"Транспортная безопасность и технологии 2008 №2" Применение спутниковых безопасности движения поездов

"Транспортная безопасность и технологии 2008 №2"Применение спутниковых
навигационных систем GPS/ГЛОНАСС в системах управления и обеспечения
безопасности движения поездов
В.И. Зорин.
Эффективность перевозочного процесса железнодорожного транспорта в значительной степени
зависит от уровня его управляемости и степени обеспечения безопасности.
Для этого железные дороги мира оснащаются все более новыми и совершенными техническими
средствами управления и обеспечения безопасности движения поездов. При этом важнейшей задачей
является непрерывный контроль местоположения и параметров движения подвижных составов.
Информация о местоположении подвижных составов необходима для оптимального использования
пропускной и провозной способности железных дорог и исключения опасных ситуаций (опасного
попутного сближения, проезда светофоров с запрещающими сигналами, движения на занятый путь,
превышения допустимой скорости в местах ограничения скорости).
Первым техническим средством контроля местоположения подвижного состава, а также контроля
свободности/занятости перегона была электрожезловая блокировка. Отсутствие ключа-жезла в
аппарате примыкающей станции однозначно определяло занятость перегона. При этом
местоположение поезда определялось с точностью до перегона.
Аналогично работают системы, которые контролируют свободность/занятость перегона с помощью
счетчиков осей, расположенных на границах перегона. Названные выше технические средства в
настоящее время эффективны на малодеятельных участках при интенсивности движения не более
одного поезда на перегон.
Более совершенным техническим средством определения местоположения поезда стали созданные в
конце 19 века рельсовые цепи и основанные на них системы электрической централизации и системы
автоматических автоблокировок. С помощью рельсовой цепи местоположение поезда определяется с
точностью до длины рельсовой цепи. Эффективность рельсовых цепей настолько велика, что,
непрерывно совершенствуясь, они на большинстве железных дорог до сих пор остаются основным
средством определения местоположения поездов.
Рельсовые цепи также эффективны для контроля целостности поездов и рельсовых линий. На основе
рельсовых цепей продолжают создаваться современные устройства управления движением поездов.
Российское предприятие ОАО «НИИАС» разработало систему автоблокировки с тональными
рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры на микропроцессорной элементной
базе типа АБТЦ-М. На ближайшие годы это самая современная система автоблокировки для железных
дорог России.
АБТЦ-М имеет трехуровневую модульную архитектуру. Соединения блоков внутри уровней
производится через два CAN интерфейса. На нижнем уровне расположены блоки, взаимодействующие
с путевыми устройствами (рельсовыми цепями, светофорами и переездной сигнализацией), а также
блоки взаимодействия с электрической централизацией и аппаратурой соседней станции.
На среднем уровне находятся блоки управления и аппаратура технической диагностики, установки
параметров и реконфигурации. На верхнем уровне находятся автоматизированные рабочие места
диспетчера станции, устройства передачи информации о показаниях светофоров на локомотив, а
также устройства взаимодействия с диспетчерской централизацией. Систе мы автоблокировки
увеличивают пропускную способность перегонов в несколько раз.
Вместе с тем рельсовые цепи не лишены недостатков. Это, прежде всего, значительное потребление
электроэнергии, высокие капитальные затраты, низкая надежность и большие эксплуатационные
расходы.
В последнее время для определения местоположения подвижных составов все чаще применяются
счетчики осей и точечные путевые приемопередатчики типа «Евробализ». Точность определения
местоположения подвижных составов при этом определяется частотой установки этих устройств на
пути.
«Евробализы» используются также для корректировки бортовых устройств определения
местоположения подвижных составов. Однако после проезда очередного «Евробализа» дальнейшее
определение местоположения производится от осевых датчиков с их известной погрешностью. Поэтому
по эффективности и надежности счетчики осей и «Евробализы» не превзошли рельсовые цепи.
Не только напольным, но и локомотивным техническим средствам необходима информация о
местоположении и скорости движения поезда. Здесь наибольшее применение нашли устройства на
базе осевых датчиков скорости – одометров. Перед началом поездки машинист вручную устанавливает
начальную координату. При движении локомотива координата и скорость определяются от осевого
датчика. Однако недопустима большая погрешность, обусловливаемая наличием юза и буксования, а
также конусообразной формой поверхности качания колеса, требует регулярной коррекции
измеренных параметров с помощью дополнительных технических средств (например, тех же точечных
приемопередатчиков).
Поэтому очень актуальна задача разработки альтернативных методов и технических средств
определения местоположения и скорости движения подвижных составов, которые бы дополняли
вышеназванные методы, а в ряде случаев их бы и заменяли.
ОАО «НИИАС» в течение ряда последних лет проводило большую работу по анализу и выбору таких
методов и технических средств. Было проанализировано значительное количество технических средств
и методов.
По результатам проведенных исследований и совокупности свойств исследуемых технических средств,
предпочтение было отдано спутниковым навигационным системам.
Испытания спутникового навигационного приемника разработки Московского конструкторского бюро
«Компас», работающего от спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, проведенные совместно с
Московской железной дорогой в 1992 году, подтвердили этот выбор.
В течение последних лет система ГЛОНАСС недостаточно поддерживалась российским правительством
и были использованы приемники сигналов американской системы глобального спутникового
позиционирования GPS. Для пользователя американская система GPS и российская ГЛОНАСС ничем не
отличаются. Однако применение только одной системы GPS не обеспечивает необходимую надежность
и безопасность в организации движения поездов.
Поэтому наиболее целесообразно использовать приемники спутниковой навигации, работающие от
двух или более спутниковых навигационных систем.
В настоящее время правительство России включило задачу восстановления и поддержания системы
ГЛОНАСС в число национальных проектов. Поэтому наиболее эффективно и безопасно для
национальных интересов применение приемников GPSГЛОНАСС, которые выпускаются рядом
производителей. В России используются только приемники российского производства.
Первым устройством на железных дорогах России, в котором применен способ определения
местоположения поезда с помощью спутникового навигационного приемника стало комплексное
локомотивное устройство безопасности КЛУБ-У.
В 1999 году устройство КЛУБ-У успешно прошло приемочные испытания и с 2002 года начало
внедряться на железных дорогах России. В настоящее время около 4500 локомотивов и моторвагонных
поездов, а также более 3500 единиц специального подвижного составов оборудованы аппаратурой
КЛУБ-У и КЛУБ-УП с приемными устройствами спутниковой навигации.
Основным преимуществом стало то, что подвижной состав железных дорог в автономном режиме (без
наличия напольных технических средств), автоматически определяет свое местоположение и свою
скорость. Точность определения местоположения в настоящее время составляет +/- 15 м, точность
определения скорости < 0,5 %. В большинстве случаев при движении по перегону этой точности
достаточно. Отличительной особенностью от других методов определения местоположения является то,
что погрешности не накапливаются.
Принцип работы спутниковой навигационной системы в составе локомотивных устройств обеспечения
безопасности движения заключается в следующем: сигналы навигационных спутников принимаются
антенной спутниковой навигации и поступают на приемник. Приемник по спутниковым сигналам
определяет географические координаты (широту и долготу), астрономическое время и скорость
движения поезда. Эта информация поступает в блок электронной карты, где преобразуется в
информацию о железнодорожных координатах (километро-пикеты), поясное (или любое другое по
необходимости) время, фактическую скорость, а также информацию об объектах инфраструктуры,
ограничениях скорости и т.д. Работа с электронной кассетой имеет свою специфику: используются
особые способы экстраполяции на криволинейных участках движения, и применяется ряд других
методов.
За время эксплуатации подвижного состава, оборудованного системой спутни ковой навигации, были
выявлены и другие особенности в работе спутниковых навигационных систем, в результате чего
несколько раз корректировалось программное обеспечение локомотивного оборудования.
Автономное и автоматическое определение местоположения подвижных составов дает возможность
реализовывать системы управления и обеспечения безопасности движения на совершенно новых
принципах с минимальным количеством путевых технических средств.
На первом этапе применения таких средств информация о параметрах движения поезда по
радиоканалу поступает на станции, где дополняется к информации от существующих технических
средств автоблокировки, электрической централизации и переездной сигнализации, повышая
надежность, достоверность, безопасность и живучесть этих систем.
На следующем этапе спутниковой навигации системы должны активно вытеснять существующие
технические средства определения местоположения поезда, в том числе рельсовые цепи,
«Евробализы», осевые датчики скорости.
При этом обязательным условием будет сплошное надежное радиопокрытие на основе современных
систем транкинговой связи типа GSMR или им подобным.
Это направление развития в значительной мере соответствует европейской системе ERTMS III уровня,
по классификации UIC, только дополненной использованием современных спутниковых технологий.
Использование на железных дорогах систем спутниковой навигации позволит значительно увеличить
эффективность и безопасность перевозочного процесса.