Интеграция систем непрерывного мониторинга и управления движением на железнодорожном транспорте

В стремительно развивающейся транспортной отрасли все большее значение приобретают средства, позволяющие оперативно определять техническое состояние объектов инфраструктуры и подвижных единиц. Обеспечить надежность и безопасность перевозочного процесса, а также повысить его качество можно только за счет 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 производства работ по обслуживанию и связан с большой долей участия человека в этом процессе. Непрерывный же мониторинг подразумевает определение технического состояния объектов непрерывно во времени в автоматическом режиме с анализом данных и выдачей предупредительных сообщений. Постепенно от периодического мониторинга в области транспорта, в том числе, железнодорожного, осуществляется переход к непрерывному мониторингу, что существенно повышает качество технологического процесса и обеспечивает его отказоустойчивость и бесперебойность. Основным препятствием для широкого внедрения средств и систем непрерывного мониторинга в объекты железнодорожной инфраструктуры является значительная стоимость их разработки, 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 оказались выделенными 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. Ввиду наличия большого количества объектов диагностирования и их географической распределенности диагностические данные также централизуются в специальных ситуационных центрах мониторинга железных дорог (аналог Data Centre), где также непрерывно анализируются специально обученными технологами.

Большой объем диагностической информации, наличие специальных систем мониторинга и целых структурных подразделений, вовлеченных в обработку данных, в настоящее время приводят к тому, что 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. Каждому из взаимосвязанных объектов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава с течением времени присуще снижение надежности, которое происходит под воздействием предотказных состояний и отказов. Фиксируя отклонения от норм с помощью средств периодического и непрерывного мониторинга, обслуживающий персонал соответствующих организаций получает возможность продления срока безотказной эксплуатации устройств обеспечения движения 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: сам процесс обслуживания может произойти до критического ухудшения параметров или же на результат может повлиять человеческий фактор в виде некачественного обслуживания. Ввиду этих обстоятельств активно развиваются средства непрерывного мониторинга каждой из составляющих железнодорожного комплекса. Это развитие, несомненно, оказывает положительное влияние на сам перевозочный процесс, позволяя повысить его отказоустойчивость, но, тем не менее, несет и некоторое негативное воздействие.

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

Современные средства непрерывного мониторинга не предусматривают комплексный мониторинг всех объектов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава и, тем более, использования получаемой информации в «цепи обратной связи» с системой управления движением поездов. Сегодня средства непрерывного мониторинга направлены только на автоматизацию операций по техническому обслуживанию объектов диагностирования и позволяют в некоторых частных случаях прогнозирования изменения технических состояний [5]. Данное утверждение отражает ситуацию как на пространстве железных дорог Российской Федерации, так и в мире.

На пространстве железных дорог Российской Федерации наиболее развитыми средствами непрерывного мониторинга оборудуются сегодня только объекты железнодорожной автоматики и телемеханики. Разработчики систем мониторинга «научились» получать диагностическую информацию разнообразного плана (зачастую, огромный набор данных, включая даже избыточную информацию). Программные средства систем мониторинга обрабатывают данные и выводят информационные сообщения техническому персоналу дистанций сигнализации, централизации и блокировки. Однако надежность самих средств мониторинга оставляет желать лучшего: многие технологические ситуации выявляются ложно, растет время обработки данных, требуются большие трудозатраты в обработке данных и в обслуживании самих устройств мониторинга и т.д. Кроме всего этого, практика показывает, что нельзя ограничиться только средствами мониторинга устройств автоматики – их отказы составляют малую долю отказов объектов железнодорожной инфраструктуры и, более того, они могут быть следствиями отказов в другом хозяйстве (энергоснабжения или пути). 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 отсутствия корреляции данных о состоянии объектов является отсутствие информации о фактическом состоянии контактного провода при его профилактическом прогреве при борьбе с обледенением, что при наличии льда на контактном проводе приводит к появлению дополнительных помех, воздействующих на аппаратуру железнодорожной автоматики.

Сегодня на железнодорожном транспорте превалирует децентрализованный подход к организации систем непрерывного мониторинга – они внедряются в отдельности в каждом хозяйстве (тяги, пути, энергоснабжения, автоматики и телемеханики) для отдельных устройств в виде внешних средств автоматического диагностирования и никак не взаимодействуют между собой и, тем более, с системой управления движением. Это приводит к необходимости создания ситуационных центров мониторинга, сотрудники которых непрерывно анализируют потоки диагностической информации. Только в хозяйстве автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» такой подход привел к необходимости введения специализированных бригад обслуживания средств мониторинга, а сама работа по эксплуатации средств автоматики получила усложнение в виде необходимости анализа диагностических данных от средств мониторинга. Более того, как отмечается пользователями и специалистами, качество работы систем мониторинга является крайне низким. Например, в области железнодорожной автоматики доля полезной информации от систем мониторинга не превышает 5%, что только усложняет работу по эксплуатации систем управления движением поездов. Таким образом, следование заранее неверному концептуальному подходу привело только к увеличению объемов диагностической информации, разрозненной относительно всего железнодорожного комплекса и систем управления движением поездов!

Естественно возникает задача перенаправления потоков диагностической информации и ее «более точная» трактовка и использование. 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 будет опубликована в № 3 журнала "Транспорт Российской Федерации".