Система технического и коммерческого контроля состояния поездов
SYSTEM FOR TECHNICAL AND COMMERCIAL MONITORING OF TRAIN CONDITION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к устройствам автоматики и телемеханики, осуществляющим контроль технического и коммерческого состояния железнодорожного состава.
Известна автоматизированная система коммерческого осмотра поездов и вагонов, содержащая оптоэлектронный датчик начала состава и установленную над рельсовым путем П-образную несущую конструкцию, на которой размещены телевизионная камера, предназначенная для получения изображения крыши вагонов, пять оптоэлектронных датчиков контроля габаритности погрузки вагонов, оптоэлектронный датчик счета вагонов, при этом выходы датчиков связаны с входами блока индикации и согласования, выход блока индикации и согласования связан с входом персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) автоматизированного рабочего места оператора, к выходу которой подключен монитор, четыре дополнительных оптоэлектронных датчика контроля габаритности погрузки вагонов, оптоэлектронный датчик счета колесных пар, три дополнительных телевизионных камеры, предназначенные для получения изображений левого; и правого бортов вагонов, а также контроля пломб люков цистерн, и прожекторы, при этом дополнительные датчики контроля габаритности погрузки вагонов установлены на несущей конструкции с возможностью контроля совместно с остальными аналогичными датчиками границ совмещенного зонального габарита погрузки и габарита подвижного состава, оптоэлектронный датчик начала состава, оптоэлектронный датчик счета колесных пар, телевизионные камеры левого и правого бортов вагонов закреплены на опорах, телевизионная камера контроля пломб люков цистерн - на ригеле, а прожекторы - на опорах и ригеле несущей конструкции, выходы всех телевизионных камер связаны с видеовходами ПЭВМ, выходы дополнительных датчиков контроля габаритности погрузки вагонов и датчика счета колесных пар связаны с соответствующими входами блока индикации и согласования, подключенного управляющим входом к выходу ПЭВМ, блок индикации и согласования выполнен с возможностью работы в автономном режиме (RU 2252170, В61К 9/02, 20.05.2005).
Недостатками известной системы являются большие трудозатраты на эксплуатацию, обусловленные недостаточным использованием совмещенного контроля коммерческого и технического состояния железнодорожных составов и автоматизации анализа и принятия решений по уровням аварийности.
В качестве прототипа принята система комплексного диагностического контроля ходовых частей поездов, содержащая линейные пункты теплового контроля ходовых частей поезда, узловые посты комплексного диагностического контроля ходовых частей поезда, каждый из которых включает систему ранней диагностики буксовых подшипников, систему измерения дефектов геометрии, профиля, параметров износа колес, систему контроля нарушений геометрии и линейной динамики вписывания тележек в путь и блок идентификации подвижных единиц, выходами подключенные к соответствующим входам перегонного концентратора, и информационные центры комплексного диагностического контроля, в состав каждого из которых входят автоматизированное рабочее место работника информационного центра, последовательно соединенные блок обработки, блок анализа и блок хранения информации, при этом выход, по меньшей мере, одного линейного пункта теплового контроля ходовых частей поезда подключен к соответствующему входу перегонного концентратора, выходы которого через станционный концентратор посредством сети передачи данных соединены с информационными входами блока обработки, соответствующие входы/выходы которого подключены к базе данных дорожного информационного центра, одни из входов/выходов аппаратно-программного устройства автоматизированного рабочего места информационного центра подключены к выходам/входам блока анализа, а другие входы/выходы - посредством сети передачи данных связаны соответственно с центральным обрабатывающим комплексом многоуровневой автоматизированной системы управления безопасностью движения, пунктом технического осмотра и аппаратно-программным устройством автоматического рабочего места поездного диспетчера. (RU 2428341, B61K 9/12, 10.09.2011).
Недостатками известной системы также являются большие трудозатраты на эксплуатацию, обусловленные недостаточным использованием совмещенного контроля коммерческого и технического состояния железнодорожных составов и автоматизации анализа и принятия решений по уровням аварийности.
Обеспечение комплексного контроля диагностических параметров, которые могут являться причиной проявления других отдельно выявляемых неисправностей, позволяет сузить пространство поиска причин их проявления. Например, такие контролируемые параметры, как завышение/занижение фрикционного клина и дефекты поверхности катания, которые выявляются подсистемами технического контроля и некорректной развесовки вагона, которые выявляется подсистемами коммерческого осмотра, могут в конечном итоге являться истинной причиной наличия отрицательной динамики.
Технический результат изобретения заключается в снижении трудозатрат на эксплуатацию системы и в обеспечении выработки эффективных решений по эксплуатации подвижного состава.
Технический результат достигается тем, что в системе технического и коммерческого контроля состояния поездов, содержащей узловой пост комплексного диагностического контроля, включающий перегонный концентратор данных, входы которого соединены с выходами линейного пункта теплового контроля, средство ранней диагностики подшипников буксовых узлов, средство измерения дефектов геометрии, профиля и параметров износа колес, средство контроля нарушений геометрии и линейной динамики вписывания тележек в путь и средство идентификации подвижных единиц, при этом перегонный концентратор данных связан через канал связи со станционным концентратором данных, к которому подключена станционная радиостанция, соединенная по радиоканалу с радиостанцией, подключенной к пульту управления машиниста локомотива, выходы станционного концентратора данных посредством сети передачи данных соединены с информационными входами блока обработки оперативных данных информационного центра комплексного диагностического контроля, к которому подключен блок анализа, первые входы/выходы которого соединены с выходами/входами блока хранения оперативной информации, а вторые входы/выходы соединены с выходами/входами аппаратно-программного устройства автоматизированного рабочего места работника информационного центра комплексного диагностического контроля, которое посредством сети передачи данных, связано с центральным обрабатывающим комплексом многоуровневой автоматизированной системы управления безопасностью движения, пунктом технического осмотра и аппаратно-программным устройством автоматизированного рабочего места поездного диспетчера, согласно изобретению введены и подключены к перегонному концентратору данных средство контроля габаритов погрузки, средство тепловизионного дистанционного контроля загрузки вагонов, средство контроля инвентарных номеров вагонов, средство коммерческого осмотра подвижного состава на подъездных путях промышленных предприятий, средство коммерческого осмотра подвижного состава для формирование отчета о прошедшем составе, содержащем видеоизображения вагонов с указанием их порядковых номеров в составе, средство взвешивания и учета вагонов и грузов, средство автоматического подсчета числа осей подвижного состава средство для осмотра бортов вагонов, средство для осмотра крыш вагонов, средство для осмотра груза, средство для осмотра верхних люков, средство для контроля очистки полувагонов и платформ, средство для осмотра рам вагонов, средство для визуальной идентификации инвентарного номера вагона, средство видео регистрации процесса прохождения поезда, средство для контроля габаритов, средство для контроля уровня налива цистерн, средство автоматизированного визуального контроля технических характеристик подвижного состава, средство лазерного контроля отрицательной динамики и габарита и средство сопряжения для дополнительных средств контроля, при этом блок обработки оперативных данных центра комплексного диагностического контроля подключен к серверу дорожного информационно-вычислительного центра, порт данных которого через корпоративную сеть передачи данных подключен к автоматизированным системам оперативного управления перевозками, управления станциями и управления сортировочной станицей, при этом сервер в своем составе содержит модуль базы данных дорожного информационно-вычислительного центра, предназначенный для работы с большими массивами файлов разнородных данных, модуль агрегирования информации и программный модуль автоматизации интеллектуальной поддержки принятия решений диспетчера и операторов системы, выполненный с использованием обучаемых нейронных сетей.
На чертеже приведена блок схема системы технического и коммерческого контроля состояния поездов.
Система технического и коммерческого контроля состояния поездов содержит узловой пост 1 комплексного диагностического контроля (УП КДК), включающий перегонный концентратор 2 данных, входы которого соединены с выходами линейного пункта 3 теплового контроля, средства 4 ранней диагностики подшипников буксовых узлов, средства 5 измерения дефектов геометрии, профиля и параметров износа колес, средства 6 контроля нарушений геометрии и линейной динамики вписывания тележек в путь и средства 7 идентификации подвижных единиц, при этом перегонный концентратор 2 данных связан через канал связи со станционным концентратором 8 данных, к которому подключена станционная радиостанция 9, соединенная по радиоканалу с радиостанцией 10, подключенной к пульту 11 управления машиниста локомотива 12, выходы станционного концентратора 8 данных посредством сети передачи данных соединены с информационными входами блока 13 обработки оперативных данных информационного центра 14 комплексного диагностического контроля (ИЦ КДК), к которому подключен блок 15 анализа, первые входы/выходы которого соединены с выходами/входами блока 16 хранения оперативной информации, а вторые входы/выходы соединены с выходами/входами аппаратно-программного устройства 17 автоматизированного рабочего места (АРМ) работника информационного центра комплексного диагностического контроля, которое посредством сети передачи данных, связано с центральным обрабатывающим комплексом многоуровневой автоматизированной системы управления безопасностью движения (ЦОК АСУ), пунктом технического осмотра (ПТО) и аппаратно-программным устройством автоматизированного рабочего места поездного диспетчера (АРМ ДНЦ), дополнительно в систему введены и подключены к перегонному концентратору 2 данных средство 18 контроля габаритов погрузки, средство 19 тепловизионного дистанционного контроля загрузки вагонов, средство 20 контроля инвентарных номеров вагонов, средство 21 коммерческого осмотра подвижного состава на подъездных путях промышленных предприятий, средство 22 коммерческого осмотра подвижного состава для формирования отчета о прошедшем составе (содержащем видеоизображения вагонов с указанием их порядковых номеров в составе), средство 23 взвешивания и учета вагонов и грузов, средство 24 автоматического подсчета числа осей подвижного состава, средство 25 для осмотра бортов вагонов, средство 26 для осмотра крыш вагонов, средство 27 для осмотра груза, средство 28 для осмотра верхних люков, средство 29 для контроля очистки полувагонов и платформ, средство 30 для осмотра рам вагонов, средство 31 для визуальной идентификации инвентарного номера вагона, средство 32 видео регистрации процесса прохождения поезда, средство 33 для контроля габаритов, средство 34 для контроля уровня налива цистерн, средство 35 автоматизированного визуального контроля технических характеристик подвижного состава, средство 36 лазерного контроля отрицательной динамики и габарита и средство 37 сопряжения для дополнительных средств контроля, при этом блок 13 обработки оперативных данных центра 14 комплексного диагностического контроля подключен к серверу 38 дорожного информационно-вычислительного центра, порт данных которого через корпоративную сеть передачи данных подключен к автоматизированным системам оперативного управления перевозками (АСОУП), управления станциями (АСУ СТ) и управления сортировочной станицей (АСУ СС), при этом сервер 38 в своем составе содержит модуль 39 базы данных дорожного информационно-вычислительного центра, предназначенный для работы с большими массивами файлов разнородных данных, модуль 40 агрегирования информации и программный модуль 41 автоматизации интеллектуальной поддержки принятия решений диспетчера и операторов системы, выполненный с использованием обучаемых нейронных сетей.
Система технического и коммерческого контроля состояния поездов функционирует следующим образом.
При заходе поезда на измерительный участок параллельно и последовательно со средствами технического диагностирования работают также и средство 18 контроля габаритов погрузки, средство 19 тепловизионного дистанционного контроля загрузки вагонов, средство 20 контроля инвентарных номеров вагонов, средство 21 коммерческого осмотра подвижного состава на подъездных путях промышленных предприятий, средство 22 коммерческого осмотра подвижного состава для формирования отчета о прошедшем составе (содержащем видеоизображения вагонов с указанием их порядковых номеров в составе), средство 23 взвешивания и учета вагонов и грузов, средство 24 автоматического подсчета числа осей подвижного состава, средство 25 для осмотра бортов вагонов, средство 26 для осмотра крыш вагонов, средство 27 для осмотра груза, средство 28 для осмотра верхних люков, средство 29 для контроля очистки полувагонов и платформ, средство 30 для осмотра рам вагонов, средство 31 для визуальной идентификации инвентарного номера вагона, средство 32 видеорегистрации процесса прохождения поезда, средство 33 для контроля габаритов, средство 34 для контроля уровня налива цистерн, средство 35 автоматизированного визуального контроля технических характеристик подвижного состава и средство 36 лазерного контроля отрицательной динамики и габарита.
Информация от датчиков счета осей и от других источников информации о проходящем составе, в частности, камер, лазеров, тензометрических датчиков и т.д. (на чертеже не показаны) поступает в соответствующие вышеуказанные средства 19÷36 для ее обработки. Обработанная информация через перегонный концентратор 2, станционный концентратор 8 и блок 13 обработки оперативных данных информационного центра 14 комплексного диагностического контроля поступает в модуль 40 агрегирования информации. При этом, в процессе обработки информации, полученной от источников информации, средство 20 контроля инвентарных номеров вагонов запрашивает информацию из систем АСОУП, АСУ СТ и АСУ СС посредством запроса в модуль 40 агрегирования информации. Информация от средств 19÷36, полученная модулем 40 агрегирования информации, подвергается в нем обработке, которая включает в себя группировку и анализ данных относительно одних и тех же диагностируемых деталях подвижного состава. Использованием данных диагностики одного и того же объекта, полученных от разнородных источников информации (камеры, тензодатчики, лазеры, микрофоны, тепловизоры) удается повысить качество диагностирования, а также резко сократить количество ошибок первого и второго рода.
При движении каждого поезда через узловой пост 1 комплексного диагностического контроля осуществляется тепловой контроль с измерением температур буксовых узлов и колес поезда с помощью линейного пункта 3 теплового контроля, установленного на этом посту.
Также осуществляется акустическая диагностика буксовых подшипников с помощью средства 4 ранней диагностики буксовых узлов и контроль дефектов геометрии, профиля, параметров износа колес, угла набегания и др. с помощью средства 5 измерения дефектов геометрии, профиля и параметров износа колес. Контроль нарушений геометрии и линейной динамики вписывания двухосных тележек в путь (виляние, рыскание) и др. осуществляется с помощью средства 6 контроля нарушений геометрии и линейной динамики вписывания тележек в путь. Одновременно установленное на посту 1 средство 7 идентификации подвижных единиц определяет идентификационный номер вагона, его порядковый номер размещения в составе поезда со стороны головного вагона, номер тележки в вагоне, а также номер оси в тележке.
Информация с выхода линейного пункта 3 и средств 4-7 поступает в перегонный концентратор 2 данных. В концентраторе 2 для каждой ходовой части формируется информационный пакет данных о состоянии каждой контролируемой ходовой части поезда. По каналу связи эта информация в автоматическом режиме поступает в станционный концентратор 8 данных, который осуществляет передачу информации по сети передачи данных в блок 13 обработки ИЦ КДК 14.
При поступлении диагностической информации о состоянии ходовых частей поезда в блок 13 обработки ИЦ КДК 14, из модуля 39 базы данных сервера 38 дорожного информационно-вычислительного центра поступает информация, подтверждающая данные о составе контролируемого поезда. С учетом этой информации блок 13 обработки выделяет информацию о дефектах, неисправностях и повреждениях контролируемых ходовых частей каждого поезда с привязкой к номеру вагона, тележки в вагоне, оси, стороны буксы. Эта информация поступает в блок 15 анализа, который помогает операторам системы выявлять взаимосвязи и взаимозависимости диагностируемых дефектов, неисправностей и повреждений, осуществлять анализ тенденций и выполнять прогнозирование показателей аварийности контролируемых объектов. Параллельно в сервере 38, используя большие массивы файлов разнородных данных (BigData) из модуля 39 базы данных, модуль 40 агрегирования информации (для автоматизации поддержки принятия решений диспетчера и операторов системы) группирует взаимно связанные данные и передает их программному модулю 41 для комплексного интеллектуального анализа прямой и косвенной информации от всех источников справочных и диагностических данных. Сгруппированная информация в программным модуле 41 поступает в искусственные нейронные сети, настроенные посредством обучения на комплексную автоматическую обработку взаимосвязанных и взаимозависимых дефектов, неисправностей и повреждений, совмещение которых в отдельном контролируемом объекте (буксе, тележке, колесах) повышает интегрально уровень аварийности такого объекта. Искусственные нейронные сети автоматически, быстрее и достовернее, чем операторы, определяют необходимость ремонта или изъятия из эксплуатации анализируемых ими элементов подвижного состава и, тем самым, существенно снижают затраты на эксплуатацию и повышают безопасность движения поездов.
Например, если по результатам теплового контроля измеренная температура контролируемого буксового узла характеризуется ниже критической температуры, а по результатам акустического контроля подшипников этого буксового узла установлено наличие дефекта на ранней стадии развития и на колесе этого буксового узла в результате лазерного сканирования обнаружен ползун, то соответствующая искусственная нейронная сеть в модуле 41 характеризует этот набор как предаварийное состояние контролируемого буксового узла, если весовые коэффициенты этих факторов запомненные в связях этой нейронной сети в процессе ее обучения в совокупности приведут к появлению сигнала предаварийного состояния на выходе этой нейронной сети с соответствующем ему уровнем тревоги.
Информация о дефектах, неисправностях и повреждениях контролируемых ходовых частей каждого поезда, с привязкой к номеру вагона контролируемого поезда, номеру тележки в вагоне, оси, стороны буксы, с результатами анализа тенденций развития дефектов поступает в блок 16 хранения оперативной информации. Блок 16 осуществляет хранение оперативной информации о дефектах, неисправностях и повреждениях вагонов контролируемых поездов. Затем эта информация передается на сервер 38 в память модуля 39 базы данных. В случае повторного контроля ходовых частей того же вагона эти данные могут использоваться для оценки развития дефектов во времени.
По результатам своего анализа и с учетом рекомендаций поступающих из модуля 41 в аппаратно-программное устройство 17 АРМ центра 14 работник принимает решения по дальнейшей эксплуатации подвижного состава каждого поезда.
В автоматическом режиме из аппаратно-программного устройства 17 АРМ обобщенная информация о техническом состоянии локомотива и вагонов поездов и принятых мерах по дальнейшему продвижению поездов по каналу связи передается в центральный обрабатывающий комплекс многоуровневой автоматизированной системы управления безопасностью движения (ЦОК АСУ), где осуществляется интегрированный анализ работы подвижного состава в рамках автоматизированной системы контроля подвижного состава (АСК ПС), контролируется его необходимость и достаточность, формируются меры по своевременному и качественному выполнению текущих плановых и перспективных перевозок. Рекомендации по текущему ремонту поезда оператор выдает непосредственно в ПТО. Информация также поступает на рабочее место поездного диспетчера. В случае принятия решения об аварийной ситуации поезда поездной диспетчер передает эту информацию непосредственно машинисту локомотива поезда и дежурному по станции.
Система имеет резервы для ее совершенствования за счет возможностей подключения к ней через модуль 37 сопряжения с дополнительными средствами контроля комерческого и технического осмотра, вновь разрабатываемых подсистем комерческого и технического осмотра. Система имеет также резервы для ее совершенствования, за счет исключения из конфигурации устаревших, или дублирующих друг друга элементов и подсистем. При этом эти рекомендации могут вырабатываться программным модулем 41 автоматизации интеллектуальной поддержки принятия решений диспетчера и операторов системы.
Таким образом, предлагаемое изобретение снижает трудозатраты на эксплуатацию системы и обеспечивает выработку эффективных решений по эксплуатации подвижного состава, в результате чего повышает безопасность движения поездов.