Продукция

Система точного определения местоположения и управления движением локомотивов с использованием спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS

Системы мониторинга транспортных средств с использованием глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС и GPS на протяжении ряда лет активно применяются для решения задач контроля и управления парками автомобильного транспорта и спецтехники. В ходе развития эти системы постепенно наращивали свой функционал: появились функции контроля расхода топлива, функции контроля узлов и агрегатов транспортных средств и рабочих органов спецтехники, функции видеорегистрации и многое другое, обеспечив полный контроль использования автомобильных транспортных средств. Однако, на железнодорожном транспорте системы диспетчерского управления и контроля эффективности использования локомотивного парка на основе ГЛОНАСС/GPS технологий не нашли широкого применения, хотя функции контроля расхода топлива и состояния узлов и агрегатов локомотивов уже используются. Разработаны также различные системы маневровой (МАЛС) и горочной (ГАЛС Р) локомотивной сигнализации, а также система КЛУБ-У, использующие в своём составе аппаратуру ГНСС. Основная причина такого положения – недостаточная для контроля и управления движением локомотивов на станциях точность определения местоположения. Дело в том, что приёмники радионавигационных сигналов (ПРНС) ГЛОНАСС/GPS, представленные на рынке навигационных средств, являющиеся основой любого бортового навигационного оборудования, будь то трекеры, навигаторы, регистраторы и пр., обеспечивают точность определения местоположения порядка 10-15 м. В абсолютном режиме определения местоположения по данным ГНСС такая точность является предельной. То есть если для определения местоположения по ГНСС использовать только 1 ПРНС, как это делается в системах мониторинга автотранспорта, то получить точность более 10 метров, с доверительной вероятностью более 0,6 – невозможно. Для повышения точности определения местоположения, а для железнодорожного транспорта это 10 – 15 м на перегонах и 1 м на станциях, необходимо использовать относительный, или как его называют в геодезии – дифференциальный режим, предполагающий использование нескольких ПРНС.

  1. Область применения и цели создания системы

В течение ряда лет, в рамках Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная спутниковая система» специалисты ОАО «МКБ Компас» разрабатывали «Систему точного определения местоположения локомотивов с использованием спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS» (далее – систему). Система по своему уникальна и не имеет аналогов в России и СНГ. Структура системы построена таким образом, что позволяет использовать её как на магистральном железнодорожном транспорте ОАО «РЖД», так и на предприятиях промышленного железнодорожного транспорта, имеющих свой локомотивный парк и путевую инфраструктуру, обслуживающих различные производственные комплексы добывающей, металлургической, химической и иных видов промышленности. В настоящее время система находится в режиме опытной эксплуатации на опытном полигоне Красноярского транспортного узла.

Система представляет собой высокотехнологичный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для оперативного обеспечения, в режиме реального времени, систем управления движением на железнодорожном транспорте, а также других железнодорожных АСУ и ГИС информацией о местонахождении, скорости и направлении движения локомотивов с использованием систем ГЛОНАСС/GPS. Она обеспечивает диспетчерский персонал и смежные системы информацией о номере пути следования, местоположении на пути в железнодорожной системе координат, скорости и направлении движения локомотива, с точностью, достаточной для решения задач управления движением. В качестве смежных систем могут быть использованы автоматизированные системы управления работой станций, автоматизированные системы контроля расхода топлива, автоматизированные системы контроля сроков проведения технического обслуживания и плановых ремонтов локомотивов, автоматизированные системы контроля использования локомотивов на предприятиях контрагентов и многие другие АСУ и ГИС, которым необходима в режиме реального времени точная информация о местоположении, направлении и скорости движения локомотивов. В настоящее время ОАО «МКБ «Компас» проводит работы по интеграции разработанной системы с хорошо известными, и зарекомендовавшими себя на рынке Автоматизированной системой управления станциями «АСУ СТ», разработанной НТЦ  «Транссистемотехника» и аппаратурой системы «FAS» компании «Omnicomm».

Система создавалась с целью решения следующих наиболее значимых для железнодорожного транспорта задач:

  • Повышение безопасности движения на железнодорожном транспорте.
  • Обеспечение автоматического определения местоположения, направления и скорости движения локомотивов в режиме реального времени на цифровой карте путевого развития станций и перегонов.
  • Обеспечение управления движением локомотивов на малодеятельных линиях и станциях, не оборудованных средствами сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).
  • Снижение затрат, связанных с содержанием и эксплуатацией подвижного состава за счёт повышения эффективности использования локомотивного парка, сокращения холостых пробегов локомотивов, контроля за расходом топлива.
  • Автоматизация и повышение качества процессов управления движением и сокращения влияния человеческого фактора.
  • Снижение затрат на выполнение маневровых работ на станциях.
  1. Функции системы

Функциональные возможности системы в сочетании с возможностями смежных систем позволяют полностью автоматизировать управление поездной и маневровой работой на железнодорожном транспорте, а также обеспечить автоматизированный дистанционный контроль за расходом топлива и параметрами работы локомотивов. Основные функции, которые может выполнять система, в сочетании с вышеупомянутыми системами контроля топлива и управления работой станции, представлены далее:

  • Определение местоположения с точностью до 1 м, направления и скорости движения локомотивов с точностью 0,05 м/с в режиме реального времени в одноосной системе координат (Километр, пикет, плюс), принятой на железнодорожном транспорте, и отображение текущего местоположения на цифровой карте путевого развития на экране ЭВМ диспетчерского персонала.
  • Отображение и запись в архив событий, с возможностью воспроизведения, трека траектории движения локомотива за требуемый период времени до 3 лет.
  • Отображение и запись в архив событий (время начала и конца простоев, время выхода и возвращения в депо, время нахождения на путях контрагентов, время включения и выключения силовой установки, время и места ухода и возвращения на пути объекта железнодорожного транспорта и др.).
  • Автоматическое формирование отчётов о работе локомотива и локомотивных бригад, в том числе: время работы силовой установки локомотива, расход топлива (при интеграции с системами контроля расхода топлива компании «Omnicomm»), простои в рабочем и нерабочем состоянии, пробег с момента последнего ремонта, или технического обслуживания, время нахождения на путях контрагентов, соблюдение предписанного скоростного режима, исполненный график движения, перевод локомотива в нерабочее состояние и обратно, проведение отцепок (прицепок)  локомотивов от поездов, смены локомотивной бригады и др.).
  • Автоматизация основных операций с поездами, в том числе: учёт прибытия поездов на станции, подготовка документов на прибывшие и сформированные поезда, контроль накопления вагонов в сортировочном парке и расчёт завершения образования поезда в соответствии с нормативами, контроль операций по обмену вагонами с подъездными путями контрагентов, контроль дислокации вагонов на подъездных путях предприятия, ведение вагонной модели района управления и др. (при интеграции с системой АСУ СТ компании НТЦ «Транссистемотехника».
  1. Состав и функции компонентов системы

Система состоит из двух основных частей: бортовой аппаратуры, которая устанавливается непосредственно на локомотив, и постовая аппаратура.

Блок бортовой аппаратуры построен на основе операционной системы реального времени QNX Neutrino и вычислительного модуля Fastwel CPC304, выполненного в  форм-факторе PC/104. Выбор в качестве вычислительного ядра модуля Fastwel СРС304 объясняется оптимальным соотношением производительности и цены, широким температурным диапазоном эксплуатации, а также поддержкой операционной системы QNX. К достоинствам данного модуля можно также отнести пассивное охлаждение, наличие интерфейсов RS-232 и RS-485, а также разъёма для подключения CompactFlash карт.

Вычислительный модуль является ядром блока бортовой аппаратуры, в состав которой также входят:

  • блок питания;
  • плата расширения COM-портов;
  • коммуникационная плата с установленными ПРНС;
  • устойчивый к внешним воздействиям защищённый «электронный ключ», выполняющий функции идентификации машиниста и функции регистрации информации;
  • GSM модем.

    В ходе испытаний системы на Красноярском транспортном узле были подтверждены её основные  эксплуатационные характеристики:

  • СКО определения местоположения – 0,35 м;
  • СКО определения скорости движения – 0,05 м/с;
  • задержка в получении информации о местоположении локомотивов не превышает 2 секунд.
  • Потенциал развития системы для решения различных задач железнодорожного транспорта по истине огромен. Информация, получаемая с помощью системы, может быть использована:

  • для построения систем автоматического оповещения о приближении поездов к переездам;
  • для построения систем автоматической привязки мест обнаружения дефектов в элементах верхнего строения пути, земляного полотна и контактной сети с использованием средств неразрушающего контроля;
  • для построения систем автоматизации путевых работ с использованием путевых машин и комплексов.
  • для построения автоматизированных систем учёта  и контроля выполнения графиков плановых ремонтов и технического обслуживания локомотивов;
  • для обеспечения, в режиме реального времени, координатно-временной информацией ГИС и АСУ железнодорожного транспорта (АСО УП, АСУ СС, ГИС РЖД, ИОММ и др.)
  • Внедрение системы, в сочетании с вышеупомянутыми системами, на предприятиях магистрального и промышленного железнодорожного транспорта позволит:

  • Значительно (до 60%) сократить ручной труд по вводу и обработке информации,
  • Повысить оперативность и качество управления движением локомотивов.
  • До 30% сократить расходы на эксплуатацию локомотивного парка.
  • До 20% повысить эффективность использования локомотивного и вагонного парков.
  • Значительно сократить количество ошибок, обусловленных человеческим фактором, возникающих в процессе управления движением.
  • Повысить безопасность движения за счёт более точной, по сравнению с используемыми в настоящее время на железнодорожном транспорте, системами СЦБ.