Система для контроля и диагностики инфраструктуры высокоскоростного железнодорожного транспорта
SYSTEM FOR CONTROL AND DIAGNOSTICS OF INFRASTRUCTURE OF HIGH-SPEED RAILWAY LINE

Изобретение относится к системам контроля и диагностики объектов и может быть использовано для контроля и диагностики текущего содержания объектов инфраструктуры высокоскоростной железнодорожной магистрали.
Известно техническое решение по текущему содержанию инфраструктуры железных дорог с использованием цифровой модели пути (RU 2466235 С2, Е01В 35/04, Е01В 37/00, 10.11.2012), заключающийся в проведении мониторинга и диагностики состояния участка железной дороги путем контроля и измерения положения объектов его инфраструктуры и их геометрических размеров в различное время с помощью средств контроля пути, контактной сети, сигнализации, централизации и блокировки, синхронизированных по линейной координате пути. Для этого сравнивают полученные данные с данными проектного пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров тех же объектов инфраструктуры, представленных в цифровой модели пути. Результаты сравнения анализируют с существующими значениями допусков и ограничений к положению объектов и их геометрии и предоставляют результаты сравнения для приведения объектов инфраструктуры в положение, близкое к проектному, по каналам связи в службы эксплуатации пути. Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности оперативного анализа состояния объектов инфраструктуры для своевременного обеспечения безопасности движения высокоскоростных поездов, времени и характера развития потенциальных угроз для предоставления в соответствующие службы инфраструктуры железнодорожного транспорта и оперативного принятия решения по предотвращению чрезвычайной ситуации на высокоскоростном полигоне железной дороги.
Наиболее близким техническим решением является система управления содержанием железнодорожной инфраструктуры (RU 121603,G05B 15/00, 27.10.2012), включающая блок отраслевых хозяйств с автоматизированными рабочими местами (АРМ) диспетчерского управления текущим содержанием объектов каждого отраслевого хозяйства, средства диагностики и центр управления содержанием инфраструктуры, включающий АРМ диспетчерского управления технологическими процессами каждого отраслевого хозяйства с функцией анализа и хранения данных о состоянии инфраструктуры, блок оперативного мониторинга и диагностики, блок управления текущим содержанием объектов и блок отчетности и прогнозирования, при этом автоматизированные рабочие места диспетчерского управления технологическими процессами отраслевых хозяйств объединены общей информативно-технологической базой текущего состояния объектов инфраструктуры и подключены каналами передачи данных через блок управления текущим содержанием объектов к АРМ диспетчерского управления текущим содержанием объектов соответствующих отраслевых хозяйств, и через средства диагностики подключены к блоку оперативного мониторинга и диагностики; в систему введены соединенные каналами передачи данных блок по устранению инцидентов и блок управления инцидентами, первый из которых подключен каналами передачи данных к блоку отраслевых хозяйств, а второй включен в сеть ЭВМ-сервера и соединен каналами передачи данных с блоком оперативного мониторинга и диагностики и с АРМ диспетчерского управления технологическими процессами каждого отраслевого хозяйства, объединенных территориально и общей информативно технологической базой инцидентов с возможностью совместного принятия оперативного решения по внештатным ситуациям и подключения к исполнению причастных отраслевых хозяйств.
Недостатками данного технического решения является невозможность оперативного принятия решения по обеспечению безопасности движения высокоскоростных поездов на полигоне высокоскоростной магистрали, минимизации последствий угроз объектов инфраструктуры.
Задачей изобретения является разработка системы безопасности движения высокоскоростных поездов на полигоне железнодорожной сети от технологических и других видов угроз объектов инфраструктуры высокоскоростного железнодорожного транспорта путем своевременного информационно-аналитического обеспечения пользователей системы и предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций.
Технический результат заключается в повышении безопасности движения поездов по высокоскоростной магистрали.
Технический результат достигается тем, что в систему для контроля и диагностики инфраструктуры высокоскоростной магистрали, содержащую стационарные блоки сбора данных об объектах пути, искусственных сооружений и контактной сети, каждый из которых через соответствующий блок обработки данных соединен с соответствующим блоком ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров объектов, выходы блоков обработки данных соединены с входами блока комплексной обработки данных, выход которого подключен к входу блока комплексного ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров контролируемых объектов, выход которого и выходы блоков ранжирования посредством каналов связи подключены к серверу приложений диспетчерского центра управления, один из входов/выходов которого соединен выходом/входом блока памяти для записи и хранения базы данных, а другой - подключен к сети передачи данных, к которой подключено аппаратно-программное устройство единой корпоративной автоматизированной системы управления инфраструктурой, аппаратно-программные устройства автоматизированных рабочих места поездного диспетчера дистанции движения и диспетчера центра управления ситуациями, диагностикой и мониторингом высокоскоростной магистрали диспетчерского центра управления, согласно изобретению, введены мобильные средства контроля и мониторинга объектов инфраструктуры, каждое из которых состоит из последовательно соединенных блока сбора данных о параметрах объектов инфраструктуры, блока обработки данных, блока ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров объектов инфраструктуры и приемопередающего модуля, приемопередающие модули по каналу радиосвязи соединены с приемопередающим блоком информационно-диагностического пункта, который через блок обработки данных соединен с сервером приложений диспетчерского центра управления, при этом автоматизированное рабочее место поездного диспетчера дистанции движения снабжено блоками формирования оперативных команд и тревожной сигнализации, которые подключены к аппаратно-программному устройству автоматизированного рабочее места поездного диспетчера, при этом блок формирования оперативных команд соединен с приемо-передающим устройством для взаимодействия с радио блок-центром оперативного управления поездами, аппаратно-программное устройство автоматизированного рабочего места диспетчера центра ситуациями, диагностикой и мониторингом высокоскоростной магистрали диспетчерского центра управления подключен к сети передачи данных для взаимодействия с аппаратно-программными устройствами автоматизированных рабочих мест диспетчера контактной сети, дежурного отдела дефектоскопии и путеизмерения, диспетчера железнодорожной автоматики и телемеханики, диспетчера земляного полотна, диспетчера искусственных сооружений и диспетчера подсистемы технологической безопасности центра управления по обеспечению безопасности.
Структурная схема системы для контроля и диагностики инфраструктуры высокоскоростного железнодорожного транспорта представлена на чертеже.
Система для контроля и диагностики инфраструктуры высокоскоростной магистрали содержит стационарные блоки 1-3 сбора данных соответственно об объектах пути, искусственных сооружений и контактной сети, каждый из которых через соответствующий блок 4, 5 и 6 обработки данных соединен с соответствующим блоком 7, 8 и 9 ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов, выходы блоков 4, 5, 6 обработки данных соединены с входами блока
10 комплексной обработки данных, выход которого подключен к входу блока
11 комплексного ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров контролируемых объектов, выход которого и выходы блоков 7-9 ранжирования посредством каналов связи подключены к входам сервера 12 приложений диспетчерского центра управления, один из входов/выходов которого соединен выходом/входом блока 13 памяти для записи и хранения базы данных, а другие - подключен к сети передачи данных, к которой подключены аппаратно-программные устройства единой корпоративной автоматизированной системы 14 управления инфраструктурой и аппаратно-программные устройства автоматизированных рабочих места 15 и 16 поездного диспетчера дистанции движения и диспетчера центра управления ситуациями, диагностикой и мониторингом высокоскоростной магистрали диспетчерского центра управления (АРМ 15ДНЦ и АРМ 16 ЦУСДМ).
Система содержит также мобильные средства 17, 18 и 19 контроля и мониторинга объектов инфраструктуры.
Мобильное средство 17 контроля и мониторинга объектов инфраструктуры состоит из последовательно соединенных блока 20 сбора данных о параметрах объектов инфраструктуры, блока 21 обработки данных, блока 22 ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров объектов инфраструктуры и приемопередающего модуля 23.
Мобильное средство 18 контроля и мониторинга объектов инфраструктуры состоит из последовательно соединенных блока 24 сбора данных о параметрах объектов инфраструктуры, блока 25 обработки данных, блока 26 ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров объектов инфраструктуры и приемопередающего модуля 27.
Мобильное средство 19 контроля и мониторинга объектов инфраструктуры состоит из последовательно соединенных блока 28 сбора данных о параметрах объектов инфраструктуры, блока 29 обработки данных, блока 30 ранжирования по степени опасности отклонения от нормы параметров объектов инфраструктуры и приемопередающего модуля 31.
В качестве мобильного средства 17 используют высокоскоростной диагностический комплекс (ВДК), в качестве мобильного средства 18 многофункциональный диагностический комплекс (МДК), а в качестве мобильного средства 19 регулярный поезд (РП), снабженный средствами диагностики объектов инфраструктуры).
Приемопередающие модули 23, 27 и 31 по каналу радиосвязи соединены с приемопередающим блоком 32 информационно-диагностического пункта 33, который через блок 34 обработки данных соединен с соответствующим входом сервера 12 приложений диспетчерского центра 35 управления.
При этом автоматизированное рабочее место 15 поездного диспетчера дистанции движения снабжено блоками 36 и 37 соответственно формирования оперативных команд и тревожной сигнализации. Блок 36 входами/выходами подключен к соответствующему выходу/входу аппаратно-программного устройства 38 автоматизированного рабочее место поездного диспетчера, к выходу которого подключен блок 37 тревожной сигнализации.
Блок 36 формирования оперативных команд соединен приемопередающим устройством 39 для взаимодействия с радиоблокцентром оперативного управления поездами (на чертеже не показано).
Аппаратно-программное устройство АРМ 16 ЦУСДМ по сети передачи данных подключено к аппаратно-программным устройствам автоматизированный рабочих мест 40-44 соответственно диспетчера контактной сети, дежурного отдела дефектоскопии и путеизмерения, диспетчера железнодорожной автоматики и телемеханики, диспетчера земляного полотна, диспетчера искусственных сооружений и диспетчера подсистемы технологической безопасности центра 6 управления по обеспечению безопасности.
Система для контроля и диагностики инфраструктуры высокоскоростной магистрали работает следующим образом.
Блок 1 сбора данных включает стационарные средства для измерения в конкретных точках геометрии рельсов, стыковых зазоров, температуры рельсов и контролирует план и профиль пути, для определения мест деформации грунта под земляным полотном, вертикального и горизонтального смещения и температуры грунта.
Блок 2 сбора данных включает стационарные средства для диагностики состояния искусственных сооружений (ИССО) - мостов, путепроводов, эстакад. Средства для диагностики содержат диагностические датчики напряженно-деформируемого состояния (НДС) пролетных строений и рельсов, положения пролетных строений относительно опор, а также метеостанции для измерения скорости и направления ветра, инклинометры для измерения углов поворота торцов пролетных строений и углов отклонения тела опоры, экстензометров для измерения степени деформации ИССО.
Блок 3 сбора данных включает датчики натяжения и температуры проводов контактной сети, перемещения грузов компенсирующих устройств, датчики измерения вибрации и наклона опор контактной сети, а также видеокамеры и отражатели для измерения соответственно отжатия контактного провода при проходе поезда.
Блок 4 обработки осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга пути, полученных от блока 1, и передает результаты обработки в блок 7, который анализирует полученные данные и осуществляет ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов пути.
Блок 5 обработки осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга ИССО, полученных от блока 2, и передает результаты обработки в блок 8, который анализирует полученные данные и осуществляет ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых ИССО.
Блок 6 обработки осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга контактной сети, полученных от блока 3, и передает результаты обработки в блок 9, который анализирует полученные данные и осуществляет ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов контактной сети.
Кроме того, информация с выходов блоков 4, 5 и 6 поступает в блок 10 комплексной обработки данных объектов пути, ИССО и контактной сети, который осуществляет комплексный анализ опасности движению поездов на участке контроля, результаты которого передает в блок 11, осуществляющий ранжирования степени опасности движения поездов по данному участку.
Блоки 7, 8, 9 и 11 результаты ранжирования по сети передачи данных передают в сервер 12 ДЦУ 35.
Мобильные средства 17 и 18 периодически осуществляют комплексную диагностику и мониторинг объектов пути, ИССО и контактной сети. Мобильное средство 19 может осуществлять как комплексную, так и выборочную диагностику объектов инфраструктуры.
Блок 21 обработки мобильного средства 17 осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры, полученных от блока 20, и передает результаты обработки в блок 22, который на основании анализа результатов обработки осуществляет ранжирование по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов инфраструктуры.
Аналогично блок 25 обработки мобильного средства 18 осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры, полученных от блока 24, и передает результаты обработки в блок 26, на основании анализа результатов обработки осуществляет ранжирование по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов инфраструктуры.
Блок 29 обработки мобильного средства 19 также осуществляет обработку данных диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры, полученных от блока 28, и передает результаты обработки в блок 30, который на основании анализа результатов обработки осуществляет ранжирование по степени опасности отклонения от норм параметров контролируемых объектов инфраструктуры.
Данные о результатах ранжирования блоки 22, 26 и 30 передают в приемопередающие модули 23, 27 и 31 соответственно, которые по радиоканалу передают их в приемопередающий блок 32 информационно-диагностического пункта 33. С приемопередающего блока 32 данные о результатах ранжирования по степени опасности контролируемых объектов инфраструктуры через блок 34 обработки данных по каналу передачи данных передаются на соответствующий вход сервера 12 приложений диспетчерского центра 35 управления.
Сервер 12 приложений диспетчерского центра 35 управления полученные данные записывает в блок 13 памяти для записи и хранения базы данных результатов диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры.
Сервер 12 посредством сети передачи данных передает результаты ранжирования по степени опасности отклонения от норм параметров диагностируемых объектов инфраструктуры в аппаратно-программное устройство ЕК АСУИ 14, обеспечивающую управление текущим содержанием инфраструктуры, включая объекты пути, ИССО, контактной сети. Кроме того, сервер 12 полученные данные передает в аппаратно-программные устройства АРМ 15 ДНЦ дистанции движения поездов и АРМ 16 ЦУСДМ.
Диспетчер АРМ 16 ЦУСДМ на основании полученных данных в режиме реального времени отслеживает состояние объектов пути, ИССО и контактной сети. Информация о состоянии этих объектов классифицируется по степени угроз и принадлежности к объектам инфраструктуры. Эти показания сравнивается с предыдущими показаниями и полученные результаты в виде таблицы классификации угроз отображаются на мониторе АРМ 16 ЦУСДМ.
Для принятия в случае необходимости оперативных мер по ликвидации возникающих угроз безопасному движению поездов со стороны объектов пути, ИССО и контактной сети аппаратно-программное устройство АРМ 16 ЦУСДМ по сети передачи данных взаимодействуют с аппаратно-программными устройства 38 АРМ 15 ДНЦ, с аппаратно-программными устройствами АРМ 40 диспетчера контактной сети, АРМ 41 дежурного отдела дефектоскопии и путеизмерения, АРМ 42 диспетчера железнодорожной автоматики и телемеханики, АРМ 43 диспетчера земляного полотна, АРМ 44 диспетчера искусственных сооружений и АРМ 45 диспетчера подсистемы технологической безопасности центра 46 управления по обеспечению безопасности.
В связи с высокими скоростями движения поездов по ВСМ поездной диспетчер должен оперативно отслеживать состояние инфраструктуры объектов пути, искусственных сооружений и контактной сети на всем полигоне дороги. Информация о состоянии объектов инфраструктуры и возможности потенциальных угроз безопасности движения поездов поступает в аппаратно-программное устройство 38 АРМ 15 ДНЦ, которое в автоматизированном режиме анализирует возможные последствия возникновения опасных событий и в случае критической ситуации объектов пути, ИССО и контактной сети формирует соответствующий сигнал для включения блока 37 тревожной сигнализации и в блок 36 для формирования оперативных команд с последующей передачей в приемопередающее устройством для взаимодействия с радиоблокцентром оперативного управления поездами.