Интеграция систем непрерывного мониторинга и управления движением на железнодорожном транспорте

Обеспечить надежность и безопасность перевозочного процесса, повысить его качество можно только при своевременной фиксации отклонений рабочих параметров технических объектов от допустимых норм. Эту задачу в настоящее время решают средствами периодического и непрерывного мониторинга.

Периодический мониторинг основан на регламентировании сроков работ по обслуживанию и связан с участием человека в этом процессе. При непрерывном мониторинге техническое состояние объектов определяется в автоматическом режиме с анализом данных и выдачей предупредительных сообщений. Постепенно в области транспорта, в частности железнодорожного, осуществляется переход от периодического мониторинга к непрерывному, что способствует повышению качества технологического процесса и обеспечению его отказоустойчивости и бесперебойности [1]. Основным препятствием для широкого внедрения средств и систем непрерывного мониторинга в объекты железнодорожной инфраструктуры выступает значительная стоимость разработки указанных систем, их внедрения и эксплуатации. Кроме того, используемые архитектуры систем мониторинга зачастую оказываются избыточными и малонадежными.

Развитие технологий мониторинга в начале XXI века привело к тому, что средства непрерывного мониторинга объектов инфраструктуры были выделены в класс устройств, обеспечивающих задачу автоматического определения технического состояния объектов диагностирования. В системах непрерывного мониторинга измерительные контроллеры подключаются к объектам диагностирования, образуя подсистему сбора данных, по трактам передачи данных информация передается на линейные посты, где обрабатывается и выдается конечному пользователю. Вследствие множества объектов диагностирования и их географической распределенности диагностические данные централизуются в специальных ситуационных центрах мониторинга железных дорог (аналог Data Centre), где непрерывно анализируются технологами [1].

Большой объем диагностической информации, создание специальных систем мониторинга и целых структурных подразделений, вовлеченных в обработку данных, привели к тому, что сегодня требуется серьезное совершенствование технологий мониторинга в части взаимодействия средств мониторинга различных объектов инфраструктуры и подвижного состава.

В контуре управления движением поездов выделяются не только средства регулирования движения в виде оборудования станционной, перегонной и бортовой автоматики, но и искусственные сооружения пути, мостовых переходов, путепроводов и тоннелей, переездов и устройств энергоснабжения. С течением времени, под воздействием предотказных состояний и отказов, снижается надежность всех взаимосвязанных объектов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава [2]. Фиксируя отклонения от норм с помощью средств периодического и непрерывного мониторинга, обслуживающий персонал получает возможность продлить срок безотказной эксплуатации устройств, обеспечивающих движение поездов.

Многие географически распределенные объекты железнодорожной инфраструктуры обслуживаются вручную, силами технического персонала. Получаемый в ходе обслуживания результат не всегда объективно свидетельствует о техническом состоянии объекта диагностирования. В процессе обслуживания может произойти критическое ухудшение параметров объекта, или  обслуживание может быть некачественным. В связи с этим активно развиваются средства непрерывного мониторинга каждой составляющей железнодорожного комплекса (рис. 1). Это развитие, несомненно, оказывает положительное влияние на перевозочный процесс, позволяя повысить его отказоустойчивость, но, тем не менее, несет и некоторое негативное воздействие.

В контуре управления движением поездов важна каждая составляющая. Следует помнить, что железнодорожный комплекс един. Его задача – эффективная реализация технологических алгоритмов по обеспечению надежного и безопасного перевозочного процесса в заданных временных рамках. Другими словами, центральные объекты на железнодорожном транспорте – подвижные единицы, а все остальные объекты предназначены для их безопасного перемещения между пунктами отправления и назначения. Безопасность движения обеспечивается надежностью и безопасностью каждой составляющей.

Современные средства непрерывного мониторинга не предусматривают комплексного мониторинга всех объектов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава, а также использования получаемой информации в «цепи обратной связи» с системой управления движением поездов [3, 4]. Сегодня средства непрерывного мониторинга направлены на автоматизацию операций по техническому обслуживанию объектов диагностирования. Только в некоторых частных случаях прогнозирования возможны изменения технических состояний [5]. Данное утверждение отражает ситуацию на железных дорогах не только в России, но и в мире [6].

Сегодня на железных дорогах РФ наиболее развитыми средствами непрерывного мониторинга оборудуются объекты железнодорожной автоматики и телемеханики [1]. Разработчики систем мониторинга «научились» получать диагностическую информацию разнообразного плана (зачастую огромный набор данных, даже с избытком). Программные средства систем мониторинга обрабатывают данные и выводят информационные сообщения техническому персоналу дистанций сигнализации, централизации и блокировки. Однако надежность средств мониторинга оставляет желать лучшего: многие технологические ситуации выявляются ложно, увеличивается время обработки данных, для этого требуются большие трудозатраты, как и для обслуживания устройств мониторинга. Кроме того, практика свидетельствует, что нельзя ограничиваться средствами мониторинга устройств автоматики: их отказы составляют малую долю отказов объектов железнодорожной инфраструктуры. Более того, отказы устройств автоматики могут быть следствиями отказов в хозяйстве энергоснабжения или пути [7]. Например, асимметрия обратного тягового тока, часто провоцируемая магнитной пучностью в локализованных зонах напряженно-деформированного состояния рельса, приводит к сбоям сигналов автоматической локомотивной сигнализации, а обрывы струн контактной подвески и снижение натяжения контактного провода – к повреждениям пантографов электроподвижного состава в тяговом хозяйстве. Другим примером может служить неверная информация о состоянии контактного провода при его профилактическом прогреве во время борьбы с обледенением. Лед на контактном проводе вызывает появление дополнительных помех, воздействующих на аппаратуру железнодорожной автоматики.

Сегодня на железнодорожном транспорте превалирует децентрализованный подход к организации систем непрерывного мониторинга. Они внедряются автономно в каждом хозяйстве (тяги, пути, энергоснабжения, автоматики и телемеханики) для отдельных устройств в виде внешних средств автоматического диагностирования, не взаимодействуют между собой и, тем более, с системой управления движением. Возникает необходимость создания ситуационных центров мониторинга, сотрудники которых непрерывно анализируют потоки диагностической информации [8]. Только в хозяйстве автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» пришлось ввести специализированные бригады обслуживания средств мониторинга, а работа по эксплуатации средств автоматики усложнилась вследствие необходимости анализа диагностических данных, полученных с помощью средств мониторинга. Более того, как отмечается пользователями и специалистами, качество работы систем мониторинга крайне низкое. Например, в области железнодорожной автоматики доля полезной информации от систем мониторинга не превышает 5%, т. е. работа по эксплуатации систем управления движением поездов только усложняется. Таким образом, при заранее неверном концептуальном подходе неизбежно увеличение объемов разрозненной диагностической информации.

Естественно возникают задачи перенаправления потоков диагностической информации и ее «более точной» трактовки и использования. Система взаимодействия объектов инфраструктуры и подвижного состава должна рассматриваться как единое целое, а диагностическая информация о каждой структурной единице в этом сложном «организме» должна быть направлена на координирование движения в соответствии с принципами обеспечения надежного и безопасного перевозочного процесса.

Полностью статья Д.В.Ефанова  опубликована в № 4 журнала "Транспорт РФ"