автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка принципов построения детекторов движения в устройствах переездной сигнализации

Р Г Б ОД

На правах рукописи

2 2 МАЙ 1395 гунавардана

Джанит Кришанта

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ДЕТЕКТОРОВ ДВИЖЕНИЯ В УСТРОЙСТВАХ ПЕРЕЕЗДНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена на кафедре «Электронные вычислительные машины» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор в. в. яковлев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор м. н. василенко;

кандидат технических наук ю. а. липовецкий

Ведущее предприятие — проектно-изыскательский институт «Гипротранссигналсвязь».

Защита диссертации состоится 26 мая 1995 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета по присуждению ученых степеней Д 114.03.03 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « . » мая 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В. Б. КУЛЬТ И Н

Общая характеристика работы.

Л ктуа.тягость пробле?; ы.

Важнее место в крупномасштабной правительственной программе (1992-2000 г.г.) дальнейшего развития транспорт кон инфраструктуры республики Шри-Ланка занимают актуальные вопросы полышеп'я безопасности, в том числе па переездах железных дорог.

Как нзссгно, безопасность движения пользователей (транспорта и гс:нсходоп) на железнодорожных переездах обеспечивается различными заградительными устройствами (лгтол.'лтпчсскал еяегоф орная сигнализация, автоматическая опсгестительпля спгпплшацля, автоматически»: шлшблумы н др.), пазыг.аемкмн усфопстпгшн переездной сигнализации (УМС). При этом важным компонентом среды УГ1С остаются рсльсошде цепи (РЦ) с изолирующими сплкамп, используемыми я качестве датчиков занятости {сг.ободноетп) участков приближали к переездам.

Кгобходпмост:, сопершепстг-спания У ПС и средств управления п?ш обусловлена трсбспатимн сшпге.чил 'голичестп'а дерожио-трллепоргпмх пр0!1с!псетг-1й1 па переезда:; в услог.иях роста автомобильного парка"н автоперевозок, а глклее уменьшения экономических потерь, которые несут аптотранспортные предпрнлтнл м п/пдельцм аптотрлнепортл из-за выну:кдепных простое* на ^¿чсзнодороисныя переездах.

О последнее ирг ¡л прекидлегсл исключительно болы.чей интерес к разработке детекторов дпл;::е:пп (ДД) э ссстасе аппаратуры УПС, осувхсстэлггогикс пслрсрыошлЛ ;готгтрол:> скорости и ускорения поезда а зоне ирпОяитхсння. Тгкгй подход позволяет сушестсешю пепь'епъ о ••флггнгшееть герезздов за счет ндепги.-чл-адки ссстскинЗ декх-лая пссдт {г^ш.тется рятюмермо, ускоряется, замеддлзтел или сгент).

Оспоглплм направлением работ но обеспечению высоких тех'ш:;о-п:гопс>мнпсс\та и метрологических характеристик устройств ДД гплястсл применение цчфрозых методов обработки зел/'лрухлппх сигналов, а также разработка функциональных могите"( п алгоритм«-!, сбссиечнптагшх повышение досгосериости [:[г]'с;,!мгл!лн для пригглтпя решен"" п лыдлче сигнала нзкацення нл переезд.

Ь то ж прем достигнутые ccihac научные и пугглачссл:'; результаты в области проалпровшшя средств ДД не в полной мере соотаспсгсуют у:;:Гни;н!ЛМ требованиям, т.к. и методологическом отношен;!.i стой,пил нр^шущсстислно »»а использовании ь качестве информативного параметра - путевого импеданса однородно!! рельсовой цепи на участке прнблнлссшы, а шунтирующее действие принимается идеальном.

Кроме того ri электронных узлах ДД, оЗсспгчнвглэщнх физическое н математическое преобразование сигналов из ГЦ, применяете;: аналоговая аппаратура, требующая постоянной насгроккн н калибровки, а применяемые алгоритмы обрабопен массовых данных характеризуются относительно низкой производительностью н накоплением ошибок округления.

Указанные обстоятельства служат источником значительных погрешностей с работе ДД, которые в конечном счете проявляются в возникновении опасных ситуаций при управлении УПС.

Цель работа состоит в пссышашн эффективности как моделей н алгоритмов позиционирования поездов, дьнжущнхея на участке приближения к переездам, так и средств аппаратной реализации ДД, поддерживающих приемлемый уровень инструментальной погрешности.

При этом особое шншанне уделяется учету специфики перевозочного процесса на сети железных дорог республики Шрн-Ланка: структура перевозок, тин тага, интенсивность движения," климатическая обстановка и др.

В связи с этим поставлены задачи:

- разработка н исследование алгоритмов познцноннроания движущихся поездов с учетом 'конечного значения шунтоього сопротивления поезда и параметрической неоднородности рельсовых линий;

- разработка и исследование алгоритма функционирования ДД не требующего' проведения массовых измерении-аналоговых величии рельсовой линии;

- обоснование принимаемого алгоритма функционирования ДД применительно к условиям железнодорожных переездов Шри-Ланка;

- разработка математической модели движения поезда на участке приближения;

Z

- разработка методики опенки погрешности принятого петода определения местоположения поезд;!;

- проведение машинных экспериментов над разработанной модгшо и обработка протоколов нспиташш;

• разработка структурных методов, позволяющих сущестпслно спн^ггь уреяетн» инструментальной погрешности стохастических кргдпроксссорсз кйч реализаций ДД.

сснзвяпи па иетолкгог.ашш положений к методов теории хомплшшх переменных, теории вероятностей и ;р.тсчати'!;-с;:оп стаг?кяики, теории модгянролмшя, теории булевых фулкшй ¡1 лерстпа'.сгпг-гх пптимлтон, теории ошибок.

ШЗСГ'РД.УГПГ.'Л игэтедезппия состоит и тог«, что:

- разраЗочаим пптсритми Луггецгоглтроганнл ДД, оснспаниь-е гг.: испрсрыыюм л тэтвчлом (дисгсретнсм) агхешт за скоростью гсе.'да на участке тгрцфагаакга;

- пр;дг.ог:ен,;1 »'олачц, лсг,ус:;п:с!тм!е приближенную и }Т0'и?.'!е:.1370 гнггрмрстоадпо погрешностей определения ггсегонологепнл' лоездл;

- решека здшз сцетш доаоднитедь'гон вероятностной сесгаалягсщеЛ пстрегнелостп « рг.Ооте сгог-лслгксгап ДД.

райотмянгаотсл:

- разк:Сота:та С:гогп~ модслй алгоритма Пп'лкцлоннровання

ДД: '

- предлогея удсЗнин дал пользователи мггод настройки модели и метод аэднпл от сглг.бс; -¿иода;

- реплизегапа и стлллхнл ярегрл'-ша дня оценки точностных ".:)г::'стер."спг; б«?езсй модели;

- ссупестахнп «Оработга мгкштых э:сспер;ш«пса но массиву прс~о;хлоз;

- прадю'.лснм сгру1пурн1|Ц; схемы стохастических ДД, обггпсгпза'сщил врецпкиояиую оценку средних н эффееттеных згачедпЯ пернодгпсскнх енгпзлея п ргга-соясй цепи.

Результаты диссертационной ргх;отм пс:и>г:.:я?ани лри глнюл"-'-""!! НИ? ЭВМ ЛГУ ПС по р;::р"-Со1Г5 гнетем: I "Пс;".егз.ч;:,\"| автоматический комплекс 3 «роЗлп»" Д1Ч ¡г;г едярлятня Гншготраяссипгалсзязь в 1593 г.

Д"'Ссшк:«« положит -нссертацчонной р^Готы доялядылплнсь и обеуздтлясь на:

- Всероссийской конференции "Разработка и внедрение новых технологически?; средств на транспорте", Москва, 1553 г.;

- международных школах-семинарах "Микропроцессоры ь ентемах управления и связи па а;д. транспорте", Алушта, 1923 г., 1994 г.;

- отраслевой конференции "Проблемы транспорта решают ученые", Санкт-Петербург, 1994 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2. печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 65 наименований, и 5 приложений. Основная часть работы изложена на 130 страницах текста. Работа содержит 37 рисунков и 14 таблиц.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и основные задачи исследования.

В первой главе исследована статистика инцидентов па переездах железных дорог Шри-Ланка за 40 лет наблюдении. Предложена модель анализа, основанная на представлении статистики в виде цепи Маркова. Соответственно определено множество состояний цепи н вероятности одиошаговых лсреходов (за один год). Выполнены необходимые тестовые процедуры оценки свойств-статистического ряда: отсутствие- иаспсдсистшк, однородности, эргодичности, - при этом полученные значения аснипготпческнх характеристик свидетельствуют о необходимости дальнейшего улучшения технологии управяслня . н оборудования систем автоматической переездной сигнализации..

Анализ научно-техпаческоп литературы показывает, что в последнее время проясняется большой интерес к разработке ДД позволяющих обнаруташагь паличнг деа&уасгося на участке приближения поезда и своевременно управлять активизацией УПС. Детекторы двилсеннь ысгут быть реглнзоааны на использовании различных физических эффкггов для распозпованиа движешь-; поезда. Однако при их разработке до;:;;:шл бить учтены дза главных фактора: обеспечение безопасности дпнженнл поездов, автотранспорта и пешеходов па переезде. Максимальное

использование уже имеющихся механических средств, которыми оборудованы сегодня участки приближения к. переездам. Для уменьшения времени закрытого состояния переездов необходимо, чтобы ДД обеспечивали включение УПС в зависимости от скорости Уп и ускорения ап приближающегося поезда при соблюдении постоянства времени 1,ов извещения о закрытии переезда.

Показано, что в зависимости от характера движения поезда в системе УПС необходимо контролировать:

- допустимое ускорение атзх поезда до момента подачи сигнала извещения;

- допустимое ускорение на всем участке извещения;

- равномерное движение па всем участке извещения.

Выполненные расчеты применительно к этим трем случаям (при

заданных и 1„зв) позволяют оценить возможный выигрыш во времени закрытого состояния переезда.

В большинстве известных реализаций ДД источником информации о координате движущегося поезда является рельсовая цепь, а информативными параметрами отображения принимаются выборочные значения каких-либо характеристик рельсовых цепей: путевого импеданса, задержки распространения импульсных сигналов, градиента путевого напряжения и т, д. Можно сказать, что наиболее конструктивные достигнутые результаты в проектировании средств ДД базируются преимущественно на идее использования в качестве информативного параметра путевого импеданса шунтируемой рельсовой цепи на участке приближения в предположении линейного характера зависимости между значениями путепого импеданса и расстоянием до подвижного объекта. Кроме того в существующих подходах по умолчанию принято считать шунтовое сопротивление, создаваемое поездом, равным нулю, а распределение (сезонное и связанное с погодными условиями) сопротвления утечки (создаваемого баллластом и шпалами) - равномерным и однородным по длине участка приближения. Это приводит к возникновению значительных ошибок в определении координаты движущегося состава. Причем, если ошибка в вычислении (путевого импеданса) в сторону его уменьшения носит безопасный характер, го ошибка противоположного характера может привести к возникновению опасной ситуации.

£

Другой попрое сшпап с реализацией средсти пераи-люа обр.чбопш Сслыцнл. потоков /¡кекретшнрован.чых данных. Как правило в электронных узлах, обеспечивающих физическое и математическое преобразование исходных вгличли, применяется аналоговая аппаратура, трооующая постоянной подстройки и калибровки, а применяемые алгоритмы статистической обработки данных характеризуются относительно низкой пронзаодаггельнэстыо н большими систематическими погрешностями. Вышеперечисленные вопросы требуют своего глубокого исследования н решения.

Во второй главе диссертации приведен анализ новых предлагаемых алгоритмов функционирования ДД при определении положения поездов относительно переезда.

Исходными пли базовыми параметрами рельсовых линий приняты значения вторичных величин: волнового сопротивления Ъ^ и коэффициента распространения у, - имеющих комплексный характер. В свою очередь ^ и 1 аналитически выводимы для известных первичных параметров РЦ - Па, Ь, С, (погонных активного сопротивления, индуктивности, поперечной емкости и сопротивления изоляции соответственно).

Предлагаемый алгоритм непрерывного слежения за местоположением поезда на участке приближения включает 4 этапа: 1. В отсутствие поезда на участке реализуется режим измерения при отсутствии нагрузки, измеряются амплитуды напряжений в начале 1_1| н конце участка^, сходного тока II н разности фаз 912' (между и| н и^, <?11( между I] н и^}-*

По измеренным значешцзц в комплекса ¡ой области вычисляются вторичные параметры рельсоион кшпш

где I - длина участка приближения.

2. Фиксация отрицательного скачка напряженна иг до уровня, близкого к нулю, свидетельствующего о вступлении поезда за первый изолирующий стык (наложение шунта в конце линии)

0)

3. Измерение и I] для вычнеленнл н вычисление величины шунта с учетом (1)

г.

т _

где /.пхл — - импеданс РЛ при наличии шунта в се конце. /1

Далее пычнслтотся значения коодичаты поезда /х

и--ату, у=--------, (3)

У 7

£*ех.х _ л-* а

где 2ГХ Х - текущее значение путевого импеданса.

Фиксация положительного скачка 11?, свпдетельсгву'.ощего о проследовании последней колесной пары за второй изолирующий стык.

Полагая и иычислспны^п точно, определсим модуль оишокн Ах в определении !, на основании приближенной подели оцепхл полной трпнсформирсганнсП погрешности глоЛДх -__

- пкн1 у ¡1 тсЛЧг2,-ги + -по<г(2;-г;,.х)'

Расчеты т;о (4) нг;:-:а?ь:гя:от принципиальную возможность Лсс7пг:с5!!:л то"гсгти Лх ~ 25:1 гп учлетлах различной длнны.

Нщр"?'™?. токая точность гарантируется "ри /« 625 м для ПГ| = 0.03 Ом. Сл.'Ш'О прлпгпне мине упрои-ення л аиогспичегкой гм.'Л'ш опшСох тгсЗумт уточнений математической подели ¡.ч-'/смсц^'н: I пс дда.Этот г.олр?? ¡'зучалтя в гл. 3.

Су..п:саь г.льтергатгг-нгго алгоритм:«, нрглусматрнплтощего гапальг-'гаште дчечрегнпх пугег-мх дкгчиноз, о'5лаг,а:оч<их спссоопостмо "го'":чпсго" еиусд-гяеимя скорейч поезда, отражается п уаслснии пслоторсП гргхпппоЛ «»срост поезда

у.-,« ~ >-Л. (5)

посу.шгпгапосг- .•;;;; чаг.кс приближения (я этрц. '' .сг'.->г;;;ч .•~л'.г'.,;;ч г;-!':"- ¡тот ;л его:::"!'! н?'.'?е?ла сссгд^л.ггг:

при V,, > V.

при Ун<У.

Величина М возрастает при увеличении количества датчиков (при бесконечном их числе известна скорость движения поезда в любой точке участка приближения).

Расчеты показывают, что увеличение количества датчиков до четырех позволяет использовать более половины потенциального резерва экономии времени Д1 и дальнейшее увеличение их числа не имеет высокой эффективности. В тс же время удаленность датчиков друг от друга при малом лл количестве может значительно увеличить ошибку в определении скорости движения в условиях нулевого ускорения.

Последний вопрос, исследованный в главе, относится к анализу принципа многочастотного зондирования рельсовой цепи. Его основу соегаьляет кусочно-однородное представление липни в виде п одинаковых отрезков, на каждом из которых параметры Ъй и у фиксированы. Показано, чю реальное существование параметрпчсг.:ой неоднородности участков разбиения приводит к возникпо;;..,:,л;> дополнительных' ошибок позиционирования поездов, носящих опасный характер.'

Треч.я глава посвящена разработке математической модели дли оценки состояния и отображение участка приближения. На основе анализа современного подхода к проектированию и исследованию относительно сложных систем н процессов ь этой главе обоснована необходимость создания математической модели, позволяющей г. ходе ее испытаний на ЭВМ общего назначения осуществить проверку алгоритмов функционировании ДД УПС, а также точности, с которой могут быть получены данные, необходимые для принятия решения о закрытии переезда. .

С этой цгль-о сформулированы задачи, которые необходимо решить в процессе моделирован!!::: .

1) исследование влияния точности определения нторичных параметров рельсовой липни на точность вычисления расстояния от переезд:! до поезд::,

2) исследование точности определения вторичных параметроз в диапазоне возможного изменения их величин,

3) исследование влияния сопротивления шунта и точности его определения на точность вычисления расстояния от переезда до шуита,

4) исследование точности определения результирующего расстояния в диапазоне возможных изменений вторичных параметров,

5) исследование влияния на точность функционирования системы неоднородности рельсовой линии, состоящей из участков с разными параметрами.

Исходя нз этих задач в структурную схему моделирующего алгоритма включены четыре блока, первый из которых воспроизводит процесс определения вторичных параметров рельсовой линии при отсутствии подвижного объекта на участке приближения, что соответствует сопротивлению нагрузки (шунта), равному бесконечности.

Вначале осуществляется электрический расчет рельсовой линии с целыо определения напряжений на ее входе и| и выходе иг, а также входного тока I]. Поскольку все расчеты ведутся в комплексной области, фактически определяются пять величин: абсолютные значения (амплитуды)'указанных напряжений и тока (ип,1, ига2, 1тг) и разности фаз между 11) и иг (Ф21). а также между и,и1,( Фп). Расчетные формулы для однородной рельсогой линии имеют вид

Л - •

и2~ 1 л'

С1Ы

(7)

г,

В том случае, когда участок приближения состоит нз двух зон с разными параметрами, использованы следующие расчетные формулы:

{/2 =

2. ' сп и • с/г угРЛ+-- 5Л£, < *Л уг (2

^ИщЬ + Иг/Л 1\~ и---Г— , (8)

где 71, Zвl к ^ 1" параметры первого (наиболее удаленного от переезда) участка,

У2, Zв2 и ¿2 ' параметры второго у»;астка, примыкающего к переезду.

Воспроизведение в модели ошибок измерении достигается увеличением (уменьшением) казвдои из величин ип1|, ит2,1тг, <?ц , 921 на некоторую случайную составляющую, равномерно распределенную в заданном диапазоне. При этом расчетные формулы имеют вид:

<рцп=т <Р2\н=<Р2\ Ь

(9)

где 5 - заданная в % максимальная относительная ошибка измерении,

АX, X ~{итЬ1тЬ^п,ит1,(рг^ - случайная величина, генерируемая независимо для расчета по каждой пз формул.

Полученные таким образом "измеренные" значения амплитуд и фаз ит|,|, ит2„, 1т1и. Фпн . 921 и используются далее для расчета вторичных параметров с использованием формул (1) базового алгоритма ДД.

Второй из четырех блоков моделирующего алгоритма воспроизводит ситуацию, когда подвижной объект вступает на участок приближения в самой удаленной от переезда точке. Здесь так

.же; как н и предыдущем блоке, значале осуществляется электрический расчет рельсовой линии с тем отличием, что сопротивление нагрузки принимается равным заданному сопротивлению шунта. Прн этом значения входного напряжения ит] п тока 1| вычисляются с промежуточным определением входного импеданса прн заданных значениях параметров линии - и сопротивления шунта Г1ш. В случае однородной но параметрам линии:

2 _я.+г.1Лге

" А.

■г.

В случае выделения в пределах участка прближення двух зон с разными параметрами расчет входного сопротивления линии производится в два приема:

Z.,

¿.л

В обоих случаях входной ток определяется по формуле

„ Uu ill!

Следующим шагом является вычисление "измеренного" сопротивления шуггга Z:.„, в соответстппн с формулой (2), учитывая, однако, что его величина пеледгтаие глшлп'л ошибок "измерений" может сказаться комплексной.

Таким образом, реализация перпых друх блоков моделирующего алгоритма имеет результатом значения у,,, Z„„ и Z,., применительно :с участку приближения а целом. Эти значения предназначены для использования па завершающем этапе (третий блок),' когда воспроизводится агуацня, в которой необходимо определить местоположение пос*;:' а некоторой промежуточной точке участка приближения.

Здесь таг; как и pane?, аначале при заданной координате наложения шунт:: /.., производится электрический расчет рельсовой

линии. Для этого при выполнении условия постоянства параметров по всей длине участка приближения используются формулы (10) и (12) с тем лишь отличием, что вместо длины участка / в расчет принимается /ш, т. е. расстояние от переезда до объекта.

В случае двух зон с разными параметрами порядок расчета зависит от того, в какой зоне находится движущийся объект. Если он находится п пределах первой зоны, то сначгша используегся (¡юрмула

_ ям + глИгу^-Хш)

2"л = ЛуХь-хГ7' (14)

Л»—--+1

.¿<¡1

где хш - расстояние между объектом и дальним концом участка приближения,

и затем формула (11).

Если объект покинул пределы первой зоны и переместился во вторую, то расчет входного импеданса производится по формуле

_ Яш+г^гу^-х.)

11гу2(е-хУ(15).

л»—----+1

Здесь / = /-, + /2 - общая длина участка приближения, а / - хш = /ш.

Д;шее по формуле (12) определяется величина входного тока .

После внесения в величины ит|, 1т|, фп ошибок измерений, с помощью формул (9) осуществляется расчет входного импеданса (13) и расстояния от переезда до поезда '(3).

В заключительной часги данной главы обсуждаются некоторые особенности, касающиеся планирования экспериментов на модели. В первую очередь, необходимо обратить внимание на протяженность так называемой зоны (участка) извещения, в пределах которой принимается решение о закрытии переезда. Эта зона находится в наиболее удаленной от переезда часта учаегка приближения, поскольку в случае движения с максимальной скоростью Углах извещение должно быть сделано немедленно при вступлении поезда на участок из-за того, что время извещения 1,„в, которое требуется для реализации процедуры закрытия переезда из соображений безопасности не может быть меньше, чем определяемое неравенством

Вторая граница зоны извещения представляет собой точку, отстоящую от дальнего конца участка приближения на расстояние х0. Время движения от этой точки до переезда не должно быть меньше {„■>„ даже при начальной скорости движения, равной в этой точке нулю.

Минимальное время, в течение которого скорость может возрасти от 0 до Утзх, составляет

= (П)

¿Лиах

Если < то в наиболее неблагоприятном с точки зрения безопасности варианте

Игаах

2

+ Vrr,J.ttm ~ tv) ~ £~Хо

или

Cn — i

Хо

1-

(18)

dm* J

2VLJ

При обратном соотношении tv и t,13B Хо

Gra ах 2

2 tint

ИЛИ

/

1-

Ota ах ^

2VI

(19)

V ^V max/

Поскольку для обеспечения представительности результатов моделирования желательно охватить все возможные значения вторичных параметров, в конце данной главы определены интервалы изменения модулей параметров Zb и у с учетом их взаимозависимости и выбраны их конкретные сочетания для моделирования (табл. 1).

Первое из значений у для каждого Zs соответствует нижней границе, третье - верхней границе, а второе - это некотрое среднее значение из возможного интервала изменения у.

После ввода параметров и ограничений модель последовательно реализует все четыре блока своей структуры, записывая в выходной файл (протокол испытаний) условия и результаты моделирования.

Таблица 1

Значение параметра у для моделирования при выбранном

ZB Y

1 2 . 3 ■

0,2 0,10 0,50 1,00

0,4 0,10 1,00 2,00

0,6 0,10 1,50 3,00

0,8 0,10 1 /ю 3,16

1,0 0,10 ¡,60 3,16

3,0 0,10 1,60 3,16

5,0 0,10 1,60 3,16

7,0 0,14 1,65 3,16

10,0 0.20 1,70 3,16

Четвертая глава содержит описание моделирующей программы и анализ результатов моделирования.

Блок-схема моделирующей программы состоит из 38 блоков, из которых осуществляют ввод данных, необходимых для настройки модели на определенные условия работы.

Для создания дружественного интерфейса в процессе ввода информации при насгройке модели используются специально разработанные подпрограммы-функцнп.

Программа формирует уникальное имя выходного файла в следующем нвде: prt[n].out. Здесь prt - постоянная для всех случаев часть имени, [п] - строка символов, идентифицирующая номер протокола, .out - расширение имени файла. Квадратные скобки в приведет;oii записи имени являются условными разделителями, выделяющими переменную часть имен;;, н с состтш последнего не входят.

Таким обризог.:, выходной файл, полученный при каждом запуске модели, имеегг уникальное нг.;я, содержащее номер протокола, "по удобно для хранения, чтенкл и обработки результатов ыэхелирооащгг. ' - - •

Остальные блоки реализуют различные . процедуры моделирования в соответствии со структурной схемой модели.

Программа написана; на языке программирования СИ и ее полный текст приводится в приложении 4.

Файл guvar.c с исходным текстом программы занимает 16S66 байт памяти, а исполняемый модуль guvar.exe 4S087 бант.

Резудьтаты экспериментального моделирования, выполненного на персональном компьютере IBM PC, составляют приложение 5 к диссертации и оформлены в виде протоколов с номерам» от 1 до 71.

Во всех случаях приняты одинаковые условия движения по участку приближения длиной / = 1 км, а именно, максимальная допустимая скорость Vmax = 40-м/с и максимальное ускорение

При этом время извещения составляет tn,s = 25 с, а протяженность зоны извещения х0= 200 м.

Испытания, результаты которых изложены в протоколах N1 и N2, были направлены на практическую проверку корректности базового алгоритма н на определение внличин методической и инструментальной составляющих ошибки вычисления. В связи с этим модулирующая ошибка измерений была задана раной нулю, а вторичные параметры равными некоторым средним значениям в интервале их возможных значений.

Протоколы NN 3+29 содержат результаты моделирования для сочетаний параметров, заказанных в табл.1. Сопротивление шунта принято одинаковым во всех случаях и равным 0,06 Ом. Относительная ошибка измерений задана равной 5=1%, а параметры Zj и у определены точно, т. е. с нулевой ошибкой. Эта группа испытаний позволила собрать данные о возможных ошибках определения местоположения поезда во всем диапазоне возможных значений вторичных параметров(табл. 2).

Данные, содержащиеся в протоколах NN 30+37, иллюстрируют влияние сопротивления шунта на точность вычислений, а следующая группа протоколов (NN 38+42) содержит данные, полученные с изменением заданной относительной точности измерений от 0,5% до 3%.

В протоколах NN 38+62 сосредоточены результаты испытаний при наличии двух зон, образующих в сумме участок приближения, при равной и различной протяженности этих зон.

Таблица 2

Среднеквадратичные значения относительной ошибки 6„ определения расстояния /ш при различных значениях вторичных параметров

, Ом 5„ , %

на нижней при на верхней

границе У +У . границе

интервала: утш 1 2 интервала, угаач

0,2 2,456 1,688 3,302

0,4 1,976 2,411 4,350

0,6 2,633 4,893 11,349

0,8 6,860 2,617 11,712

1,0 5,388 2,787 11,719

3,0 1,587 2,731 11,770

5,0 1,405 2,213 9,514

7,0 0,935 2,725 10,661

10,0 0,746 2,925 9,510

Наконец, последняя группа протоколов (КЫ 63*71) содержит результата моделирования дпл значений волнового сопротивления однородного участка, взятых из табл. 1 в сочетании со средними значениями интервала изменения коэффициента распространения. Здесь определение н у не предполагается точным, а

осуществляется с использованием токов и напряжений, измеренных с ошибкой 5 = 1%.

Обращаюсь к содер;:;имому протоколов N1 и N2, можно обнаружить, что сели задана нулевая ошибка измерений электрических величин, то и вторичные параметры н у, и сопротивление шунта 11ш, и вычисленные расстояния /ш , также не содержат ошибки, т. е. определяются точно даже в том случае, когда рассматривается участок приближения, разделенный на две зоны равной длины, правда, с одинаковыми параметрами. Этот факт свидетельствует о том, чтр существует принципиальная возможность путем выбора аппаратуры для реализации базового алгоритма сделать практически неощутимой инструментальную составляющую выходной ошибки.

1С

Для анализа точности в диапазоне изменения вторичных параметров Z!, и у сведны в единую таблицу (табл. 2). Как можно видеть, случайные флуктуации результирующей ошибки слишком велики, чтобы сделать вывод о какой-либо функциональной зависимости. Можно лишь заметить, что ошибка относительно более значительна по величине вблизи верхней границы интервала возможных значений у, где она приближается к 12%.

Влияние величины сопротивления шунта на точность вычисления расстояния /,„ от переезда до поезда определяются практически линейной зависимостью ошибки от величины К,,,. Как и следовало ожидать, точность с увеличением сопротивления шунта ухудшается.

Зависимость такого нее типа наблюдается при изменении точности измерения электрических величин.

В__плюй главе диссертации исследованы возможности

аппаратурной реализации детекторов движения с использованием принципов вероятностного кодирования информации.

В соответствии с современной концепцией децентрализации вычислительных процессов с целью обеспечения оптимального соотношения стоимость-производительность осуществлена декомпозиция структурной схемы УПС. Основными компонентами япллются центральный процессор ЦП, общесистемны]'! модуль ОМ и иредпронессор ПИ. Устройство ЦП выполняет основные операции алгоритма, сг.:;зашн:о с математическим и логическим преобразованием данных, ОМ - функции общесистемной поддержки прсцесссл (контроль, диагностика, еннхрошпацпя, организация прерываний, тссгирогание и т. д.). и ПП - функции преобразования физической формы принимаемого сигнала н его предварительную обрлботку. Пссл-.'лниП компонент еестллл"-:;- иредм-_-т исследований н-.'гой главы.

Предложено использование длух типов интегральных .характеристик гармонических сигналов рельсовой линии: среднего значения !ср и средней мощности Р за М периодов, - в качестве оценок неличнн экстремальных л чо»*. В* делены формулы длл погрешности измерения н>-и рлсспнхронизацни _ ! -ЛМоГ-соз2/Т/11 оГ

..... ^/(йдг) •

гг. Бт4я-А/<УГ

5Р =--7--; „ (20)

4я-Л/(1 + <5Т)

где 5Т - относительная погрешность синхронизации сигнала.

Анализ по формулам (20) показал, что с позиций уровня рассматриваемой погрешности оба метода практически равноценны.

Для аппаратурной реализации ПП предложено использование принципов квазистохастического кодирования информации, обеспечивающих эффективное сжатие информации при оценке интегральных характеристик сигналов, устойчивость к шумам округления, простоту схемотехник,! основных арифметических операций. Вместе с тем это потрсС" , ло решения ряда теоретических вопросов, прежде всего связанш 1л с выяснением нрнроды и оценкой дополнительной вероятностной погрешности. В качестве первого шага выполнено формальное представление 'автокорреляционной функции на выходе логических комбинационных схем, управляемых случайными последовательностями с гнпергеомггрнческим распределением (ГГР) бинарных символов. Например, ¿ум последовательности - ка выходе копыонктора с входными потоками

/V - >

Л'-1

где N - ьернод генератора случайных чисел (ГСЧ).

В качестве реализатора алгоритма аычислсинл принята схема ЛПКВ (линейного прсоорнзспатспя код-вероятность}. При этом рассмотрен достаточно ошг.нн стучал, когда изменяющийся входной сигнал Л (0 иредстг.ацасхе;! т.ослслссателыюетыо дискретных значении ц, полученных нрл ступенчато;! .".нпрокснмации сигнала на

интервале N.. Получена . форма_лкя днсн^син л-суммы

гст-оглностных отображении 2л {/—1,Л'/

■ ■ I ■ ':ох-с.(,' Ч-! !

^^ЗС^Т)-2-Ч1-—

расчстт по которой по«азпян, *пп лоиолпптеи.гкщ г.срогпиоспгш погрешность при N = 27-1 » зг-с.-лпх I - 2,0'. .

Дополнительное сигжошс уриаа ъюИ иогрлпности сЗсспдедоалгсз применением составного ГСЧ с ГГР.

Ядром Г!П, выполняющего вычисление средней 'мощности снгплла за М перисдоп, является стохастический квадратор.

В гласе приводится семейство схемных решений квадраторов, отличающихся аппаратурной сложность» и точностью при интегрировании выходного процесса. Впервые высказана рекомендация об использовании модифицированных алгоритмов квазнстохастнческого кодирования, когда фрагментом результирующей оценки <р; па каждом такте / сравнения детерминированного и случайного числа япляегся некоторая нелинейная функция от случайного числа г,;.

Например,

2 7/' + ^, если А > ц .

<РГ-

3

. если А

(21)

где А - детерминированное число.

Доказано, что использование процедуры кодирования в виде (21) не вызывает смещения оценки математического ожидания. В других версиях кодирующих процедур, использующих ГСЧ с плотностью распределения 2г)| ' (распределение Симпсона) достигается теоретически нулевая вероятностная погрешность на периоде N при обработке даже изменяющихся со времени енгиалоз.

Заключение.

В процессе работы над диссертацией нсследова1гы и решены следующие вопросы.

1. Предложена прогнозная модель инцидентов на переездах железных дорог Шри-Ланка, оспозг.иная на представлении статистики по предыстории в виде цепи Маркова. Исследования на модели показали актуальность задачи внедрения более надежного технологического оборудования и эффективных алгоритмов управления им.

2. Выведены формульные зависимости, позволяющие вычислять удаления точек подачи сигнала извещения на переезд согласно характеру (равномерному, равноускоренному, комбинированному) движения поезда на участке приближения. Определена протяженность зоны извещения в зависимости от скорости и ускорения поезда.

3. Предложен новый алгоритм определения местоположения поезда па участке приближения, основанный на измерениях пяти интегральных характеристик периодических сигналов в рельсовой линии. Выполненный анализ трансформированной ошибки позиционирования позволяет установить условия, при которых гарантируется ограничение погрешности в пределах нескольких процентов.

4. Исследован альтернативный нмпедансному алгоритм определения местоположения поезда, основанный па дискретных отсчетах текущей скорости поезда. Выполненное сравнение нмпедансного и точечного алгоритмов показывает преимущества первого из них применительно к условиям перевозочного процесса в Шри-Ланка.

5. Исследован принцип многоточечного зондирования рельсовой цепи. Доказана его неэффективность с позиций улучшения точности позиционирования.

6. Разработана математическая модель исследования внешних режимов функционирования ДД, позволяющая установить корректность базового алгоритма, оценить соотношения методических, трансформированных и инструментальных ошибок вычислений с учетом воспроизведения возможных неоднородностей рельсовых линий.

7. Разработана моделирующая программа, обеспечивающая пользователю при настройке модели дружественный интерфейс в' диалоговом режиме с защитой от грубых ошибок ввода. Программа использует оригинальную адресацию результатов моделирования в виде уникальных имен протокольных файлоз.

8. Результаты моделирования обнаруживают практически линейную зависимость трансформированной ошибки от сопротивления шунта и ошибки измерения электрических величин.

9. С целью обеспечения безопасности движения на переездах численное значение расстояния от поезда до переезда следует уменьшить на расчетную величину возможной ошибки - десятки метров в зависимости от значений вторичных параметров рельсовой цепи.

10. Получены формульные соотношения для расчета вероятностной ошибки преобразования изменяющегося на входе предпроцессора сигнала. Показано, что ее уровень определяется

ас

максимальным значением перепада сходного процесса и может был. снижен в десятки раз применением составных генераторов псевдослучайных чисел. Разработан:.! соответствующие схемные решения устройств предпроцеесора.

Основные положения диссертации опубликованы в.следующих работах.

1. Яковлев В.В., Г'унзвярдана Д. Алгоритмические средства мониторинга участка приближения в системах переездной сигнализации // Тезисы докладов Всероссийской конференции "Разработка и внедрение новых технических средстз па транспорте". М., 1993.

2.Яковлсв В. В., Гупапардана Д., Ефимом Р. С. Стохастические сигнальные препроцессоры И Труды мезд. школы-семинара

' "Микропроцессоры в системах управления и связи на ж.- д. транспорте"., Алушта, 1993. ,

3. Якозлев З.В., Гупавардапа Д. Стохастический преобразователь для микропроцессорных ■ систем управления // Труды межд. школы-семинара "Микропроцессоры п системах управления н связи на ж. д. транспорте", Алушта, 1294.

4. Яковлев В.В., Гупавардапа Д. Стохастический .алгоритм прогнозирования инцидентов. на переездах железных дорог // Труды гсонферепцш! "Проблемы транспорта решают ученые". ПГУПС, 1994

5. Яковлев В.В. Гупавардаиа Д., Накке Г. К. задаче параметрической идентификации' рельсовых цепей // св. иауш. трудов "Проблемы построения микропроцессорных систем ж. д. автоматики", ПГУПС, 1995.

6. Яковлев В.В., Гунавардана Д. Квадраторы стохастических констант И Сб. научн. трудов "Проблемы построения микропроцессорных систем ж. д. автоматики", ПГУПС, 1995.

Подписано к печати os.cS.95 г. Усл. п. л.

Печать офсетная Бумага для множпт.апп. Формат 60x84 1/16

Тираж 100 этез. Заказ N ❖ЛЗ

Тип. ПГУПС, 190031 С-Петсрбург, Московский пр., 9