CC BY
99
иркутским государственный университет путей сообщения
то есть необходимо вместо ПР проводить ПЗ.
Заключение
Для обеспечения допустимого значения вероятности безотказной работы технических устройств предлагаемый метод позволяет:
- при заданных значениях глубины восстановления безотказности и количества ремонтов определить их периодичность;
- при заданных значениях периодичности ремонтов и глубины восстановления безотказности определить количество ремонтов;
- при заданном значении периодичности ремонтов определить глубину восстановления безотказности;
- при заданных значениях глубины восстановления безотказности, количества и периодичности ремонтов определить срок замены технических устройств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М. : Госстандарт, 1989.
2. Володарский В.А. Определение параметров системы предупредительных замен ремонтов при допустимом значении интенсивности отказов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 4 (36). С. 126-129.
3. Володарский В.А. Об оптимизации предупредительных замен и ремонтов технических устройств // Надежность и контроль качества. 1989. № 6. С. 21-24.
4. Володарский В.А. Определение показателей надежности при неопределенности исходной информации. // Электричество. 1987. № 3.С. 49-51.
УДК 621.396.2 Демьянов Владислав Владимирович,
д. т. н., профессор кафедры «Автоматика и телемеханика», Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. 89247155622, e-mail: [email protected] Лихота Роман Викторович, аспирант, ст. преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89021774373, e-mail: [email protected]
Кашкина Татьяна Витальевна, аспирант, ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89041121183, e-mail: [email protected]
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГЛОНАСС
V. V. Demyanov, R. V. Likhota, T. V. Kashkina
THE ELEMENTS OF SYSTEM ANALYSIS OF GLONASS OPERATING
Аннотация. Рассмотрены основные достоинства и недостатки спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Проведен сравнительный анализ подсистемы космических аппаратов, подсистемы наземного контроля и управления, навигационной аппаратуры потребителя и подсистемы функциональных дополнений. В каждой из подсистем ГЛОНАСС авторами был выявлен ряд технических и организационных недостатков, препятствующих достижению максимальных тактико-технических характеристик отечественной спутниковой радионавигационной системы. Для частного случая применения спутниковой радионавигации проведена декомпозиция навигационного обеспечения подвижных средств железнодорожной инфраструктуры. Это позволило выявить отличительные особенности в методах местоопределения подвижных единиц и обозначить проблемные области используемых в настоящее время навигационных средств железнодорожного транспорта. Для навигационного комплекса железнодорожных единиц указаны возможности повышения точности и информативности навигационно обеспечения, а предложенные авторами организационные мероприятия позволят повысить качество предоставляемого НВО для всех абонентов ГЛОНАСС.
Ключевые слова: спутниковая радионавигационная система, ГЛОНАСС, GPS, дифференциальная система, контроль качества НВО.
Abstract. The main GPS and GLONASS system merits and shortcomings were considered here. A comparative system analysis was conducted for the main GNSS parts, such as satellite vehicles, ground control, user's equipment and augmentation subsystems. The authors considered some lacks in GNSS arrangement and technical support that do not allow achieving required navigation parameters. Decomposition was conducted for the GNSS railroad traffic control as a particular example of GNSS application. It allowed us to recognize distinguishing features of positioning methods for moving objects and mark the weak points for modern positioning systems of railway transportation. An opportunity of improvement ofpositioning accuracy and navigation informative capacity was established for railway positioning complex systems. Measures the authors offered yield to improve GLONASS positioning quality for all groups of the system users.
Keywords: global positioning system, GLONASS, GPS, augmentation system, positioning quality control.
Существует мнение о том, что отечествен- и об экономической целесообразности использо-
ная спутниковая радионавигационная система вания аппаратуры ГЛОНАСС на различных
(СРНС) ГЛОНАСС существенно уступает по сво- народно-хозяйственных и специальных объектах
им тактико-техническим характеристикам амери- в сравнении с использованием на тех же объектах
канской СРНС GPS. Кроме этого ставится вопрос аппаратуры GPS.
Но также очевидно, что в современных условиях высокой напряженности геополитической обстановки, при сохранении монополии на навигационную деятельность США имеют возможность использовать GPS как средство экономического и политического давления.
В связи с этим, остро стоит необходимость в модернизации отечественных радионавигационных систем наземного и космического базирования для расширения их функциональных возможностей, повышения точности определения координат объекта и др.
Решение этой проблемы прямо связано с поддержанием национальной экономической безопасности РФ, которые требуют наличия в распоряжении государства собственных высокоэффективных средств навигационного обеспечения.
Цель статьи: анализ подсистем ГЛОНАСС путем декомпозиции навигационного обеспечения железнодорожного транспорта как одного из частных случаев применения спутниковой навигации.
Подсистема космических аппаратов (навигационные спутники) представляет из себя орбитальную группировку, которая должна состоять не менее чем из 24 спутников, расположенных на трех орбитальных плоскостях таким образом, чтобы обеспечить одновременную радиовидимость не менее чем 4 спутников в глобальной рабочей зоне. При этом разработчиками системы заявляется стандартная погрешность позиционирования объектов на Земле и на низких околоземных орбитах: 7-10 м в плоскости и 10-15 м при стандартной погрешности определения составляющих вектора скорости 3-5 см/с. Подобные точности позиционирования достигаются при условии, что расхождение опорной шкалы времени бортовых эталонов времени и частоты навигационных спутников и основной шкалы времени системы (определяемой главным эталоном времени и частоты в наземной подсистеме контроля и управления) не превышает 17 нс. Соответственно, точности позиционирования спутников на орбите должны составлять: в продольном и боковом направлении - не хуже 3,5-5 м, а в радиальном направлении - не хуже, чем 0,5-1 м при допустимой погрешности определения составляющих вектора скорости: в продольном и боковом направлении - не более чем 0,02 см/с и в радиальном направлении - не более чем 0,17 см/с.
Итоговая точность и непрерывность позиционирования объектов по сигналам навигационных спутников ГЛОНАСС зависит от следующих факторов:
1) точности синхронизации бортовых шкал времени навигационных спутников и единой шкалы времени системы ГЛОНАСС [1];
2) точности позиционирования навигационных спутников на орбите;
3) полноты орбитальной группировки навигационных спутников на орбите.
Для повышения точности позиционирования навигационных спутников на орбите требуется развертывание постоянно действующей единой сети наземных беззапросных измерительных станций, а также поверочной системы лазерных дальномеров [2]. Необходимый минимум этих средств развернут только на территории РФ, т. е. требуется расширение этой сети на весь земной шар, а также поддержание существующих средств мониторинга орбитальной группировки в работоспособном состоянии и их своевременная модернизация.
На наш взгляд, здесь можно выделить следующие проблемы:
1) недостаточно проработана система организационных мер по обслуживанию удаленных наземных станций мониторинга в части достаточной комплектации этих станций квалифицированным обслуживающим персоналом;
2) нет необходимого резерва наземных средств мониторинга орбитальной группировки ГЛОНАСС;
3) максимальная точность позиционирования навигационных спутников ГЛОНАСС на орбите возможна, если будут развернуты станции мониторинга не только на территории РФ, но и за ее пределами (что имеет место для системы GPS). Т. е. требуются договоренности с иностранными партнерами по размещению на их территории необходимых комплексов мониторинга орбитальной группировки ГЛОНАСС.
Точность синхронизации шкал времени между спутниками и наземным сегментом во многом определяется качеством используемых бортовых стандартов времени и частоты [3]. В РФ ведутся работы по оснащению модернизированных навигационных спутников более совершенными эталонами времени и частоты, но в силу отставания отечественной электронной промышленности имеется сильная зависимость от зарубежной электронной промышленности.
Подсистема наземного контроля и управления обеспечивает контроль качества функционирования навигационных спутников, управление и необходимое информационное обеспечение этих спутников [2]. Предполагается, что здесь имеется одна наиболее значимая проблема. Эффективный и точный контроль качества функционирования
навигационных спутников, который отвечает еще и требованиям высокой оперативности, возможен только при условии одновременных измерений параметров сигналов навигационных спутников и элементов их движения по орбите. Это требует наличия обширной пространственно разнесенной сети пунктов мониторинга с высоким пространственно-временным разрешением.
Существующая в настоящее время сеть контрольно-корректирующих и измерительных станций наземной подсистемы контроля и управления ГЛОНАСС имеет чрезвычайно низкое пространственное разрешение. Благодаря тому, что Россия располагает огромной территорией, можно обеспечить необходимый уровень контроля качества функционирования спутников и на сети станций, расположенных только на российской территории. Но работы по развертыванию достаточно плотной наземной сети контрольно-корректирующих и измерительных станций ведутся пока непродуктивно и малоэффективно.
Сегмент пользователя (навигационная аппаратура потребителей) - это совокупность всего парка навигационных приемников, которые обеспечивают прием и обработку сигналов наблюдаемых навигационных спутников, на основании которой выполняется определение пространственно-временных координат и составляющих вектора скорости пользователей ГЛОНАСС.
На сегодня это основное «слабое место» ГЛОНАСС, и именно здесь проявляется основное негативное различие между GPS и ГЛОНАСС. Главные проблемы здесь следующие:
1) острый недостаток отечественной электронной элементной базы, предназначенной для массового недорогого производства навигационной аппаратуры пользователей ГЛОНАСС и, соответственно, производственная и экономическая зависимость от экспорта необходимых электронных компонент;
2) использование частотного разделения каналов навигационных спутников ГЛОНАСС в отличие от кодового разделения каналов, используемого в GPS, снижает эффективность использования частотного диапазона, а также требует использования более дорогой и сложной системы синтезации частот в навигационном приемнике ГЛОНАСС, что ведет к существенному удорожанию самого навигационного приемника;
3) недостаточная проработка вопросов совместимости отечественных навигационных приемников ГЛОНАСС с другими радионавигационными системами (GPS, GALILEO, COMPASS) и, главное, с дифференциальными системами
наземного и космического базирования (WAAS, EGNOS, MSAS и др.).
Для использования ГЛОНАСС в широких народнохозяйственных целях необходимо ввести в план сигналов, излучаемых спутниками ГЛОНАСС, дополнительные сигналы. Для «бытовых» приемников ГЛОНАСС использовать только кодовое разделение каналов отдельных навигационных спутников. Частотное разделение каналов необходимо и целесообразно закрыть для общего использования и предоставлять только специальным ведомствам.
Подсистемы функциональных дополнений (дифференциальные системы наземного и космического базирования) - это совокупность средств мониторинга, обработки информации, формирования корректирующих поправок и сигналов контроля целостности, а также средства передачи данных наземного и космического базирования.
На сегодня это еще одно «слабое место» ГЛОНАСС. Достижение качества навигационно-временных определений на уровне современных требований: с погрешностью не более 0,1-1 м; доступностью не хуже 0,999-0,9999, целостностью на уровне 0,999999-0,9999999995 при допустимом времени предупреждения не более 10 с - невозможно при функционировании навигационной аппаратуры пользователя в автономном режиме и может быть достигнуто только за счет использования различных функциональных дополнений ГЛОНАСС - локальных и широкозонных дифференциальных систем и сетей [4].
Однако если за рубежом уже широко эксплуатируются не только локальные, но и широкозонные дифференциальные системы (ШДС), то в России пока наиболее активно ведутся работы только по внедрению локальных морских дифференциальных подсистем ГЛОНАСС и GPS на побережье и на внутренних водных путях, а также по использованию локальных дифференциальных систем (ЛДС) в интересах геодезии, землеустройства и строительства. Получены также положительные результаты отработки авиационных локальных дифференциальных подсистем ГЛО-НАСС для посадки воздушных судов гражданской авиации [5]. Работы по созданию российской широкозонной системы дифференциальной коррекции и мониторинга (РСДКМ) разработки ФГУП РНИИ КП ведутся, однако не столь активно, как аналогичные работы за рубежом.
Таким образом, и в этой области имеется отечественный научно-технический задел. Однако здесь необходимо указать на следующие проблемы:
1) разработка и внедрение локальных дифференциальных систем - как наиболее эффективного и относительно недорогого вида функциональных дополнений ГЛОНАСС - находится исключительно в частных руках. Нет необходимой централизованной координации данных проектов и разработок в рамках единой государственной программы модернизации ГЛОНАСС и функциональных дополнений;
2) разработка широкозонной отечественной дифференциальной системы - РСДКМ ведется без учета негативного зарубежного опыта. А опыт этот показывает, что одинаково эффективная работа ШДС в пределах обширной рабочей зоны (порядка 5000-6000 км) возможна только при отсутствии гелиогеофизических воздействий, которые могут происходить достаточно часто [6]. Опыт эксплуатации американской ШДС WAAS показал, что во время мощных магнитных бурь и вспышек радиоизлучения Солнца возникают многочисленные случаи нарушений работы данной подсистемы [7-9]. По этой же причине европейская ШДС EGNOS до сих пор так и не выходит на уровень полномасштабного практического применения;
3) внешние алгоритмы контроля доступности навигационно-временных определений и целостности системы, которые реализуются с использованием дифференциальных подсистем, не учитывают непредсказуемых воздействий мощных электромагнитных помех.
В ряде отечественных и зарубежных исследований [10-12] обращено внимание на необходимость добиваться живучести навигационного обеспечения, предусматривающей, в частности, борьбу с уязвимостью аппаратуры СРНС к воздействию внешних неблагоприятных электромагнитных факторов.
Важным направлением в борьбе с уязвимостью СРНС является создание специальных средств обнаружения и подавления помех и ком-плексирование приемной аппаратуры СРНС с автономными средствами. С другой стороны, не менее необходимым представляется совершенствование систем контроля работоспособности, а также модернизация навигационной аппаратуры пользователя путем разработки и внедрения алгоритмов адаптации к воздействию помех и неблагоприятных факторов. Реализация перечисленных мер для сохранения и дальнейшего улучшения навигационных характеристик СРНС требует непрерывного мониторинга и оперативного прогноза воздействия внешних факторов, снижающих качество функционирования навигационной аппаратуры пользователя [13-15]. Поэтому при разработке
функциональных дополнений СРНС необходимо включение в их инфраструктуру и соответствующих средств, отвечающих за исполнение основных функций.
Анализ проблемы модернизации функциональных дополнений ГЛОНАСС приводит к выводу, что для России нецелесообразно использование концепции широкозонных дифференциальных систем, а следует направить основные усилия на координационные проекты по разработке локальных дифференциальных систем различного назначения с организационно-техническим объединением этих подсистем в национальную радионавигационную сеть. Наиболее целесообразно объединить такие проекты с проектами развития национальной топогеодезической сети.
Декомпозиция навигационного обеспечения подвижных средств железнодорожной инфраструктуры. Одной из задач системного анализа навигационного обеспечения транспортных объектов является декомпозиция его на отдельные горизонтальные уровни и подсистемы, установление иерархического взаимодействия между уровнями по вертикали, а также расширение представлений о механизме взаимодействий отдельных структурных элементов и всестороннее рассмотрение его свойств и качественных характеристик с целью повышения эффективности. Для частного случая применения спутниковой радионавигации ниже представлена декомпозиция навигационного обеспечения железнодорожных транспортных средств (рис. 1).
Рис. 1. Декомпозиция навигационного обеспечения железнодорожных транспортных средств
Особенность навигационно-временного обеспечения (НВО) подвижных железнодорожных единиц (локомотивов, поездов, мотовозов, автомотрис, дрезин) заключается в пролегании маршрутов их следования в районах с различным рельефом местности, экранирующими свойствами подстилающих поверхностей, уровнем застройки, наличием специальных искусственных сооружений (металлических мостов, виадуков, тоннелей, галерей), частично или полностью блокирующих прохождение радионавигационных сигналов, большим количеством источников электромагит-ных помех и широтной зависимостью точности местоопределения объектов навигации. Кроме того, текущее местоположение объекта представляется только одной координатой - вдоль железнодорожного пути.
В соответствии с решаемыми в железнодорожной инфраструктуре задачами к качеству НВО предъявляются определенные технические требования. Так, для автоматизированного управления и обеспечения безопасности движения поездов в режиме реального времени точность позиционирования должна быть не хуже 5 < 1 метра на станционных путях в ходе маневровых (горочных) работ и не хуже 5 < 4 метров на перегонах между станциями, при этом требуемая доступность и целостность должна также составлять 0,98 [16].
Однако в настоящее время системы спутниковой навигации не используются в качестве основного средства позиционирования подвижного состава в системах интервального регулирования движения поездов, поскольку имеется нестабильность характеристик НВО. Это выражается в появлении спорадических всплесков погрешности позиционирования (до 50-100 м или более [17]) или вовсе кратковременном отсутствии навигаци-онно-временной информации на выходе навигационного приемника.
Обеспечение навигационно-временной информацией подвижных единиц железнодорожного транспорта в настоящее время осуществляется средствами двух систем, ГЛОНАСС и GPS. В качестве системы координат в СРНС ГЛОНАСС используется система координат ПЗ-90 с центром осей находящихся в центре масс Земли, в GPS применяется подобная геоцентрическая система координат WGS-84 [2]. Для использования на железнодорожном транспорте спутникового НВО в приемной аппаратуре подвижных единиц производится пересчет полученных геоцентрических координат в железнодорожные линейные координаты. В целях повышения эффективности использования спутникового НВО в приемной аппаратуре железнодорожного транспорта может быть
применен алгоритм учета кривизны траектории движения [18].
Методом определения местоположения железнодорожной единицы для всех СРНС является метод поверхностей положения, основанный на геометрических свойствах пространства и находящихся в нём электромагнитный полей. Нарушение непрерывности НВО при использовании метода поверхностей положения сопряжено с возможность снижения точности позиционирования. Поэтому для железнодорожного транспорта он должен быть дополнен инерциальным или одо-метрическим счислением пути (инерциальное счисление предпочтительнее, так как имеет более высокую точность).
Модели радионавигационных сигналов должны учитывать изменения сигналов, вызванные совокупностью внутренних и внешних факторов (1):
5т1, 5, 5/'пар I, (1)
где Ь0оп - изменения, вызванные влиянием ионосферы, 5Гор - тропосферы, 5т1 - многолучевого эффекта, 5 - нестабильностью частотных характеристик навигационного спутника и 5/пар - нестабильностью частотных характеристик навигационной аппаратуры потребителя. Неучет этих влияний в моделях радионавигационных сигналов будет способствовать снижению информативности НВО потребителя.
Задачей информационно-управляющей системы является решение проблем интервального регулирования движением поездов и позиционирования на станции [19]. Для отдельно взятой подвижной железнодорожной единицы информационно-управляющей систем является совокупность унифицированного комплексного устройства безопасности и системы автоматического управления тормозами. В зависимости от модели, с помощью которой реализуется временное разграничение подвижных единиц, информационно-управляющая система может также включать различные центры обмена информацией и управления движением поездов.
Эффективность навигационного обеспечения железнодорожного транспорта зависит от результатов измерения навигационных сигналов с учетом декомпозиции всех элементов системы. Улучшение каждого из отельных элементов приводит к увеличению эффективности навигационного обеспечения железнодорожного транспорта.
Заключение
Проведенный системный анализ использования СРНС позволил выявить ряд организационных и технических недостатков в отечественной спутниковой системе позиционирования. Авторами сделаны следующие выводы:
а) для России нецелесообразно использование концепции широкозонных дифференциальных систем, а следует направить основные усилия на координационные проекты по разработке локальных дифференциальных систем различного назначения с последующим организационно-техническим объединением этих подсистем в национальную радионавигационную сеть;
б) отдельные усилия требуется приложить к разработке эффективных алгоритмов контроля доступности НВО с обязательным учетом действия ряда нерегулярно действующих негативных факторов, которые пока не учитываются в должной мере;
в) необходимо далее развивать концепцию построения единой комплексной радионавигационной системы на базе ГЛОНАСС и ее функциональных дополнений с обязательным комплексированием этих основных средств навигации с другими возможными датчиками навигационной информации.
По мнению авторов, выполнение предложенных организационно-технических мероприятий позволит значительно повысить качество предоставляемого НВО ГЛОНАСС. Ускорит интеграцию спутникового навигационного обеспечения в транспортные отрасли страны и укрепит экономическую безопасность России в современной геополитической обстановке.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Поваляев А.А. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат. М., 2008. 328 с.
2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. М. : Радиотехника, 2010. 800 с.
3. Kintner, P. M. Fading Time Scales Associated with GPS Signals and Potential Conse-quences / P. M. Kintner, H. Kil, E. de Paula // Radio Science. 2001. V. 36, N 4. P. 731-743.
4. Российский радионавигационный план // «НТЦ «Интернавигация». М., 1994.
5. Тенденции и гармонизация развития радионавигационного обеспечения [Электронный ресурс] : решение НТК от 27.06.2006 / Межгос. Совет «Радионавигация»; ФГУП НТЦ «Интернавигация» ; Рос. обществ. ин-т навигации (РОИН); Ассоц. трансп. телематики. URL:
http://www.internavigation.ru/page.phtml?p=91 (Дата обращения 02.08.2014).
6. Doherty, P. Space Weather Effects of October-November 2003 / Doherty P., Coster A. J. A, Murtagh W. // GPS Solutions. 2004. V. 8. P. 267-271.
7. Observed Solar Radio Burst Effects on GPS/WAAS Carrier-to-Noise Ration [Electronic resource] / Cerruti A.P., Kintner P.M., Gary D. E., Lanzerotti L.J., de Paula E.R., Vo H. B. // Space Weather 4. USA, 2006. S10006. doi : 10.1029/2006SW000254. URL: http://gps.ece.cornell.edu/ (Дата обращения 02.08.2014).
8. Carrano, C.S. Effects of the December 2006 Solar Radio Bursts on the GPS Receivers of the AFRL-SCINDA Network / Carrano C. S., Groves K. M., Bridgwood C. T. // Proceedings of the In-ternational Beacon Satellite Symposium, June 11-15 / ed. Doherty P. H. Boston, 2007.
9. Голубков Г. В. Голубков М. Г., Манжелий М. И. Микроволновое и инфракрасное излучения верхней атмосферы в периоды повышения солнечной активности // Доклады Академии Наук. 2012. Т. 447. № 5. С. 503-506.
10. Афраймович Э.Л. Астафьева Э.И., Гамаюнов И.Ф. Визуализация пространственно-временного распределения интенсивности вариаций ПЭС по данным фазовых измерений сигналов GPS [Электронный ресурс] // URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/254.pdf. (Дата обращения 04.08.2014).
11. Афраймович Э. Л. Гамаюнов И.Ф., Демьянов В.В. Мерцания фазы и срывы сопровождения сигналов GPS в период магнитной бури 29-31 октября 2003г. // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. тр. Всерос. НТК. Красноярск, 2004. С. 380-383.
12. Scintillations Effects on Satellite to Earth links for Telecommunication and Navigation Purposes / Y. Beniguel et al. // Annals of Geophysics. 2004. V. 47. №. 2/3. P. 1179-1199.
13. Демьянов В. В. Методика текущего контроля доступности навигационных определений пользователя GPS/ГЛОНАСС на основе данных широкозонной дифференциальной системы // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2009. Т. 52, № 3. С. 3-16.
14. Демьянов В. В., Афраймович Э. Л., Алешечкин А. М. Обеспечение требуемых навигационных характеристик спутниковых радионавигационных систем в неблагоприятных гелио-геофизических условиях // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2009. Т. 52, № 6. С. 3-27.
15. Лихота Р.В. Организационно-технические мероприятия, по повышению качества функционирования ГЛОНАСС в неблагоприятных гелио-геофизических условиях // Авиакосмическое приборостроение. 2014. № 3. С. 17-25.
16. Тони О.В., Розенберг И.Н., Альтшулер Б.Ш., Сазонов Н.В, Сарматов У.Д., Тамаркин В.М. Спутниковые технологии на железных дорогах России. М. : Дизайн. Информатика. Картография, 2008. 136 с.
17. Демьянов В.В. Лихота Р.В. Проблема контроля текущей дислокации подвижного состава средствами спутниковых радионавигационных систем // Транспортная инфраструктура сибирского региона : материалы пятой междунар. науч.-практ. конф. 31 мар.-4 апр. 2014 г. Иркутск, 2014. С. 337-341.
18. Марюхненко В.С., Мухопад Ю.Ф., Демьянов В.В., Миронов Б.М. Информационное обеспечение по-
движных транспортных средств на основе интегрированных навигационных систем. Новосибирск : Наука, 2014. 256 с.
19. Марюхненко В.С., Елгин А.А. Система обеспечения безопасности движения рельсовых транспортных средств // Транспортная инфраструктура сибирского региона : материалы второй межвуз. науч.-практ. конф. 16-18 мая 2011 г. Иркутск, 2011. С. 212-216.
УДК 656.4 Перелыгин Владимир Николаевич,
к. т. н., доцент кафедры «Теоретическая механика и приборостроение», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 638-155, e-mail: [email protected]
Антонов Александр Алексеевич, ведущий инженер аналитического отдела ЦУСИ Восточно-Сибирской дирекции инфраструктуры - структурного подразделения Центральной дирекции инфраструктуры - филиала ОАО «РЖД»,
тел. 63-99-32, e-mail: [email protected], Перелыггина Александра Юрьевна, к. т. н., доцент кафедры «Строительная механика и сопротивление материалов», ФГБОУВПО ИрГТУ,
тел. 40-51-44, e-mail: [email protected]
ПОСТРОЕНИЕ ПРОГНОЗНОЙ МОДЕЛИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ С УЧЕТОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
V. N. Perelygin, A. A. Antonov, A. U. Perelygina
BUILDING A PREDICTIVE MODELLING OF TECHNICAL SPEED RUNNING ON THE RAILWAY TAKING INTO ACCOUNT PERFORMANCE PARAMETERS
Аннотация. В статье подробно представлены результаты исследования зависимости показателей работы железной дороги. Проведена идентификация факторов, влияющих на выполнение технической скорости и определения критических значений работы дороги. На основании этих факторов произведен статистический анализ эксплуатационных показателей. Построена прогнозная модель технической скорости с применением трех видов анализа: множественная линейная регрессия, нелинейная квадратичная регрессия, нелинейная полиномиальная регрессия. Установлено, что полиномиальная модель сочетает в себе линейные зависимости общего парка вагонов и технической скорости и полиномиальные связи продолжительности задержек и технической скорости. В результате была создана математическая модель изменения технической скорости на Восточно-Сибирской железной дороге в зависимости от изменения значимых эксплуатационных показателей. В качестве показателей использованы значения наличия грузовых вагонов, ограничения скорости, локомотивный парк, допущенные задержки поездов в границах дороги и т. д.
Ключевые слова: техническая скорость, эксплуатационные показатели, общее наличие вагонов, прогнозная модель.
Abstract. The article presents the results of the research of the dependence indicators of railway operations. Identification of factors performed, affecting on the implementation of the technical speed and determine the critical values of the work of the road. Statistical analysis of the performance was made on the basis of these factors. The forecast model of technical speed constructed with the use of three types of analysis: multiple linear regression, nonlinear quadratic regression, nonlinear polynomial regression. It was established that the polynomial model combines both linear dependence of the total fleet of cars and technical speed and polynomial relation of length of delays and technical speed. The mathematical model changes of the technical speed on the East-Siberian railway was created depending on changes of meaningful performance parameters. The presence of freight wagon, speed limits, locomotive fleet, the delay of trains at the border roads have been used as indicators.
Keywords: technical speed, performance parameters, total availability of wagons, the predictive model.
Поиск параметров для прогнозной модели
В течение всего 2013 года в границах Восточно-Сибирской железной дороги сложилась напряженная ситуация, связанная с увеличением общего количества грузовых вагонов.
За 2013 год на дороге зафиксировано 71163 вагонов среднесуточно, что на 20 % больше значения, достигнутого в 2012 года (59157 вагонов). Увеличение значения данного показателя значительно влияет на бюджетные показатели дороги.
Проведем аналогию с воздушным шаром: если его надувать до бесконечности, то он лопнет. Так и с дорогой: без последствия наполнять дорогу вагонами нельзя.
При рассмотрении взаимосвязи среднесуточного общего наличия вагонов и среднесуточного значения технической скорости (рис. 1) определено, что взаимосвязь весьма высокая (значение коэффициента корреляции Ш = -0,94).
