В ОАО «НИИАС» выполнен комплекс НИОКР и внедренческих работ по внедрению спутниковых технологий в соответствии с принятой ОАО «РЖД» стратегической концепцией движения от отдельных технических решений и технологий к созданию комплексных информационно-управляющих систем.
Особое внимание уделено созданию единого координатного пространства и единой системы ведения баз геопространственных данных (электронных карт) на базе ГИС РЖД, позволяющих создать надёжный механизм интеграции и синхронизации прикладных информационно-управляющих систем.
С помощью спутниковых систем ГЛОНАСС/GPSи информационных сервисов на их основе хозяйствам и службам ОАО «РЖД» предоставлена гарантированная возможность с высокой точностью определения дислокации и параметров движения пассажирских и грузовых поездов, включая специальные и опасные грузы, специальные самоходные подвижные средства, путейские бригады, контролировать их движение, а также оценивать параметры состояния бортовых систем.
Наличие высокоточного навигационного поля, формируемого с помощью систем дифференциальной коррекции ГЛОНАСС/GPS, будет напрямую содействовать сокращению затрат на инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию железных дорог. Непрерывный мониторинг пространственных параметров железнодорожного пути и иных объектов инфраструктуры обеспечит безопасность движения, и принятие своевременных мер по предупреждению и устранению негативных процессов.
Особое внимание уделено созданию интеллектуальных систем управления поездной и станционной работой, новых поколений информационных систем моделирования и анализа перевозочного процесса, формированию ситуационных центров, комплексное внедрение которых обеспечивает достижение синергетического эффекта от внедрения инноваций в данной области.
Для этого усилия ОАО «НИИАС» нацелены на создание:
- комплексных многоуровневых систем безопасности движения с использованием нового поколения локомотивных устройств безопасности, спутниковых технологий и цифрового радиоканала;
- систем интервального регулирования движения поездов с применением спутниковой навигации и цифрового радиоканала для повышения плотности поездопотокови пропускной способности железных дорог с особым вниманием к внедрению указанных технологий на малодеятельных участках железных дорог, в труднодоступной местности со сложными природно-климатическими условиями;
- спутниковых технологий для контроля и управления подвижным составом в целях ресурсосбережения (экономия энергопотребления, топлива и снижение износа в системе «колесо – рельс»);
- принципиально новых комплексных систем диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры и подвижного состава, позволяющих перейти к осуществлению ремонтов по фактическому состоянию;
- технологий оптимизации работы путевой ремонтной техники «в окнах» в увязке с управлением поездной работой с целью обеспечения максимальной пропускной способности железных дорог;
- технологий оптимизации работы инфраструктурных хозяйств за счет повышения уровня автоматизации и перехода от информационных к информационно-управляющим системам на основе объективной информации о движении подвижного состава, состоянии путевого хозяйства и инфраструктуры, получаемой с помощью средств космической навигации, мониторинга и связи;
- технологий спутникового контроля за перевозками опасных грузов с целью предупреждения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций;
- технологий спутникового мониторинга для предупреждения рисков неблагоприятных воздействий на железнодорожную инфраструктуру потенциально-опасных природно-техногенных процессов и минимизации затрат на устранение возможных последствий;
- высокоточного координатного и планово-картографического обеспечения на основе применения спутниковой навигации и высокоразрешающей съемки для целей снижения затрат и трудоемкости при проведении инженерно-геодезических изысканий при проектировании, строительстве и эксплуатации железных дорог.
Управление безопасностью движения поездов
К настоящему времени комплексными локомотивными устройствами безопасности КЛУБ-У и локомотивными устройствами безопасности для специального самоходного подвижного состава КЛУБ-УП, в состав которых входит отечественный спутниковый навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, оснащено 9719 единиц подвижного состава, включая локомотивы, моторовагонный подвижной состав и специальные самоходные подвижные средства. Спутниковыми навигационно-связными устройствами оснащались средства путевой диагностики (вагоны-путеизмерители, дефектоскопы и подвижные лаборатории), восстановительные поезда, локомотивы-рельсосмазыватели, путевые машины ПМС, штабные вагоны пассажирских поездов.
Общий объем подвижных единиц, оснащенных средствами спутниковой навигации, достигает 12 тыс. ед. Это составляет 36% от общего количества подвижного состава на железных дорогах ОАО «РЖД», подлежащего оснащению средствами спутниковой навигации.
В перспективе можно определить направление внедрения спутниковых технологий как создание интеллектуальных систем обеспечения комплексной безопасности на основе интеграции в составе локомотивных бортовых систем управления спутниковых мультисистемных приемников ГЛОНАСС/GPS/GALILEO, высокоточных отечественных космических и наземных систем дифференциальных дополнений, бортовых инерциальных систем, (обеспечивающих при совместном использовании точность позиционирования состава на путевом развитии лучше 1 м, и на перегоне лучше 4 м), а также высокопроизводительных систем цифровой связи, с применением систем TETRA, Wi-Fi (Wi-Max), DECT.
При создании современной локомотивной системы безопасности необходим общий подход к формированию, обработке и отображению информации. Это предполагает переход на единые формат сообщений и способ отображения информации машинисту, а также на более компактную элементарную базу, большую степень интеграции, использование технологий поверхностного монтажа для минимизации габаритных размеров оборудования.
В соответствии с утвержденными ОАО «РЖД» техническими требованиями ОАО «НИИАС» совместно с ОАО «НПО САУТ», ЗАО «НЕЙРОКОМ» и по «СТАРТ» приступил к разработке современного единого комплекса объединившего в себе функции локомотивных приборов и систем обеспечения безопасности движения КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ.
В комплексе предусмотрены наращивание функций, возможность интеграции с европейской системой ERTMS. Новые устройства имеют модульную структуру. Разработаны новые технологические алгоритмы взаимодействия системы, исключены избыточность и дублирование информации. При взаимодействии с исполнительными устройствами и тормозными системами устранены противоречия. Разработан алгоритм работы комплекса с Единой электронной базой данных путевых объектов и ограничений скорости движения.
Интервальное регулирование движения поездов
Перечень задач в области повышения безопасности движения, в которых эффективно применение спутниковых технологий ГНСС, включает следующее.
- Определение местоположения железнодорожных транспортных средств, используемых для пассажирских и грузовых перевозок, включая перевозки специальных и опасных грузов;
- Определение местоположение железнодорожных транспортных средств для ввода координат в бортовые локомотивные устройства безопасности в режиме реального времени;
- Формирование и актуализация электронных карт железнодорожного пути и объектов инфраструктуры на основе спутниковых определений координат для использования в бортовых локомотивных устройствах безопасности.
Наличие высокоточного координатно-временного обеспечения от спутниковых ГНСС в совокупности со средствами надежной доставки информации с использованием цифровых систем связи и актуализированных с использованием ГНСС и данных ДЗЗ навигационных цифровых карт железнодорожных путей и станционного развития позволяет в данной области применения приступить к созданию:
- систем координатного управления и интервального регулирования движения поездов на основе координатно-временной информации, получаемой от ГНСС, математических моделей поездной ситуации на полигонах, безопасных методов обеспечения попутного сближения поездов без путевых светофоров
- систем управления поездной и маневровой работой на станциях на основе спутникового определения координат подвижных единиц и использования широкополосного цифрового радиоканала с сокращением напольного оборудования.
Интеграция возможностей новейших технологий спутниковой навигации в условиях наличия цифрового радиоканала создает предпосылки для расширения функций систем безопасности на основе централизованного управления маршрутами и диагностикой. Это позволяет перенести функции обеспечения безопасности на станции и локомотив, сократив долю дорогостоящих в эксплуатации перегонных устройств. Поэтому так важны работы по внедрению отечественных микропроцессорных и релейно-процессорных устройств на станциях с дополнением их функциями передачи информации на локомотив по цифровому радиоканалу, введении электронной регистрации работы системы, элементов резервирования и самодиагностики.
Наряду с этим будет обеспечено массовое внедрение электронных цифровых карт, основанных на единой инфраструктуре пространственных данных ж.д. транспорта России, (включая единые стандарты цифрового описания, единые системы координат).
Средства ГИС позволяют интегрировать в единую информационную среду разнородную информацию с различными вариантами визуализации. Например, отображать поверх цифровой картографической подложки траектории движения транспортных средств по данным спутниковых измерений координат в динамике, визуализировать карты в трехмерном изображении, совмещать векторные карты с космическими и аэроснимками.
Одним из эффективных направлений использования спутниковой координаты и каналов связи является создание на их базе систем интервального регулирования для малодеятельных линий. Такие решения позволяют не только обеспечить безопасность движения, но и уйти от воздушных линий связи на этих участках, значительно сократить расходы, связанные с содержанием штата.
Дальнейшее увеличение интенсивности движения поездов, особенно электропоездов в пригородной зоне крупных городов, вызывает необходимость сокращения межпоездных интервалов, что возможно реализовать только системам координатного регулирования движения поездов на базе радиоканала.
В целом, совершенствование систем безопасности основывается на создании многоуровневых многофункциональных систем интервального регулирования движения поездов, взаимодействующих с ними систем автоведения и диагностики на подвижном составе, которые неразрывно увязаны со стационарными системами автоматики и телемеханики (СЖАТ) и информационными системами.
На российских железных дорогах широко внедряется отечественная система автоблокировки с тональными рельсовыми цепями централизованным размещением аппаратуры и дублирующими каналами передачи информации АБТЦ-М.
Совершенствование диспетчерского управления и логистика
Автоматизированная система управления железнодорожным транспортом предназначена для организации централизованного автоматизированного управления движением поездов на линиях Российских железных дорог и организации всей производственной деятельности на Российских железных дорогах на базе широкого использования современных методов анализа, управления, моделирования, логистики и прогнозирования, а также средств вычислительной техники и информационных технологий.
Основой системы управления грузовыми и пассажирскими перевозками являются центры управления перевозками (ЦУП).
Центры управления перевозками предназначены для создания вертикали управления и оперативного контроля процесса продвижения вагонопотоков. В ЦУПах реализованы уникальные технологии управления скоростным движением пассажирских поездов, вагонными и локомотивными парками, поездной работой с использованием современных средств контроля дислокации подвижного состава и состояния инфраструктуры железных дорог. Разработанные и внедренные системы ЦУП в совокупности представляют собой главный орган оперативного управления перевозочным процессом железнодорожной отрасли.
Стратегия развития технологий управления перевозочным процессом направлена на создание инновационных технологий автоматизированного управления поездной работой на железнодорожном направлении на основе суточного энергооптимального графика. Такая технология успешно внедрена на ряде направлений железных дорог.
Мониторинг инфраструктуры
В качестве приоритетного направления выбрано создание «сквозной» технологии комплексного применения современных методов аэрокосмической, воздушной и наземной лазерной, оптико-электронной, тепловизионной и георадарной съемки с целью создания в ОАО «РЖД» единой системы баз геопространственных данных инженерно-геодезических изысканий для проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации ж.д.
Для решения задач оперативного мониторинга объектов инфраструктуры разработаны мобильные измерительные комплексы на базе служебных вагонов и поездов. При этом за счет интеллектуальной обработки среднеквадратическая погрешность определения с помощью измерительного комплекса текущей дискретной координаты для объектов верхнего строения пути не превышает 1 см, для земного полотна −3см. Эти технологии обеспечивают минимальное влияние ошибок операторов на безопасность движения поездов. Целевым состоянием такого направления работ стало формирование информационно-советующих систем, снижающих риск при эксплуатации инфраструктуры ж.д.
Контроль работы технических средств
Инновационные технологии планирования, мониторинга и анализа работы специальной техники при производстве работ по ремонту инфраструктуры железных дорог с использованием спутниковых технологий предназначена для автоматизации контроля за продвижением ССПС к месту проведения работ и автоматизированного контроля выполнения технологического графика работ во время «окна» в режиме реального времени с использованием средств спутниковой навигации, автоматизации анализа выполненной работы и причин невыполнения плановых сроков.
Основные задачи контроля и анализа работы специальной техники при производстве ремонтных работ в «окнах».
- Своевременный подвод ремонтной техники к месту проведения работ.
- Контроль работы техники в «окне» и соблюдения технического регламента.
- Выдача упреждающего сигнала поездному диспетчеру о передержке «окна».
- Автоматическое формирование сигнала об окончании работ в «окне».
- Факторный анализ работы техники и автоматическое формирование отчетов.
Управление восстановительными поездами
Автоматизированная система мониторинга дислокации и поддержки принятия решений по направлению восстановительных поездов предназначена для повышения эффективности управления ходом аварийно-восстановительных работ по восстановлению прерванного движения поездов, вызванного возникновением ЧС, за счет применения инновационной технологии управления и контроля за продвижением восстановительных средств с использованием спутниковой навигации.
Система обеспечивает штаб достоверной информацией в реальном режиме времени при управлении ходом аварийно-восстановительных работ с использованием передачи видео и аудиоданных с места ЧС, автоматизированной оценки продвижения ВП и ведения аварийно-восстановительных работ при возникновении ЧС.
Мониторинг природных явлений и технических катастроф
Комплексный подход к использованию спутниковых технологий позволяет сформировать единую централизованную геоинформационную систему (ГИС) РЖД. Для ГИС РЖД используются не только данные, полученные на дорожном уровне, но данные спутникового позиционирования, аэрокосмического, бортового и наземного зондирования с применением съёмочных систем, регистрирующих сигналы в разных спектрах электромагнитного излучения, включая лазерное и радиолокационное сканирование. Комплексное использование результатов дистанционного зондирования позволяет получать снимки высокого пространственного и спектрального разрешения и на этой базе оценивать состояние и прогнозировать динамику развития обнаруженных дефектов пути, оползневых, карстовых и других процессов и, в целом, на новом качественном уровне производить работы по текущему содержанию пути.
