.п.л. Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МАДИ)

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПАССАЖИРОПОТОКОВ КАК ЭЛЕМЕНТА ТЕЛЕМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГОРОДСКОГО ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

04201365611

ОЖЕРЕЛЬЕВА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА

Научный руководитель -

Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Власов Владимир Михайлович

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ.

ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.................... 7

1.1. Развитие телематических систем на наземном городском пассажирском транспорте (НГПТ).......................................... 7

1.2. Автоматизированная система мониторинга пассажиропотоков (АСМПП) как составная часть автоматизированной системы диспетчерского управления НГПТ.......................................... 14

1.3. Обзор существующего оборудования автоматического подсчета пассажиров, используемого в АСМПП.................................... 19

1.4. Подходы к диагностированию бортового телематического оборудования на НГПТ....................................................... 27

1.5. Формулировка целей и задач исследования. Выводы по первой главе............................................................................... 32

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ............................. 35

2.1. Методика построения диагностической модели бортового телематического оборудования на НГПТ................................. 35

2.2. Бортовое телематическое оборудование АСМПП как объект диагностирования.............................................................. 41

2.3. Построение диагностической модели бортового телематического оборудования АСМПП........................................................ 50

2.4. Выводы по второй главе...................................................... 66

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................67

3.1. Разработка методики экспериментальных исследований............................67

3.2. Описание объекта экспериментальных исследований....................................69

3.3. Проведение экспериментальных исследований по определению нормативных значений диагностических параметров бортового телематического оборудования АСМПП..................................................................71

3.4. Оценка точности постановки диагноза бортового телематического

оборудования АСМПП с помощью диагностической модели на базе матрицы.................................................................... 88

3.5. Выводы по третьей главе...................................................... 91

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ......... 92

4.1. Организация технологического процесса диагностирования бортового телематического оборудования на НГПТ................... 92

4.2. Разработка алгоритма функционирования системы автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП................................. 95

4.3. Технология автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП................................. 100

4.4. Оценка эффективности автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП на НГПТ........ 112

4.5. Повышение достоверности итоговых данных, поступающих от бортового телематического оборудования на НГПТ................... 115

4.6. Выводы по четвертой главе................................................... 119

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.......................... 120

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................. 121

ПРИЛОЖЕНИЯ

133

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы рост производства в Российской Федерации и, вследствие этого, возросшая «неравномерная» в течение суток подвижность населения вызывают необходимость более оперативно и полно удовлетворять растущие требования к работе городского пассажирского транспорта. Одной из важнейших задач в данном случае является совершенствование методов планирования и оперативного диспетчерского управления перевозочным процессом. Сегодня это обеспечивается на основе создания современных транспортно-телематических систем на базе мобильной связи и спутниковой навигации.

Одним из распространенных классов современных телематических систем, внедряемых на наземном городском пассажирском транспорте, являются автоматизированные системы мониторинга пассажиропотоков. Данные системы рассматриваются транспортными предприятиями как инструмент совершенствования процессов планирования и оценки качества предоставляемых транспортных услуг. Эффективное практическое использование данных систем во многом определяется работоспособностью ее аппаратной части. Из-за возрастающей сложности бортового телематического оборудования, а также резкого увеличения количества транспортных средств, оснащенных им, возникает потребность в своевременном выявлении его неисправной работы.

Для определения технического состояния узлов и агрегатов самого транспортного средства на протяжении многих лет постоянно разрабатываются и изучаются различные методы диагностирования, в то время как вопросы диагностирования установленного на борту транспортного средства телематического оборудования являются малоизученными, что и определяет актуальность исследования.

Объектом исследования является бортовое телематическое оборудование автоматизированной системы мониторинга пассажиропотоков (АСМПП), устанавливаемое на транспортных средствах наземного городского пассажирского транспорта (НГПТ).

Предметом исследования являются данные, получаемые от бортового телематического оборудования.

Цель исследования: повышение эффективности функционирования телематической системы за счет определения технического состояния бортового телематического оборудования, устанавливаемого на транспортных средствах НГПТ.

Основные задачи исследования:

1) Анализ подходов к диагностированию бортового телематического оборудования на НГПТ.

2) Классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию.

3) Разработка методики и диагностической модели бортового телематического оборудования АСМПП.

4) Сбор и обработка статистических данных с целью определения нормативных значений диагностических параметров.

5) Оценка точности постановки диагноза бортового телематического оборудования с помощью предложенной диагностической модели.

6) Разработка рекомендаций по практическому применению предложенной методики автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП и ее реализация на объекте исследования.

Научную новизну исследования составляют следующие положения, которые выносятся на защиту:

1. Классификация элементов бортового телематического оборудования АСМПП с учетом влияния их неисправностей на выходную информацию;

2. Разработанная диагностическая модель бортового телематического оборудования АСМПП на основе данных, поступающих от него;

3. Методика определения нормативных значений диагностических параметров бортового телематического оборудования АСМПП на основе обработки статистической информации.

4. Разработанный алгоритм обработки данных, поступающих от бортового телематического оборудования АСМПП, для диагностирования его технического состояния.

Достоверность результатов проведенных в работе исследований подтверждается корректным использованием стандартных математических методов при статистической обработке выходной телематической информации, собранной на объекте экспериментального исследования, а также положительными результатами практического внедрения предложенной методики в ряде транспортных предприятий.

Практическая ценность заключается в разработке методики автоматизированного диагностирования бортового телематического оборудования АСМПП на НГПТ.

Внедрение и реализация результатов работы. Полученные результаты работы вошли составляющей частью в аппаратно-программный комплекс «Автоматизированная система мониторинга пассажиропотоков», получивший широкое внедрение в промышленную эксплуатацию в ГУП «Мосгортранс» (г. Москва), а также на городском пассажирском транспорте в ряде других городов и регионов России.

Основные результаты исследований приняты к использованию в ЗАО «НПП Транснавигация» (г. Москва), ГУП «Мосгортранс» (г. Москва).

Полученные теоретические результаты приняты к использованию в учебном процессе МАДИ кафедрой «Транспортная телематика» по дисциплинам специальностей направления «Наземные транспортно-технологические средства».

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (г. Москва), 2010, 2011, 2012 гг., на VI Международном форуме по спутниковой навигации (г. Москва), 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, общим объемом 3.0 п.л., в том числе 3 работы в изданиях из перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ. ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Развитие телематических систем на наземном городском пассажирском транспорте

Сегодня телематика находит все большую реализацию на современном автомобильном транспорте. Само понятие телематика имеет множество значений, но самое распространенное значение - информационные услуги, оказываемые посредством коммуникационных сетей [25]. Системы телематики призваны решать широкий спектр задач с использованием большинства достижений как телекоммуникационной, так и компьютерной индустрии.

Появление цифровых технологий способствовало радикальным изменениям в телекоммуникационной отрасли. Услуги голосовой связи начали вытесняться интерактивными услугами, такими как Internet, передача данных, мобильная связь [25, 80].

Развитие микроэлектроники создало технические возможности для качественно новой организации использования вычислительной техники -распределенной обработки данных путем объединения всех вычислительных ресурсов различных объектов управления (транспортные средства, транспортные предприятия, автовокзалы, единые диспетчерские центры, административные органы управления) в вычислительные сети различного уровня и назначения. С ростом числа персональных электронных вычислительных машин на предприятиях, созданием автоматизированных рабочих мест (АРМ) руководителей и специалистов увеличивался и информационный потенциал диспетчерской системы. Появилась возможность накапливать и хранить информацию в базах данных, а также быстро анализировать ее в различных срезах [18, 25].

Благодаря развитию мобильной сотовой связи появилась возможность производить обмен данными между устройствами в сети GSM и с внешними сетями (в том числе и Internet). И если раньше скорость передачи данных

составляла несколько кбит/с, то на сегодняшний момент с распространением сетей третьего поколения 3G скорость достигает нескольких Мбит/с. Развитие сетей 4G предоставит пользователям скорость до 1 Гбит/с. Это позволит передавать любой объем данных на любые расстояния в режиме реального времени из любой точки мира, где есть покрытие GSM, ограничиваясь лишь стоимостью трафика и пропускной способностью сети.

На транспорте телематические технологии также получили широкое распространение, особенно на наземном городском пассажирском транспорте (НГПТ) благодаря возможностям:

• передачи необходимой информации от транспортного средства (ТС) в диспетчерский центр в режиме реального времени;

• накопления и хранения полученной информации от ТС в базах данных;

• организации единой сети автоматизированных рабочих мест для обработки и мониторинга полученной информации;

• информирования органов исполнительной власти о состоянии работы пассажирского транспорта в целом по городу на любой момент;

• информирования пассажиров внутри салона ТС и на остановочных пунктах.

Таким образом, транспортно-телематическая система обеспечивает сбор, обработку и обмен информацией между различными участниками транспортного процесса, а также включает программно-технические средства для организации двухстороннего взаимодействия «ТС - диспетчерский центр».

Внедрение систем транспортной телематики в области организации пассажирских перевозок направлено на решение следующих базовых задач [17, 26, 43,49]:

1. Информационное обеспечение перевозок: ведение паспортов маршрутов, расчет расписаний движения, формирование электронной карты города и пригородной зоны, формирование данных о пассажиропотоках, составление оперативных сменно-суточных заданий и др.

2. Обеспечение оперативной, полной и достоверной информации о движении транспортных средств по установленным маршрутам.

3. Оперативное управление движением ТС.

4. Формирование и вывод оперативных справок и выходных отчетных форм в конце смены.

Основные принципы и вопросы внедрения телематических систем на транспорте начали обсуждаться практически одновременно в Европе, США и Японии в начале 60-х годов XX века. В связи с бурным развитием электроники и коммуникационных технологий в 80-х были реализованы пилотные европейские проекты DRIVE, ROMANSE, PROMETEUS и японские UTMS, ASV, ARTS. Однако в США только с 1990 г. государством были разработаны основные принципы транспортной политики, что послужило созданию и развитию проектов MOBILITY 2000 и IVHS [80].

Поскольку система НГПТ относится к сфере услуг, конечной целью функционирования государственных и муниципальных транспортных предприятий является полное и качественное удовлетворение потребностей населения в транспортных передвижениях. Для достижения данной цели применяются автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ), использующие технологии и средства транспортной телематики, которые должны обеспечивать:

• регулярность работы городского общественного транспорта, что подразумевает снижение задержек и опозданий в работе транспорта на каждом маршруте;

• высокий уровень информированности населения о расписании движения ТС и о возможности пересадки на другие виды транспорта;

• обеспечение текущей информации на остановочных пунктах и в салонах ТС;

• приоритетность развития перспективных . направлений функционирования НГПТ.

К наиболее современным зарубежным автоматизированным системам управления пассажирским транспортом можно отнести системы BIAS (Англия), ROMANSE (Англия), Volvo Bus Telematics и ITS4mobility (Швеция), MICROBUS (Германия), ASCOM (Швейцария) и ряд других систем [27, 49, 76, 80, 97, 98, 101, 104, 107-109].

В России автоматизированные системы диспетчерского управления движением маршрутизированного городского пассажирского транспорта различного типа и различных поколений были внедрены более чем в 300 городах [25, 61, 67, 76, 91]. Первые проекты разрабатывались в конце 60-х годов XX века. Характерной особенностью всех систем первого поколения является использование на контрольных пунктах маршрутной сети НГПТ специализированных физических устройств для фиксации факта прохождения данных контрольных пунктов. Последующие системы передавали отметки на контрольных пунктах при помощи ближнего радиоканала и УКВ радиосвязи.

Развитие глобальных навигационных систем GPS (Global Positioning System, США) и ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы, Россия), позволяющих определять координаты любого объекта на земной поверхности, а также развитие мобильной сотовой связи, позволяющей в режиме реального времени передавать любую информацию, послужило появлению диспетчерских систем следующего поколения [17, 49, 76]. Данные системы обеспечивают возможность оперативного управления перевозками, фиксации фактически выполненной транспортной работы за счет сбора, передачи и обработки информации о местоположении ТС, а также доступа к этой информации всех заинтересованных участников транспортного процесса (руководители транспортных предприятий, представители органов власти и т.д.).

В России расширение сферы применения навигационных технологий на транспорте осуществляется при поддержке государства. К основным нормативным документам, обеспечивающим различные аспекты внедрения и эксплуатации АСДУ, можно отнести следующие:

• Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система»;

• Постановление Правительства РФ от 25.08.2008 г. № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS»;

• Приказ Министерства транспорта РФ от 09.08.2010 г. № 55 «Об утверждении перечня видов автомобильных транспортных средств,

используемых для перевозки пассажиров и опасных грузов, подлежащих оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или