CC BY
11образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2006147115/22; заявл. 27.12.06; опубл. 27.08.07, Бюл. № 24. - 4 с.
7. Пат. 2313890 Российская Федерация, МПК 51 Н02М 7/08, H02H 3/28. Устройство для Устройство для дифференциально-фазной защиты [Текст]. / Богдан А.В., Соболь А. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2006124282; заявл. 06.07.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. № 36. - 5 с.
8. Пат. 2295815 Российская Федерация, МПК 51 Н02Н 7/08, G01M 15/00, H02K 15/00. Устройство защиты машин переменного тока [Текст]. / Богдан А.В., Стрижков И.Г., Потапенко И.А., Соболь А.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2005131150; заявл. 07.10.2005; опубл. 20.03.2007, Бюл. № 8. - 4 с.
ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ СЕТИ ПОЕЗДНОЙ РАДИОСВЯЗИ ДЛЯ РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛЬНОГО ЗАНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
ГОТОВНОСТИ РАДИОСЕТИ
Яронова Н.В.
Кандидат технических наук Ташкентского Государственного Транспортного Университета, г. Ташкент, Узбекистан
DYNAMIC PROBABILISTIC MODEL OF A LINEAR TRAIN RADIO NETWORK FOR CALCULATING THE INTEGRAL VALUE OF RADIO NETWORK AVAILABILITY
Yaronova N.
PhD in Technics Tashkent State Transport University, Tashkent, Uzbekistan
Аннотация
Настоящая статья посвящена уточнению описанной ранее модели линейной сети ПРС для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети в работе [1] и методики с их привязкой к графику движения поездов по диспетчерскому кругу, с учетом разнородности видам поездов (мотор-вагонные секции, пассажирские, скорые, грузовые поезда), курсирующих на данном диспетчерском участке.
Abstract
The article is devoted to refining the previously described model [1] of the linear train radio network for calculating the integral value of the radio network availability coefficient in operation and the methodology with their binding to the train schedule along the dispatcher circle, taking into account the heterogeneity of the types of trains (motor-car sections, passenger, express, freight trains) running on this dispatcher section.
Ключевые слова: поездная радиосвязь, коэффициент готовности, график движения поездов, подвижная единица, распорядительная станция, проводной канал, стационарная радиостанция, радиоканал, возимая радиостанция.
Keywords: train radio communication, availability coefficient, train schedule, mobile unit, administrative station, wire channel, stationary radio station, radio channel, portable radio station.
Актуальность. Радиосвязь является важнейшим элементом системы управления железнодорожными перевозками. Она применяется при оперативном обмене информацией между руководителем работ и исполнителями, а также исполнителей друг с другом. Поездная радиосвязь предназначена для оперативного управления движением поездов и позволяет вести служебные переговоры поездного диспетчера (ДНЦ) и дежурных по станциям (ДСП), а также других работников с машинистами поездных локомотивов (ТЧМ), а также переговоры между машинистами встречных и вслед идущих локомотивов между собой.
По своей организационной структуре и конфигурации сеть ПРС представляет собой сложную систему. Одной из ключевых характеристик любой технической системы является ее надежность. Так как сеть ПРС является восстанавливаемой технической системой, то для расчета её надежности необходимо использовать комплексный показатель -коэффициент готовности. Особенностью поездной радиосвязи является то, что она построена по радиопроводному принципу. Проводной канал-это одна часть и радиоканал - это вторая часть. И их сочетание получается третье. В том случае, когда у нас все средства удовлетворяют, необходимо спланировать сеть таким образом, чтобы везде были зоны радиопокрытия. И при расчете коэффициента
готовности должно это учитывать. Однако существующие методики этого не учитывают.
Поэтому оценка готовности сети ПРС в пределах диспетчерского круга ввиду разнородности каналов связи является актуальной.
Цель работы. Показать динамическую вероятностную модель линейной сети поездной радиосвязи для рачета интегрального значения коэффициента готовности радиосети с привязкой к графику движения поездов по диспетчерскому кругу.
В была рассмотрена модель сети поездной радиосвязи (ПРС) и методика расчета интегрального значения коэффициента готовности данной радиосети. Описанная модель соответствует случаю равновероятного нахождения подвижной единицы (возимой радиостанции) в любой точке диспетчерского круга, и рассмотрению данной системы за период проследования подвижной единицы через весь диспетчерский круг с одинаковой скоростью [1].
В действительности, время нахождения подвижной единицы в различных точках диспетчерского участка, а также скорость ее следования по участку, определяются графиком движения поездов [2]. Причем для поездов разного типа (мотор-вагонные секции, пассажирские, скоростные, грузовые поезда) графики движения могут значительно отличаться друг от друга.
На рисунке 1 показана динамическая вероятностная модель линейной сети поездной радиосвязи.
По сравнению с предыдущим вариантом модели радиосети [1], в данной модели появился виртуальный мультиплексор, управление которым происходит в соответствии с графиком движения поездов. В процессе движения возимая радиостанция (РВ) перемещается с одного перегона на другой [3-6], и виртуальный мультиплексор на модели переключает соответствующие ветви (каналы связи поездной диспетчер - машинист) из параллельного набора.
Рисунок 1 - Динамическая вероятностная модель сети ПРС для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети (СР - распорядительная станция; ПК- проводной канал; РС - стационарная радиостанция; РК - радиоканал; РВ - возимая радиостанция)
В динамической вероятностной модели коэффициент готовности по радиопокрытию (КГрк^ ^)
будет определяться, как отношение времени нахождения РВ в зоне действия одной, двух или более стационарных радиостанций (рисунок 2) (^), ко полному времени нахождения РВ на диспетчерском участке ( у ), т.е. КГРщ). = . Причем
N
^ (КГ.PK(t) j ) = 1 •
Как видно из рисунка 2, в каждый момент времени подвижная единица (возимая радиостанция) может оказаться в одной из следующих зон:
- в мертвой зоне (интервал времени - 15);
- в зоне покрытия одной РС (14, 1б, 17);
- в зоне покрытия двух РС (11, 13);
- в зоне покрытия трех РС (12).
j=1
РС1
L, км
РС2
РС3
РС4
РС5
Рисунок 2 - Пример зон радиопокрытия стационарных радиостанций, и время нахождения РВ в данных
зонах с учетом графика движения поездов
Как было отмечено ранее, графики движения поездов разных типов (мотор-вагонных секций, пассажирских, скорых и грузовых поездов) существенно отличаются, поэтому и интервалы времени пребывания поезда в разных зонах покрытия также будут отличаться. Для поездов одного типа будем считать графики движения в одном направлении подобными друг другу.
Рассмотрим варианты решения задачи расчета интегрального значения коэффициента готовности сети ПРС в зависимости от качества радиопокрытия диспетчерского участка.
Постановка задачи:
Пусть дан диспетчерский круг длиной Ь км, количество стационарных радиостанций (РС), установленных на участке, равно N расстояния между соседними РС равны длинам перегонов 1пер, время
прохождения поездом всего диспетчерского круга (от 1-ой РС до ^ой РС) равно /уч.
Необходимо произвести оценку интегрального значения коэффициента готовности сети ПРС с учетом графика движения поездов.
Для оценки коэффициента готовности сети ПРС будем рассматривать коэффициенты готовности ее следующих элементов [7-19]:
- аппаратура;
• - проводной канал связи;
• - радиоканал (коэффициент готовности по радиопокрытию).
Решение задачи:
Вариант 1: зоны радиопокрытия соседних РС частично перекрываются.
L, км
РС1
РС2
РС3
РС4
РС5
Рисунок 3 - Определение времени нахождения РВ в зонах радиопокрытия РС при частичном перекрытии зон
На рисунке 3 показаны зоны радиопокрытия стационарных радиостанций, а также интервалы времени, соответствующие нахождению возимой радиостанции в зонах радиопокрытия разного типа. В соответствии с задействованным в зонах радиопокрытия разного типа резервированием, формула для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети примет вид:
КГ КГ СР ' КГ ПК
1 -
О- КГ РС1 ' КГ.PK(t)j
) •
(1 - (1 - (1 - Krpci) • (1 - Кгрс2)) • К
Lr.PK(t )2>
■ (1 Кг РС2 • КГ PK(t)3) • (1 - (1 - (1 - КГ.РС2) • (1 - К Г .РС3 )) • КГ .PK(t )J
' (1 КГ РС3 • КГ.PK(t)5 ) •
(1 - (1 - (1 - Кг.РСзМ1 - КГРСК
• К
)) • К
r.PK(t )6
) •
• (1 - КГ.РСК_1 • КГ.PK(t)i-2 ) •
(1 - (1 - (1 - КГ.РСМ1 ) • (1 - Kr.PCN )) • КГ.PK(t),_!) • ' (1 - КГ.PCN • КГ PK(t)j )
Kr
Вариант 2: зоны радиопокрытия соседних РС перекрываются полностью.
L, км
РС1
РС2
РС3
РС4
РС5
Рисунок 4 - Определение времени нахождения РВ в зонах радиопокрытия РС при полном двойном перекрытии зон
Зоны радиопокрытия стационарных радиостанций, а также интервалы времени, соответствующие нахождению возимой радиостанции в зонах радиопокрытия, показаны на рисунке 4.Формула для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети при полном двойном перекрытии зон радиопокрытия соседних радиостанций имеет вид:
К = К • К
КГ КГ.СР КГ.ПК
1 -
■(1 - (1 - (1 - Krpci) • (1 - Кгс)) • К
• (1 - (1 - (1 - КГС
• (1 - (1 - (1 - Кг РСз
• (1 - (1 - (1 - КГ.РС
Lr .РК( )1
) •
) • (1 - КГ рс3)) • КГ,PR(t)2) • ) • (1 - КГ,PCN-1 )) • КГ.рк(t)j-1 ) • г ) • (1 - КГPCN )) • КГ.рк(t),)
K
Г .РВ
Вариант 3: на перегонах имеются участки с отсутствием радиопокрытия (мертвые зоны).
РС1
L, км
РС2
РС3
РС4
РС5
Рисунок 5 - Определение времени нахождения РВ в зонах радиопокрытия РС при наличии на перегонах
мертвых зон
На рисунке 5 показаны зоны радиопокрытия стационарных радиостанций, мертвые зоны, а также интервалы времени, соответствующие нахождению возимой радиостанции в зонах разного типа. Формула для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети для данного варианта радиопокрытия имеет вид:
Кг ~ КГ .ср •КГ .ПК
1 -
(1 - -К • КГ .рс1 kг.pk(t)j ) •
• (1 — К КГ .РС2 • КГ.РЩ)3 ) •
• (1 — К КГ .РС3 • КГ РЩ)5) •
• (1 - К КГ .PСN - • КГ.РЩ)2)
• (1 К КГ .PСN • КГ.pk(t)j )
Вариант 4: на перегонах имеются участки с двойным и с тройным перекрытием зон покрытия. Зоны радиопокрытия стационарных радиостанций, а также интервалы времени, соответствующие нахождению возимой радиостанции в зонах с двойным и тройным радиопокрытием, показаны на рисунке 6.
L, км
РС1
РС2
РС3
РС4
РС5
Рисунок 6 - Определение времени нахождения РВ в зонах радиопокрытия РС при двойном и частичном
тройном перекрытии зон
Формула для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети при полном двойном и частичном тройном перекрытии зон радиопокрытия имеет вид:
кг кг.ср • КГ.ПК
1 -
(1 - (1 - (1 - КГ.РС1) • (1 - КГ.РС2 )) • Кг.ркц)1)
1 - КГ.РС1 ) • (1 - К 1 - КГ.РС2 ) • (1 - К 1 - КГ.РС2 ) • (1 - К
Г РС2 ) • (1 КГ РС3 )) • КГ.рк(t)2 г.рс3)) • КГРКЦ)3) •
) • (1 - К
Г .РС3
Г .РВ
1 - кг.рсз) • (1 - к 1 - кг.рсз) • (1 - к
Г .РС,
1 - Кг.РСы J • (1 - К
Как показывает анализ полученных формул, наличие даже одного перегона с неполным радиопокрытием приводит к существенному снижению коэффициента готовности радиосети.
Заключение
Таким образом, при использовании динамической вероятностной модели линейной сети ПРС интегральное значение коэффициента готовности радиосети должно определяться отдельно для поездов каждого типа (мотор-вагонные секции, пассажирские, скорые, грузовые поезда) с учетом графика движения соответствующих поездов.
Усредненное интегральное значение коэффициента готовности радиосети по всем видам поездов, курсирующих на данном диспетчерском участке, следует определять усреднением по видам и по количеству поездов на участке по формуле:
Кг
Г.PCN-1 )) • КГ.РК^)4 ) • • K ^ )) • КГ.РКЦ)5 ) • ^ ) • (1 - КГPCN )) • КГ.РКЦ^ ) • Г.РС„ )) • КГ.PК(t)t)
Кг . Э • пЭ + КГП • пП + КГС • пС + КГ Г • пГ
Г .РС,
где Кг - интегральное значение коэффициента готовности сети ПРС:
прс - усредненное значение по всем видам и количеству поездов;
э - для мотор-вагонных секций (электричек); п - для пассажирских поездов; с - для скорых поездов; г - для грузовых поездов; п - количество поездов соответствующих типов (э, п. с. г), курсирующих на данном участке.
)
пэ + пп + пс + пг
Список литература
1. Роенков Д.Н. Повышение надежности сетей поездной радиосвязи /, Д.Н. Роенков, В.В. Шматченко, Н.В. Яронова // Автоматика, связь, информатика. - М.: 2017. - выпуск 7. - С. 22-27.
2. Казаков, А.А. Автоматизированные системы интервального регулирования движения поездов / А.А. Казаков, В.Д. Бубнов, Е.А. Казаков // -М.: Транспорт, 1995. - 320 с.
3. Ваванов. Ю.В. Технологическая железнодорожная радиосвязь. - М.: Транспорт, 1985, - 182 с.
4. Ваванов, Ю.В. Радиотехнические системы железнодорожного транспорта / Ю.В. Ваванов,
A.В. Елизаренко, А.А. Танцюра и др. - М.: Транспорт, 1991, -303с.
5. Горелов, Г.В. Радиосвязь с подвижными объектами железнодорожного транспорта / Г.В. Горелов, Ю.И. Таныгин. - М.: Маршрут, 2009. - 263с.
6. Горелов, Г.В. Системы связи с подвижными объектами. Учебное пособие / Г.В. Горелов, Д. Н. Роенков - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте». - 2014. - 335 с.
7. Вентцел, Е.С. Теория вероятностей: учебное пособие / Е.С. Вентцель. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1998. - 576 с.
8. Баранова, А.В. Основы надежности электронных средств: учеб. пособие для студентов всех форм обучения / А.В. Баранова, Н.П. Ямпурин; НГТУ (АПИ) - Нижний Новгород: НГТУ, 2005. -97 с.
9. Безродный, Б.Ф. Обеспечение качества и надежности электротехнических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Б.Ф. Безродный, Ю.А. Торопов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - 2007. -№2. - С. 237-239.
10. Горелов, Г.В. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи: Учебник для вузов / Г.В. Горелов, А.А. Волков,
B.И. Шелухин; - М.: ГОУ УМЦ ЖДТ, 2007. - 403 с
11. Денисов, С.А. Совершенствование сетей радиосвязи для повышения эффективности управления технологическими процессами на железно-
дорожном транспорте: автореф. дис. ... канд. тех-нич. наук: 05.22.08; 05.12.14 / Денисов Станислав Александрович. - СПб., 1999. - 18 с.
12. Держко, Г.Г. Количественная оценка вклада систем связи в безопасность технологических процессов на железнодорожном транспорте: монография / Г.Г. Держко. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 130 с.
13. Джейкс, У.К. Связь с подвижныит объектами / У.К. Джейкс. - М.: связь, 1979. - 520 с.
14. Жабина, А.В. Разработка методов повышения эффективности функционирования телекоммуникационных систем при внешних импульсных электромагнитных воздействиях: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.12.13 / Жабина Анна Валерьевна. - Новосибирск, 2009. - 18 с.
15. Котов, В.К. Научно-методические основы управления надежностью и безопасностью эксплуатации сетей связи железнодорожного транспорта: монография / В.К. Котов, В.Р. Антонец, Г.П. Лабец-кая, В.В. Шмытинский. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2012. - 193 с.
16. Нетес В.А. Надежность первичной сети ВСС: основные понятия и принципы нормирования / В.А. Нетес // Электросвязь. - 1995. - №4. - С. 2325.
17. Обухов, А.Н. Методический подход к оценке надежности систем радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочих частот / А.Н. Обухов, О.А. Черникова // Вестник Воронежского института МВД России. - 2013, - № 4. - С. 155-159
18. Рогинский, В.Н. Теория сетей связи: Учебник для вузов связи / В.Н. Рогинский, А.Д. Харке-вич, М.А. Шнепс, Г.Б. Давыдов, А.Я. Толчан. - М.: Радио и связь, 1981. -192 с.
19. Яронова, Н.В. Оценка значения коэффициента готовности сети поездной радиосвязи / Д.Н. Роенков, Н.В. Яронова // 72-я межвузовская научно-техническая конференция им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. Секция: «Телекоммуникации на железнодорожном транспорте», (труды конференции 27-28 апреля 2017) - СПб: 2017. - С. 291-293.
