Интеллектуальный комплекс управления перевозочным процессом городской рельсовой транспортной системы (ГРТС)
INTELLIGENT COMPLEX FOR THE CONTROL OF THE URBAN RAIL TRANSPORT SYSTEM (URTS) TRANSPORTATION PROCESS

Область техники
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматического управления движением поездов на перегонах и станциях.
Уровень техники
Известен тренажер для поездного диспетчера, относящийся к области электронного моделирования, предназначенный для обучения и гренажа поездных диспетчеров железнодорожного участка, содержащий блок ввода информации о поездной ситуации на диспетчерском участке, один из выходов которого подключен к одному из входов блока моделирования движения поездов на участке, одни из выходов которого подключены к блоку индикации, и отличающийся тем, что с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем подсчета количества поездов, проследовавших по участку за определенный интервал времени, он снабжен таймером и счетчиком, блок ввода информации о поездной ситуации па диспетчерском участке выполнен с выходом разрешения записи, выходом включения режима моделирования и выходом разрешения выдачи информации, блок моделирования выполнен с входом разрешения записи, входом включения режима моделирования и выходом фиксации проследования поезда по диспетчерскому участку, блок индикации выполнен с дополнительными индикаторами количества поездов, пропущенных за промежуток времени и длительности промежутка времени, подключенными соответственно к выходам счетчика и таймера, входы которого соединены с выходами разрешения выдачи информации и включения режима моделирования блока ввода, информации о поездной ситуации па диспетчерском участке, подключенными к одним из входов счетчика, другой вход которого подключен к выходу фиксации проследования поезда по диспетчерскому участку, вход разрешения записи и вход включения режима моделирования которого подключены к выходу разрешения записи и выходу включения режима моделирования блока ввода информации о поездной ситуации на диспетчерском участке. (Патент SU 1791257 Al, МПК B61L 27/00, G09B 9/00, 30.01.1993).
Недостатком данной системы является отсутствие подключения к автоматизированной системе построения графика исполненного движения, отображающей график исполненного движения в режиме реального времени и расчет показателей качества управления, связи с автоматизированной системой построения планового графика движения пассажирских поездов, автоматизированных средств управления объектами диспетчерского участка в соответствии с командами, подаваемыми диспетчером, автоматизированных средств поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, автоматизированных средств ввода неисправностей отдельных объектов диспетчерского участка или их группы с целью задания условий, соответствующих сбойной ситуации, системы записи результатов моделирования в архив и их последующего воспроизведения, системы моделирования и анализа обмена речевыми сообщениями между участниками, задействованными в процессе моделирования, и/или участниками процесса, чья деятельность моделируется.
Известна система управления движением поездов, относящаяся к средствам автоматического управления движением поездов па перегонах и станциях, содержащая на боковых путях станций светофоры, а па каждом из локомотивов, вовлеченных в систему управления, установленную бортовую ЭВМ, в памяти которой записана информация об электронной карте железнодорожных станций и перегонов, по которым обращается данный локомотив, при этом бортовая ЭВМ соединена с дисплеем, силовой установкой локомотива, устройством ЛЛС с автостопом, с бортовым блоком системы поездной радиосвязи и с бортовым приемником спутниковой навигационной системы; блок системы поездной радиосвязи и бортовой приемник спутниковой навигационной системы соединены с соответствующими антенными блоками, па локомотиве установлен блок бортовых видеокамер, порт связи которого соединен с портом связи бортовой ЭВМ; бортовая ЭВМ снабжена модулем памяти с базой данных фотоизображений светофоров, находящихся на боковых путях станций, программным модулем автоматизированного распознавания сигнальных показаний светофоров, программным модулем определения времени включения режима фотосъемки бортовой видеокамеры на основе сопоставления измеренной текущей координаты локомотива и координаты светофора, находящегося от локомотива на заданном расстоянии прямой видимости, и программным модулем для отображения информации о сигнальном показании светофора па дисплее и формировании речевого оповещения машиниста. (Патент RU 2753988 C1, B61L 27/00, 27.01.2021).
Недостатком данной системы является неприменимость для условий метрополитенов в связи с использованием звеньев спутниковых навигационных систем в контуре управления.
Известна интегрированная система управления движением поездов на участке, относящаяся к области железнодорожной автоматики и телемеханики для управления движением поездов на станциях и перегонах железнодорожных участков, содержащая оборудование центра управления участком в виде автоматизированного рабочего места диспетчера участка, автоматизированного рабочего места дежурного по станции, автоматизированного рабочего места электромеханика и комплекта контроллеров, объединенного сетью передачи данных с оборудованием центров зонального управления в виде блоков бесконтактных устройств сопряжения с напольными объектами этих центров и модулей радиоинтерфейса, а также поездную аппаратуру, в которой к локомотивной ЭВМ подключены модуль радиоинтерфейса, приемник спутниковой навигации, устройство ввода-вывода информации, блок контроля целостности поезда и модуль управления тормозной системой поезда. (Патент RU 2749159 C1, B61L 19/00, 07.06.2021).
Недостатком данной системы является неприменимость для условий метрополитенов в связи с использованием звеньев спутниковых навигационных систем в контуре управления, отсутствие подключения к автоматизированной системе построения графика исполненного движения, отображающей график исполненного движения в режиме реального времени и расчет показателей качества управления, связи с автоматизированной системой построения планового графика движения пассажирских поездов, автоматизированных средств управления объектами диспетчерского участка в соответствии с командами, подаваемыми диспетчером, автоматизированных средств поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, системы записи результатов управления в архив и их последующего воспроизведения, системы обмена речевыми сообщениями между задействованными в процессе управления участниками и их анализа, а также связи с центром управления городской рельсовой транспортной системой в целом.
Наиболее близкой но технической сущности и достигаемому эффекту является система автоматизированного управления движением поездов, относящаяся к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, содержащая автоматизированное рабочее место поездного диспетчера центра управления, включающее процессор с блоками отображения и ввода/вывода, стационарный радиомодем и сервер связи; установленные на локомотивах бортовой радиомодем, систему управления поездом, локомотивное устройство безопасности, шлюз радиоканала и шлюз CANMVB; автоматизированное рабочее место поездного диспетчера с блоком моделирования поездной работы и базой данных графиков движения поездов; аппаратно-программные устройства автоматизированной системы ведения и анализа графика исполненного движения, системы разработки графика движения поездов, системы анализа, учета и контроля устранения отказов, системы электрической централизации, системы диспетчерской централизации и базы данных графика движения поездов. (Патент RU 2519601 C1, B61L 27/00, 20.06.2014).
Недостатком данной системы является отсутствие автоматизированных средств управления объектами диспетчерского участка в соответствии с командами, подаваемыми диспетчером, автоматизированных средств поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, системы обмена речевыми сообщениями между задействованными в процессе управления участниками и их анализа, а также связи с центром управления городской рельсовой транспортной системой в целом и наличие его самого, позволяющих осуществлять оперативную координацию режимов работы всех элементов городской рельсовой транспортной системы, управляемых разными поездными диспетчерами, с учетом изменяющихся во времени пассажиропотоков, а также современных средств учета и прогнозирования пассажиропотока.
Известна система автоматизированного управления движением поездов на участках, оборудованных диспетчерской централизацией, техническим результатом которой является снижение технологических издержек в организации эксплуатационной работы па полигоне путем повышения эффективности управления, готовности системы и се надежности, содержащая блок формирования прогнозного плана пропуска поездов; блок прогнозирования и планирования движения поездов па полигоне; блок ведения ГИД (график исполненного движения); шлюз ГИД; блок формирования плановых заданий па установку маршрутов; блок согласования поездной модели ГИД и ДЦ (диспетчерской централизации); канал телесигнализации; линейные устройства ЭЦ (электрической централизации) и АБ (автоматической блокировки); шлюз ДЦ; блок анализа и предварительной обработки управляющих приказов; блок формирования управляющих воздействий и АРМ (автоматизированное рабочее место) поездного диспетчера. (RU 2573260 C2, G06Q 50/30, B61L 27/04, 2013.07.17).
Недостатком данной системы является отсутствие автоматизированных средств управления объектами диспетчерского участка в соответствии с командами, подаваемыми диспетчером, автоматизированных средств поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, системы обмена речевыми сообщениями между задействованными в процессе управления участниками и их анализа, а также связи с центром управления городской рельсовой транспортной системой в целом и наличие его самого, позволяющих осуществлять оперативную координацию режимов работы всех элементов городской рельсовой транспортной системы, управляемых разными поездными диспетчерами, с учетом изменяющихся во времени пассажиропотоков, а также современных средств учета и прогнозирования пассажиропотока.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является система автоматизированного управления движением поездов, относящаяся к системам автоматизированного движения поездов, содержащая блок формирования плановых заданий на установку маршрутов, шлюз диспетчерской централизации и последовательно соединенные через первые выходы/входы блок анализа и предварительной обработки управляющих приказов с подключенной на первый вход базой допустимых управляемых маршрутов, блок формирования управляющих воздействий и АРМ (автоматизированное рабочее место) поездного диспетчера, соединенного первым выходом по каналу телеуправления с линейными устройствами ЭЦ (электрической централизации) и АБ (автоматической блокировки), выход которых по каналу телесигнализации соединен со вторым входом АРМ поездного диспетчера и с входом блока логического контроля ЭЦ и АБ, подключенного выходом на второй вход блока формирования управляющих воздействий, третий вход которого соединен с первым выходом пульта поездного диспетчера {RU №99422 U1, 20.11.2010).
Недостатком данной системы является отсутствие автоматизированных средств поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, системы обмена речевыми сообщениями между задействованными в процессе управления участниками и их анализа, а также связи с центром управления городской рельсовой транспортной системой в целом и наличие его самого, позволяющих осуществлять оперативную координацию режимов работы всех элементов городской рельсовой транспортной системы, управляемых разными поездными диспетчерами, с учетом изменяющихся во времени пассажиропотоков, а также современных средств учета и прогнозирования пассажиропотока.
Наиболее близкой но технической сущности и достигаемому эффекту является система оперативного управления объектами инфраструктуры железной дороги, относящаяся к железнодорожному транспорту для использования в автоматизированных цифровых системах диспетчерской централизации (ДЦ) при управления объектами железной дороги, содержащая диспетчерскую централизованную систему управления контролируемыми объектами железной дороги, содержащую центральный пункт управления, включающий связанные между собой автоматизированное место поездного диспетчера (АРМ-ДНЦ), автоматизированное место дежурного электромеханика центрального поста (АРМ-ШНД), сервер, удаленное автоматизированное место руководства дороги (АРМ ШЧД), распределенные контролируемые объекты инфраструктуры и связанные с ними устройства телеуправления, телеизмерения и телесигнализации, объединенные с центральным пунктом управления линией связи, и распределенные контролируемые пункты, отличающаяся тем, что система имеет иерархическое уровневое строение, реализованное аппаратно-программными средствами, к верхнему иерархическому уровню относится аппаратура центрального пункта управления, а также необслуживаемые рабочие ЭВМ «Связь» и рабочая ЭВМ «Шлюз», автоматизированное место администратора, к нижнему иерархическому уровню относится аппаратура контролируемого линейного пункта (ЛП), включающая блоки контролируемого пункта модернизированные (БКПМ) в составе со специализированной управляющей ЭВМ, блоки расширения контролируемого пункта (БРКП), устройства ввода информации, интерфейсные элементы, рабочая ЭВМ «Шлюз» подключена с одной стороны к управляющей локальной вычислительной сети (ЛВС) ДЦ, с другой к управляющей ЛВС верхнего дорожного уровня, АРМ-ДНЦ и АРМ-ШНДЦ через рабочие ЭВМ «Связь», специализированную управляющую ЭВМ БКПМ соединены с аппаратурой нижнего иерархического уровня, рабочие ЭВМ «Связь» и БРКП в зависимости от кода связи оснащены соответствующими модемами и адаптерами связи, каждая кодовая связь оснащена основными и резервными рабочими ЭВМ «Связь» и БКПМ, системные блоки ЭВМ и другое оборудование верхнего иерархического уровня, кроме мониторов и систем ввода информации, установлена в экранированных шкафах, имеющих защитное заземление, (патент RU 103790 U1, 27.04.2011).
Недостатком дайной системы является отсутствие цифрового двойника, позволяющего проводить рассмотрение ситуаций, складывающихся на участке движения, возможность двустороннего обмена информацией между системами управления в реальном времени и в рамках цифрового двойника с целью создания базы знаний сценариев управления, а также обучения поездных диспетчеров.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании автоматизированного комплекса управления перевозочным процессом городской рельсовой транспортной системы (ГРТС), обеспечивающего в случае изменения условий функционирования ГРТС автоматизированную корректировку графика движения транспортных средств (ТС), работы персонала и обслуживания инфраструктуры с последующей автоматизированной реализацией принятых решений и прогнозированием необходимых долгосрочных управленческих воздействий.
Технический результат заключается в повышении оперативности управления; расширении базы знаний, используемой при планировании движения и управления им; согласовании баз данных, используемых па разных уровнях планирования и управления движением, а также повышении уровня автоматизации управления ТС и инфраструктурой, обеспечивающей движение ТС в соответствии с заданным графиком движения.
Технический результат достигается построением замкнутого контура автоматизированного анализа, прогнозирования потребностей, планирования и управления движением ТС, работой персонала и обслуживанием инфраструктуры, включающего в себя блок 1 автоматизированного прогнозирования и анализа пассажиропотока ГРТС и спроса на услуги ГРТС, результаты работы которого подаются на вход блока 2 автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы ГРТС. На основании результатов работы блока 2 в блоках 3, 4 и 5 решаются задачи автоматизированного планирования использования ТС, согласованных с полученным графиком использования ТС автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы операторов ТС ГРТС, диспетчеров ГРТС и задействованных в исполнении графика использования ТС и техническом содержании инфраструктуры ГРТС сотрудников ГРТС, а также работ по техническому содержанию инфраструктуры ГРТС. На основе объединения результатов планирования и учета оперативной обстановки в блоке 6 реализуется автоматизированное исполнение графика движения ГРТС с учетом требований безопасности ГРТС, в ходе которого блок 7 решает задачи беспилотного управления конкретным ТС ГРТС и передает необходимую информацию на входы блоков 1 и 2. Все блоки связаны с блоком 8, обеспечивающим в автоматизированном режиме безопасность ГРТС со стороны внешней среды. Организация двустороннего обмена информацией обеспечивает реализацию обратной связи для учета изменяющихся во времени условий функционирования ГРТС.
Автоматизированный комплекс управления перевозочным процессом городской рельсовой транспортной системы отличается тем, что в рамках блока автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы операторов ТС ГРТС, диспетчеров ГРТС и задействованных в исполнении графика использования ТС и техническом содержании инфраструктуры ГРТС сотрудников ГРТС, для оценки качества подготовки персонала и его квалификации, а также его обучения (профессиональной подготовки) используются автоматизированные средства управления объектами диспетчерского участка в соответствии с командами, подаваемыми диспетчером, автоматизированные средства поддержки принятия решения при управлении диспетчерским участком в нештатной ситуации, автоматизированные средства ввода неисправностей отдельных объектов диспетчерского участка или их группы с целью задания условий, соответствующих сбойной ситуации, системы записи результатов моделирования в архив и их последующего воспроизведения, системы моделирования и анализа обмена речевыми сообщениями между участниками, задействованными в процессе моделирования, и/или участниками процесса, чья деятельность моделируется, а результаты функционирования цифрового двойника используются для создания базы знаний автоматизированного комплекса управления перевозочным процессом ГРТС, используемой для автоматизированного исполнения графика движения ГРТС.
Краткое описание чертежа
На фигуре 1 представлена структурная схема автоматизированного комплекса управления перевозочным процессом ГРТС:
1 - блок автоматизированного прогнозирования и анализа пассажиропотока ГРТС, а также изучения спроса на услуги ГРТС;
2 - блок автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы ГРТС;
3 - блок автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы ТС ГРТС;
4 - блок автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы операторов ТС ГРТС, диспетчеров ГРТС и задействованных в исполнении графика использования ТС и техническом содержании инфраструктуры ГРТС сотрудников ГРТС;
5 - блок автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работ по техническому содержанию инфраструктуры ГРТС;
6 - блок управления движением и безопасностью ТС ГРТС;
7 - блок беспилотного управления ТС ГРТС;
8 - блок обеспечения безопасности ГРТС со стороны внешней среды.
Осуществление изобретения
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема автоматизированного комплекса управления перевозочным процессом ГРТС.
В рамках функционирования блока 1 решаются задачи автоматизированного прогнозирования и анализа пассажиропотока ГРТС, а также изучения спроса па услуги ГРТС, а именно:
- интеграции информации о результатах предоставления услуг ГРТС, наполнения транспортных средств и остановочных пунктов (ОП, под остановочным пунктом понимаются пункты посадки/высадки пассажиров, депо, места отстоя и ночной расстановки ТС) с разной степенью детализации;
- выявление проблем и затруднений в работе ГРТС и степени их повторяемости, системности;
- интеграции информации о прогнозируемых долгосрочных, краткосрочных и разовых изменениях пассажиропотоков;
- прогнозирования наполнения ОП и ТС с разной степенью детализации при различных начальных условиях;
- поддержки принятия решений по выбору режимов работы для действующих ГРТС и их развития.
Блок 1 двунаправленно связан с блоками 2 и 8, на вход блока 1 поступает информация от блока 7.
В рамках функционирования блока 2 решаются задачи автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы ГРТС, а именно:
- разработки стратегии развития ГРТС, включающей в себя анализ востребованности услуг ГРТС различных видов с учетом возможных изменений пассажиропотоков и архитектуры ГРТС;
- введения новых видов услуг ГРТС, включающей в себя анализ потребности в услугах ГРТС с учетом возможных изменений пассажиропотоков и архитектуры ГРТС, проблем и затруднений в работе ГРТС, степени их повторяемости, системности;
- управления улучшениями и изменениями ГРТС, включая планирование движения на ГРТС с учетом возможных изменений пассажиропотоков и архитектуры ГРТС;
- маркетинга, включая прогнозирование наполнения ОН и ТС с учетом возможных изменений пассажиропотоков и архитектуры ГРТС;
- связи с другими транспортными системами, включая прогнозирование наполнения ОП, входящих в состав транспортных пересадочных узлов;
- планирования движения ТС ГРТС, включая решение задачи определения направления движения каждого ТС после прибытия на ОП, времени отправления из ОП, времени прибытия в следующий ОП, выбора режимов движения ТС в соответствии с заданным временем хода из ОП отправления в ОП прибытия в соответствии с выбранным критерием и наложенными ограничениями, а также формирования соответствующих баз данных, необходимых для работы алгоритмов управления движением ТС.
Блок 2 двунаправленно связан с блоками 1, 5 и 8, на вход блока 2 поступает информация от блока 7, а выходы блока 2 связаны со входами блоков 3, 4 и 6.
В рамках функционирования блока 3 решаются задачи автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы ТС ГРТС в рамках автоматизации процесса планирования использования ТС с целью исполнения графика движения ГРТС, а именно:
- составления графика оборота ТС ГРТС в соответствии с их графиком движения;
- предоставления исходной информации для создания графика работы персонала;
- сбор, обмен диагностической и эксплуатационной информацией,
- обмен информацией с участниками, задействованными в процессах организации работы ТС ГРТС;
- сбор информации о результатах предоставления услуг ГРТС, наполнении ОП и ТС с разной степенью детализации для анализа востребованности услуг ГРТС.
Блок 3 двунаправленно связан с блоком 8, на вход блока 3 поступает информация о т блока 2, а выход блока 3 связан с входом блока 6.
В рамках функционирования блока 4 решаются задачи автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работы операторов ТС ГРТС, диспетчеров ГРТС и задействованных в исполнении графика использования ТС и техническом содержании инфраструктуры ГРТС сотрудников ГРТС, а именно:
- создание графика работы персонала.
- оценка качества управления объектами РТС и выполнения работ;
- оценка качества подготовки персонала и его квалификации;
- обучение (профессиональная подготовка) персонала.
Блок 4 двунаправленно связан с блоком 8, на вход блока 4 поступает информация от блока 2, а выход блока 4 связан с входом блока 6.
В рамках функционирования блока 5 решаются задачи автоматизированного прогнозирования, планирования и анализа работ по техническому содержанию инфраструктуры ГРТС, а именно:
- создание графика работы соответствующих персонала и технических средств;
- оценка качества выполнения работ.
Блок 5 двунаправленно связан с блоками 5 и 8, выход блока 5 связан с входом блока 6.
В рамках функционирования блока 6 решаются задачи управления движением и безопасностью ТС ГРТС в рамках автоматизации процесса исполнения графика движения ГРТС, а именно:
- управление ТС ГРТС и объектами ГРТС, задействованными в реализации перевозочного процесса ГРТС;
- оценка качества диспетчерского управления и сбор информации, необходимой для адаптации алгоритмов управления;
- контроль и диагностика работоспособности устройств системы обеспечения безопасности движения, учет приказов и временных ограничений.
Блок 6 двунаправленно связан с блоками 7 и 8, на вход блока 6 поступает информация от блоков 2, 3, 4, 5.
В рамках функционирования блока 7 осуществляется беспилотное управление ТС ГРТС в рамках автоматизации процесса управления движением отдельных ТС ГРТС, а именно:
- сбор и передача другим системам информации о местоположении и параметрах движения транспортного средства;
- управление временем хода по перегону (участку пути между ОП) путем выбора режимов ведения ТС, прицельного торможения у ОП, подтормаживания на перегоне для выполнения ограничений по допустимой скорости движения с учетом выбранного критерия оптимальности управления;
- управление открытием и закрытием дверей ТС и платформы OП (при их наличии);
- исполнение команд управления ТС, поступающих от блока 6;
- оценка качества управления транспортным средством, сбор информации, необходимой для адаптации алгоритмов управления;
- диагностика работоспособности транспортного средства;
- сбор исходной информации для анализа пассажиропотоков, наполнения OП и ТС и анализа востребованности услуг ГРТС.
Блок 7 двунаправленно связан с блоками 6 и 8, выходы блока 7 связаны со входами блоков 1 и 2.
В рамках функционирования блока 8 осуществляется автоматизация процесса обеспечения безопасности ГРТС со стороны внешней среды, а именно:
- сбор информации о наполнении ОП и ГС, о возникновении нештатных ситуаций;
- координация действий всех подразделений ГРТС в случае возникновения нештатных ситуаций.
Блок 8 двунаправленно связан с блоками 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.