Управление железной дорогой на основе спутниковых технологий

УДК 330.322.54

И.Н.Розенберг, В.Я.Цветков, И.А.Романов

Управление железной дорогой на основе спутниковых технологий

Описана открытая инновационная разработка - интегрированная система управления железной дорогой на основе спутниковых технологии. Показано, что протяженность железной дороги и ее распределение в пространстве приводят к необходимости применения методов геоинформатики для анализа инновационного проекта. Показано, что особенности железной дороги приводят к необходимости реализации проекта в виде открытой инновации. Описаны концепции оценки эффективности управления железной дороги. Приведены оценки эффективности инновационной разработки.

Ключевые слова: инновация, инновационный проект, эффективность, инновационные модели.

I.N.Rozenberg, V.Ia.Tsvetkov, I.A.Romanov

Management of railways based on satellite technology

Described the discovery of innovative design - an integrated system of railway management based on satellite technology. It is shown that the length of the railway and its distribution in space lead to the need for the application of geo-informatics analysis of the innovation project. It is shown that the characteristics of the railroad led to the need for the project in the form of open innovation. Describes the concept of evaluating the effectiveness of the railway. Are evaluating the effectiveness of innovation.

Key words: innovation, innovative project, efficiency, innovative models.

Инновационное развитие является ключевым в современном мире. Ряд международных программ таких как «Дорожная карта» и «Эврика» направлены на интеграцию России и Евросоюза по общему пространству науки и образования, включая культурные аспекты [1]. Основой такой интеграции являются инновационные проекты. Эти международные проекты предусматривают интеграцию инновационного развития и в сфере транспорта. В связи с этим актуальными являются исследования инновационных разработок в сфере транспорта.

Железная дорога представляет собой геотехническую систему (ГТС) [2], имеющую внутреннюю структуру и инфраструктуру, активно взаимодействующую с внешней средой и решающую важные экономические и социальные задачи страны.

Одной из особенностей железной дороги как геотехнической системы является ее протяженность и распределенность в пространстве. Это приводит к необходимости применения методов геоинформатики при организации управления ЖД [3]. Это приводит к необходимости создания специальных моделей описания железных дорог [4]. Наконец это приводит к необходимости проведения инновационного анализа с использованием методов геоинформатики [5].

Информационная обеспеченность всех уровней управления геотехническими системами - от регионального до локального, в настоящий момент недостаточна. Одним из эффективных способов получения оперативной информации о состоянии дороги, грузопотоков на ней и окружающей среды является космическое зондирование [6]. Для управляющих органов необходим регулярный мониторинг геотехнических систем (ГТС), обеспечивающий оперативное получение и обобщение данных на разных уровнях.

В соответствии с современными представлениями о ГТС, исследование взаимодействия природных факторов и инженерных сооружений на всех стадиях их создания и эксплуатации, должно обеспечиваться интегрированным подходом [7]. Он формирует информационную основу разработки управленческих мероприятий по экологической и технической безопасности природы и общества и оптимизации транспортных потоков. Основные стратегические цели инновационного проекта показаны на рис.1.

Одной из причин выполнения проекта в виде открытой инновационной разработки послужило то, что вследствие ограниченности собственных интеллектуальных и технологических ресурсов, многие подразделения ОАО РЖД не могут полагаться исключи-

тельно на свои собственные ресурсы. Экономически целесообразней купить лицензию, технологию, программу или патенты других

компании, а также интегрировать свои усилия со специалистами, работающими в данном направлении.

Рис.1. Основные стратегические цели инновации

Кроме того, необходимо принять во внимание расширение технологий аутсорсинга, широкое распространение знаний. Учитывалось и то обстоятельство, что на местах, накапливался позитивный опыт диспетчеризации и управления, который требовал использования и широкого внедрения, выходящего за рамки участков железной доро-

ги. Все это нашло отражение в двух первых целях.

Железная дорога представляет собой сложную распределенную геотехническую систему [2]. Оперативное управление такой системой в современных условиях возможно только на основе единого информационного пространства.

Это определило третью цель - создание единого информационного пространства. Это пространство объединило различные информационные потоки: оперативную информацию диспетчерских служб, электронный документооборот, ситуационный анализ в ситуационных комнатах, информационные потоки спутниковых навигационных систем и др.

Телекоммуникационные системы служат основой создания информационного пространства и управленческой информационной среды. В совокупности эти компоненты дают возможность интеграции данных в единую систему и тем самым обеспечивают возможность комплексного использования всей информации.

Эффективное применение космических технологий [6] определило четвертую цель проекта - создание информационного подпространства оперативного мониторинга подвижных объектов на основе спутниковых технологий.

Интеграция различных информационных потоков и систем данных позволило создать интегрированную информационную основу единого информационного пространства. Эта основа создала возможность нового комплексного анализа информации, что в свою очередь создало возможность повышения качества и планирования перевозочным процессом.

Разработка и использование новых информационных моделей, включающих динамические и статические составляющие, позволило поставить и реализовать шестую цель проекта - оптимизация управления инфраструктурой железнодорожного транспорта и снижение на этой основе эксплуатационных затрат.

Обеспечение безопасности перевозочного процесса определило седьмую цель проекта. Интеграция данных и новых информационных моделей по существу создало возможность применения технологии spin-off, что выразилось в получении дополнительного эффекта обеспечения безопасности перевозочного процесса.

Информационная поддержка процесса управления определяется не только качеством и количеством программно-технологических средств, но кадровой подготовкой специалистов. В более широком аспекте это выражается в необходимости поддержания и наращивания человеческого и интеллектуального капитала. Это определило восьмую цель проекта.

В совокупности все цели определили завершенность и эффективность инновационной разработки.

В настоящее время общепризнанным является положение, что управление и эксплуатация геотехнических систем (включая желез-

ные дороги) базируется на своевременном и всестороннем изучении прямых и обратных связей во взаимодействии природных компонентов и инженерных сооружений на всех стадиях и этапах их создания и эксплуатации [8].

Поэтому достижение стратегических целей было основано на геоинформационных технологиях, которые в методологическом плане представляют наиболее интегрированные технологии при изучении природной среды и пространственных объектов.

Используя концепции открытой инновации, при реализации проекта применялось не каскадное проектирование, а итеративное с использованием метода встречных информационных потоков [9].

На рис.2 приведена структурная схема инновации, которая послужила основой решения стратегических задач. На первом этапе проводились комплексные аналитические исследования, включая теоретические, патентные и технологические.

На основе проведенных исследований был сформулирован ряд концептуальных решений, которые являются объектами интеллектуальной собственности авторского коллектива и служат основой получения положительного эффекта и повышения эффективности.

Далее формировались и накапливались объекты интеллектуальной собственности, наиболее близкими к тематике статьи являются [10, 11]. Всего было получено более 10 патентов, на основе которых создавалась интегрированная информационная система управления. В качестве опоры такой системы использовалось геоинформационное пространство.

Геоинформационный подход продиктован целым рядом факторов. Одним из основных является выявление и использование пространственных отношений [12], что можно сделать только методами геоинформатики. Другой причиной является то, что геоинфор-мационные технологии обеспечивают максимальную степень сбора и интеграции разнообразных данных в сравнении с другими информационными технологиями.

В совокупности новые технологические и теоретические решения позволили создать «Интегрированную систему управления», основой которой является «Интегрированная геоинформационная среда» и система комплексного мониторинга. Комплексный мониторинг основан на применении спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/ОРБ [6, 7].

В совокупности этот проект привел к появлению синергетического эффекта [13] и созданию нового качества организации и управления железной дорогой. Это качество

Рис.2. Структурная схема инновации

обусловило появление новой технологии управления железной дорогой и новому средству организации движения.

В ходе работ была разработана информационная модель оценки эффективности проекта. Экономическая эффективность - комплексная категория, отражающая экономичность (оптимальность потребления ресурсов) функционирования хозяйствующего субъекта (железной дороги - ЖД) и его результативность (степень достижения поставленных целей).

При построении модели были выделены две взаимодополняющие характеристики качества функционирования ЖД - внешняя и внутренняя эффективность. На основе

интеграции результатов оценки внешней и внутренней эффективности возможно определение итогового уровня эффективности деятельности ЖД.

Модель эффективности учитывает результативность работы ЖД в разрезе трех основных направлений деятельности: текущей, финансовой и инвестиционной. Оценки эффективности присутствуют на всех этапах процесса принятия управленческого решения.

Объектом интеллектуальной собственности является методический подход оценки эффективности управления ЖД. Его особенность заключается в совокупности следующих концепций.

1 Категория «эффективность» рассматривается комплексно [8] как с позиций оптимальности потребления ресурсов, так и степени достижения поставленных целей с учетом воздействия внешней среды на ЖД.

2 Необходимо комплексно использовать финансовые и нефинансовые показатели, особенно при учете интеллектуального капитала.

3 ЖД рассматривается как открытая система, следовательно, показатели, характеризующие ее внутреннюю структуру как внешнюю среду - взаимосвязаны. Для открытой системы отношения не менее важны чем связи. Это требует проведения коррелятивного анализа [14, 15].

4 ЖД - динамически развивающаяся и адаптируемая к условиям внешней среды система. Следовательно, необходимо применять динамические модели для ее описания [16].

5. В соответствии с различными стадиями жизненного цикла, в которых может пребывать ЖД, были выделены три основные группы стратегических целей:

- цели, связанные с ростом (например, увеличение объема грузоперевозок, увеличение прибыльности или увеличение доли рынка);

- цели, связанные со стабильностью состояния (устойчивое развитие и совершенствование);

- цели, сопряженные с «сокращением» (сокращение затрат).

6. Использование временных концепций

оценки эффективности: ретроспективная

оценка, которая дает обобщение опыта и учет реальных ситуаций - перспективная оценка эффективности.

7. Применение технологий непрерывного мониторинга для управления и оценки эффективности управления.

Совокупность этих концепций не только решает отдельную проектную задачу, но и создает условия для применения новой формы управления ЖД - интеллектуальных транспортных систем [17]

Работы по инновационной разработке «Интегрированная система управления железной дорогой» были реализованы в виде рабочего проекта «Электрификация участка Сызрань-Сенная Куйбышевской и Приволжской ж.д. со строительством второго главного пути». В целом эта работа является важным шагом на пути практической реализации инновационной стратегии ОАО «РЖД» на период до 2030 года.

«Интегрированная система управления железной дорогой», внедренная на участке Сызрань - Сенная, включает совокупность автоматизированных систем (АС) по ключевым направлениям планирования и управления перевозочным процессом.

Каждая из систем имеет одну или две основных и несколько вспомогательных функций. Перечень систем с их краткими и полными названиями приведен в таблице 1. Курсивом выделены слова, образующие сокращенное название системы.

На рис. 3 показаны системы, которые являются основой интеграции в общую интегрированную систему управления. Особо выделены ВКС, ЦМП, СМПО и АСОС как координирующие и связывающие остальные системы.

Рис. 3. Компоненты интегрированной системы управления.

Таблица 1

Комплекс взаимосвязанных систем, образующих основу интегрированной системы

управления

№ Обозначение Название

1 АС ТН АС технического нормирования эксплуатационной работы

2 АС ОПП АС оптимальной технологической модели организации перевозочного процесса

3 АС ФСПГП АС оптимизации формирования многогруппных составов сборных поездов и грузовых подач

4 АС ОППУ АС оптимизации планирования подач и уборок местных вагонов по подъездным путям и грузовым фронтам

5 АС ВТП АС ведения технологических процессов сортировочных станций

6 АС БСУКПС АС бортовых и стационарных устройств контроля подвижного состава

7 АС ПД АС передачи данных и АРМы контроля подвижного состава

8 АС ОГС АС по обеспечению грузовых составов поездными локомотивами и локомотивными бригадами

9 АСУПЛ АС по организации управления поездных локомотивов

10 АБТЦ-М Система автоблокировки АБТЦ-М на перегоне Сенная-Сызрань

11 ВКС Высокоточная координатная система

12 ЦМП Цифровая модель пути участка Сызрань - Сенная Куйбышевской ж.д. созданная на основе ДГНСС ГЛОНАСС/GPS

13 СМПО Система моделей подвижных объектов

14 АСМК АС использования мобильных комплексов для обслуживания объектов инфраструктуры участка

15 АС РАПО АС регистрации аварийных процессов и отказов оборудования, расчета остаточного ресурса силового оборудования, оптимизации обслуживания

16 АС ОКСО АС оперативного контроля режимов работы силового оборудования, соотношения потребления активной и реактивной энергии тяговых подстанций участка Сызрань -Сенная

17 АСУЭ АС централизации энергодиспетчерского и энергосбытового управления и оптимизации режимов электроснабжения

18 АС ОППР АС проектной оценки показателей поездной работы на электрифицированном участке Сызрань-Сенная

19 АС СПУКПО АС спутникового позиционирования, управления и контроля подвижными объектами при работе в «окнах»

20 АС ОС АС оперативной связи

21 АС ДО АС дистанционного обучения

Поскольку ПСУ должна реализовывать функции управления, то декомпозиция ее на перечисленные компоненты (подсистемы) осуществляется с целью реализации отдельных функций и осуществления взаимосвязи в процессе управления.

Внедрение данной разработки позволяет осуществлять подборку вагонов в формируемых многогруппных поездах на любом, даже ограниченном, числе сортировочных путей или концах этих путей в соответствии с такими критериями, как: подборка вагонов по станциям их назначения, по грузополучателям, собственникам подвижного состава, по родам вагонов и их текущему состоянию

- гружёные и порожние, по родам перевозимого груза и видам налива, с выделением в отдельные группы вагонов с охраной и без охраны и т.п.

Эффективность внедрения разработки обеспечивается за счёт:

• сокращения эксплуатационных расходов, связанных с формированием многогруппных составов, в том числе, за счёт двух-трёхкратного сокращения времени на формирование многогруппных составов и снижения энергозатрат при выполнении маневровой работы;

• освобождения маневровых локомотивов прикреплённых станций от необходимости детальной подборки вагонов;

• высвобождения дополнительных мощностей при формировании местных поездов и дополнительных путей сортировочных парков при применении автоматизированного метода комбинаторной сортировки вагонов;

• ускорения подачи вагонов под грузо-

вые операции и соответственно со- ния автоматизированной системы оптимиза-

кращения простоя местных вагонов на ции формирования многогруппных составов

станциях. сборных поездов и грузовых подач на станции

Годовой экономический эффект от внедре- Сызрань-1 составил 1 млн. 400 тыс.руб. в год.

ЛИТЕРАТУРА

1. Розенберг И.Н., Цветков В.Я., Романов И.А. Проблемы взаимодействия России и Евросоюза по программе «Эврика» / 8-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сфера их применения». Материалы конференции. - М.: Информационное агентство «Гром» 2012 - C. 117-121.

2. Цветков В.Я., Кужелев П.Д. Железная дорога как геотехническая система // Успехи современного естествознания, 2009. - №4. - C. 52-54.

3. Розенберг И.Н., Цветков В.Я. Геоинформационный подход в управлении транспортом. / 6-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сфера их применения». Материалы конференции. - М.: Информационное агентство «Гром» 2010. - C. 61-62.

4. Цветков В. Я., Омельченко А.С Особенности построения моделей объектов большой протяженности в геоинформатике". // Фундаментальные исследования, 2006. - №4. - C.39-40.

5. Цветков В.Я. Информатизация, инновационные процессы и геоинформационные технологии // Геодезия и аэрофотосъемка, 2006. - №4. - C.112-118.

6. Савиных В.П. Использование методов дистанционного зондирования для управления транспортом // // Международный научно-технический и производственный журнал «НАУКИ О ЗЕМЛЕ», 2012. №2. - C.58-61.

7. Розенберг И.Н., Тони О.В., Цветков В.Я. Интегрированная система управления железной дорогой с применением спутниковых технологий // Транспорт Российской Федерации, 2010. -№ 6. - C.54-57.

8. Жичин А.М., Романов И.А., Цветков В.Я. Комплексный анализ инноваций в сфере транспорта / 8-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сфера их применения». Материалы конференции. - М.: Информационное агентство «Гром» 2012. - C. 85-89.

9. Цветков В.Я., Вознесенская М.Е. Метод встречных потоков при проектировании программных продуктов // Успехи современного естествознания, 2010. - №3. - C.138-139

10. Вихрова Н.Ю. , Кисельгоф Г. К., Розенберг Е.И., Розенберг И. Н., Сазонов Н.В., Цветков В. Я., Шевцов Б.В. Система контроля и управления скоростным электропоездом. Патент на полезную модель. RU94939 U1

11. Розенберг Е.И., Розенберг И. Н., Цветков В. Я., Шевцов Б.В. Устройство контроля подвижного объекта. Патент на полезную модель. № RU 95851 U1.

12. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле», 2012. - №1. - C.59-61.

13. Савиных В.П., Цветков В.Я. Синергетический аспект геоинформатики и технологий дистанционного зондирования// Исследование Земли из космоса, 2002. - № 5. - С. 71-78.

14. Viktor Ya. Tsvetkov. Framework of Correlative Analysis // European Researcher, 2012, Vol.(23), № 6-1, p.839-844.

15. Кудж С.А. Коррелятивный анализ как метод познания // Перспективы науки и образования, 2013. - №5. - С.9 -13.

16. Цветков В.Я. Модель геоданных для управления транспортом //Успехи современного естествознания, 2009. - №4. - C. 50-51.

17. Цветков В.Я., Розенберг И.Н. Интеллектуальные транспортные системы - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrucken, Germany, 2012. - 297 с.

REFERENCES

1. Rozenberg I.N., Tsvetkov V.Ia., Romanov I.A. Problemy vzaimodeistviia Rossii i Evrosoiuza po programme «Evrika» [Problems of interaction between Russia and the EU on the program «Eureka»]. 8-ia Mezhdunarodnaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia «Geoprostranstvennye tekhnologii i sfera ikh primeneniia». Materialy konferentsii [The 8th international scientific-practical conference «Geospatial technologies and field of their application». Materials of the conference]. Moscow, Informatsionnoe agentstvo «Grom» 2012. pp.117-121.

2. Tsvetkov V.Ia., Kuzhelev PD. Railway as a geotechnical system. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia - Successes of modern natural sciences, 2009, no.4, pp.52-54 (in Russian).

3. Rozenberg I.N., Tsvetkov V.Ia. Geoinformatsionnyi podkhod v upravlenii transportom [The geoinformation approach in the management of transport]. 6-ia Mezhdunarodnaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia «Geoprostranstvennye tekhnologii i sfera ikh primeneniia». Materialy konferentsii [The 6th international scientific-practical conference «Geospatial technologies and field of their application». Materials of the conference]. Moscow, Informatsionnoe agentstvo «Grom» 2010. pp.61-62.

4. Tsvetkov V. Ia., Omel'chenko A.S. Features of construction of models of objects of great extent in Geoinformatics. Fundamental'nye issledovaniia - Basic research, 2006, no.4, pp.39-40 (in Russian).

5. Tsvetkov V.Ia. Informatization, innovative processes and geoinformation technologies. Geodeziia i aerofotos"emka -Geodesy and air photography, 2006, no.4, pp.112-118 (in Russian).

6. Savinykh V.P. The use of remote sensing for transport management. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «NAUKI O ZEMLE» - International scientific-technical and production journal «EARTH

7.

8.

Sciences», 2012, no.2, pp.58-6l (in Russian).

Rozenberg I.N., Toni O.V., Tsvetkov V.Ia. Integrated system of management of the railway with the use of satellite technologies. Transport Rossiiskoi Federatsii - Transport of the Russian Federation, 2010, no.6, pp.54-57 (in Russian). Zhichin A.M., Romanov I.A., Tsvetkov V.Ia. Kompleksnyi analiz innovatsii v sfere transporta [Comprehensive analysis of innovations in the sphere of transport]. 8-ia Mezhdunarodnaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia «Geoprostranstvennye tekhnologii i sfera ikh primeneniia». Materialy konferentsii [The 8th international scientific-practical conference «Geospatial technologies and field of their application». Materials of the conference]. Moscow, Informatsionnoe agentstvo «Grom», 2012, pp.85-89.

Tsvetkov V.Ia., Voznesenskaia M.E. Method of counter streams when designing software. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia - Successes of modern natural sciences, 2010, no.3, pp.138-139 (in Russian).

Vikhrova N.Iu. , Kisel'gof G. K., Rozenberg E.I., Rozenberg I. N., Sazonov N.V., Tsvetkov V. Ia., Shevtsov B.V. Sistema kontrolia i upravleniia skorostnym elektropoezdom. Patent na poleznuiu model'. RU94939 U1.

Rozenberg E.I., Rozenberg I. N., Tsvetkov V. Ia., Shevtsov B.V. Ustroistvo kontrolia podvizhnogo ob"ekta. Patent na poleznuiu model' [The Device of control of a mobile object. Patent for utility model]. № RU 95851 U1.

Tsvetkov V.Ia. Spatial relations in the geoinformatics. Mezhdunarodnyi nauchno-tekhnicheskii i proizvodstvennyi zhurnal «Nauki o Zemle» - International scientific-technical and production journal «Earth Sciences», 2012, no.1, pp.59-61 (in Russian).

Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ia. Synergistic aspect of geoinformatics and remote sensing technologies. Issledovanie Zemli iz kosmosa - Research of the Earth from space, 2002, no.5, pp.71-78 (in Russian).

14. Viktor Ya. Tsvetkov. Framework of Correlative Analysis // European Researcher, 2012, Vol.(23), no.6-1, p.839-844.

15. Kudzh S.A. Correlative analysis as a method of cognition. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2013, no.5, pp.9-13 (in Russian).

16. Tsvetkov V.Ia. Model geodatabase for transport management. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia - Successes of modern natural sciences, 2009, no.4, pp.50-51 (in Russian).

17. Tsvetkov V.Ia., Rozenberg I.N. Intellektual'nye transportnye sistemy [Intelligent transport systems]. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrucken, Germany 2012. 297 p.

9.

10.

11.

12.

13.

Информация об авторах:

Розенберг Игорь Наумович

Доктор технических наук.

Заместитель генерального директора ОАО «НИИАС».

Information about the authors:

Rozenberg Igor' Naumovich

Doctor of technical Sciences. Deputy General Director of JSC «NIIAS».

Цветков Виктор Яковлевич

Профессор, доктор технических наук. Советник проректора.

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики.

Tsvetkov Viktor Iakovlevich

Professor, doctor of technical Sciences.

Advisor to the rector.

Moscow state technical University of radio engineering, electronics and automation.

Романов Илья Андреевич

Аспирант.

Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.

E-mail: cvj2@mail.ru

Romanov Il'ia Andreevich

Post-graduate student.

Moscow Institute of electronics and mathematics (Higher School of Economics - National Research University). E-mail: cvj2@mail.ru