Информационный подход к повышению безопасности движения на железнодорожных переездах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЯК1СТЬ, НАДШШСТЬ I СЕРТИФ1КАЦ1Я ОБЧИСЛЮВАЛЬНОÏ ТЕХН1КИ I ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

УДК 621.3.019.3

А.В. ФЕДУХИН*, Ар.А. МУХА*

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕЕЗДАХ

Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, Украина_

Анотаця. Стаття присвячена проблемi забезпечення безпеки руху на зал1зничних перег'здах. Розг-лянуто тформацтний nidxid у напрямку тдвищення безпеки руху та наводиться опис базового eapiaHma виконання контрольночнформа^йног системи для залiзничниx переïздiв «Благовiст 1.0». Ключовi слова: тформацтний пiдxiд, залiзничний перег'зд, шляховий датчик, радiоканал, тформа-цтне табло, контролер.

Аннотация. Статья посвящена проблеме обеспечения безопасности движения на железнодорожных переездах. Рассмотрен информационный подход в направлении повышения безопасности движения и приводится описание базового варианта исполнения контрольно-информационной системы для железнодорожных переездов «Благовест 1.0».

Ключевые слова: информационный подход, железнодорожный переезд, путевой датчик, радиоканал, информационное табло, контроллер.

Abstract. The article deals with traffic safety at railway crossings. An information approach towards improving traffic safety and a description of the basic embodiment of control of the information system for the railway crossings "Blagovest 1.0" was regarded.

Keywords: information approach, railway crossing, track gauge, radio channel, display board, controller. 1. Введение

Пересечения железнодорожных путей и автомобильных дорог в одном уровне являются наиболее сложными и опасными элементами транспортной сети и оказывают существенное влияние на эффективность эксплуатации автомобильного и железнодорожного транспорта в целом. Проблема железнодорожных переездов является актуальной для всех про-мышленно развитых стран. Эти пересечения характеризуются непроизводительными простоями автотранспорта, но наиболее острой проблемой продолжают оставаться дорожно-транспортные происшествия (ДТП) на переездах, в том числе с особо тяжкими последствиями.

Несмотря на то, что аварийность на железнодорожных переездах с каждым годом уменьшается, статистика подобных происшествий всё ещё потрясает своей масштабностью. Ничем не оправданные ДТП регулярно происходят то в России, то в Украине.

Для начала приведём лишь несколько фактов и цифр, касающихся самых тяжёлых ДТП. 26 сентября 1996 г. на переезде в Ростовской области РФ произошло столкновение автобуса с тепловозом, что привело к гибели 21 человека (в том числе 19 детей) и увечью 18 человек. Это была самая крупная авария на железнодорожных переездах со времён распада СССР. В октябре 1997 г. на железнодорожном перегоне Самаровка - Новомосковск (Украина) произошло столкновение грузового автомобиля ГАЗ-66 с пригородным электропоездом. В результате 18 пассажиров автомобиля погибли. Июнь 2005 года, Украина. На переезде у села Новосёловка Одесской области произошло столкновение автобуса ЛАЗ-699Р с грузовым железнодорожным составом. Погибло 14 человек, восемь травмировано. Январь 2006-го, Краснодарский край РФ. На неохраняемом переезде перегона Варилка -

© Федухин А.В., Муха Ар.А., 2015 145

ISSN 1028-9763. Математичш машини i системи, 2015, № 4

Усть-Лабинская автобус КАВЗ с рабочими ОАО «Кубаньстандарт» попал под электропоезд. 20 пассажиров и водитель погибли на месте, шесть человек получили травмы разной степени тяжести. Июнь 2006 года, Воронежская область РФ. На перегоне Россошь - Лиски автобус столкнулся с поездом. На месте погибли шестеро, увечья разной тяжести получили 12 человек, в том числе двое детей. В 2010 г. в Марганце Днепропетровской области (Украина) произошла самая масштабная за годы независимости Украины по количеству жертв катастрофа. Произошло столкновение автобуса с локомотивом на нерегулируемом переезде. В ДТП погибли 45 человек. Во всех перечисленных ДТП виноваты водители, проигнорировавшие правила пересечения железнодорожных переездов. В результате проблема аварийности на железнодорожных переездах приобретает общегосударственные масштабы в каждой из стран СНГ, особенно в России и Украине, которые лидируют по количеству ДТП на переездах.

Следует проанализировать ситуацию на предмет того, кто больше склонен к нарушению ПДД при пересечении железнодорожных переездов по возрастным категориям водителей. Наиболее точные статистические данные можно почерпнуть не у автоинспекторов, а у железнодорожников. Но если сопоставить статистику обеих структур и свести их в одно целое, то картина получится далеко не радужная: 33% в возрасте от 30 до 40 лет, 28% в возрасте от 20 до 29 лет и 21% в возрасте от 41 до 50 лет. Примерно такое же соотношение возрастных категорий виновников ДТП на железнодорожных переездах в Украине, что вполне очевидно: отношение водителей к ПДД, игнорирование ими элементарных норм безопасности в обеих странах одинаковое.

В основном к авариям на переездах приводит неверное оценивание дорожной ситуации водителем. Их невнимательность, беспечность и не оправданная в таких случаях торопливость имеют необратимые последствия. И хотя всем участникам дорожного движения прекрасно известно, что железнодорожный грузовой состав - не автомобиль, что ему для экстренного торможения требуется от 800 до 1 тыс. метров, пресловутое «авось проскочим» у многих в приоритете. Скоростные поезда, мчащиеся со скоростью более 100 км/ч, не такие тяжёлые, но их тоже сразу не остановить перед переездом. В таких случаях локомотив разрывает легковой автомобиль на части, а автобусы и грузовики отбрасывает на десятки метров, превращая их в груду металла. В Украине на скоростных участках движения переезды в лучшем случае имеют охраняемые посты, оборудованные сигнализациями или двухсторонними автоматическими шлагбаумами (АТТТ) (на которые перед прохождением скоростного поезда дежурный переезда вешает навесной замок во избежание открытия их водителями) и автоматической переездной сигнализацией (АПС). В этом случае приходится рассчитывать лишь на бдительность дежурных и сознательность водителей, но многих участников движения не останавливают ни преграждающий дорогу шлагбаум, ни красный сигнал светофора, ни включённая сигнализация. О ситуации на неохраняемых украинских переездах можно и не говорить, поскольку экстремальность ситуаций там граничит со смертельной опасностью. Именно там происходит наибольшее количество ДТП.

Статистика железнодорожных происшествий свидетельствует о том, что в 98 % случаев последствия аварий на переездах с участием автотранспортных средств (АТС) лежат на совести водителей, которые нарушают правила безопасности в зоне функционирования железнодорожного транспорта. Оснащённость железнодорожных переездов Украины в процентном соотношении имеет следующее распределение: 49% переездов без дежурных, но оснащенных сигнализацией, 26% переездов без дежурных, но неоснащенных сигнализацией, и 25% переездов, управляемых дежурными. Сегодня в Украине имеется около 6 тыс. железнодорожных переездов, из них только 30% оборудованы автоматическими шлагбаумами. А вот порядка 1500 одноуровневых развязок вообще не оснащены какой-либо автоматикой или сигнализацией. Там в наличии лишь предупреждающие до-

рожные знаки о переезде, которые с регулярной периодичностью приходится обновлять по причине их повреждения вследствие актов вандализма.

В целях обеспечения безопасности движения Министерством инфраструктуры Украины совместно с украинской железной дорогой была разработана концепция Государственной целевой социальной программы повышения безопасности на железнодорожных переездах на участках с интенсивным движением поездов, которая предполагала ликвидацию пересечений автомобильных и железнодорожных путей в одном уровне на протяжении 2012-2016 гг. На реализацию данной программы, по предварительным подсчетам железнодорожников, необходим 1 млрд грн, но в госбюджете Украины средства на данные цели не предусмотрены, да и сама программа пока так и не принята.

В данный момент железнодорожники самостоятельно финансируют и производят все работы по приведению переездов к требованиям действующих нормативов, реализуя свою отраслевую программу «Обеспечение безопасности движения на железнодорожных переездах на 2011-2015 годы» [1].

2. Информационный подход к обеспечению безопасности

Решение проблемы аварийности требует концентрации усилий руководителей и специалистов в сфере железных дорог, автомобильного и дорожного хозяйств, сотрудников подразделений дорожно-патрульной службы, общественных организаций на всех уровнях управления. Успех в решении данной проблемы зависит также от активного участия науки в деле разработки и реализации современных технических решений в области предупреждения аварийности на переездах. Работа в этом направлении должна вестись с учетом изменяющихся условий эксплуатации переездов, а точнее - с учетом повышения интенсивности движения транспортных средств на том или ином участке автомобильных дорог и железнодорожных путей [2].

Предупреждение аварийности на железнодорожных переездах должно осуществляться на основе подготовки новой и пересмотра действующей нормативно-технической документации, путем разработки и внедрения на переездах новых технических средств обеспечения безопасности с использованием новой элементной базы.

Поиском решений в данной области занимаются сотрудники Института проблем математических машин и систем НАНУ [3-5]. Целью этой статьи является ознакомление специалистов с одной из разработок института в области обеспечения безопасности движения через железнодорожные переезды.

Примером повышения безопасности движения по пешеходным переходам в городе есть установка информационного табло, показывающего время, оставшееся до включения зеленого света светофора для автотранспортного средства (АТС) и запрета движения пешеходов через пешеходный переход. На некоторых пешеходных переходах дополнительно с отсчетом времени включается акустическое сопровождение для лиц с пониженным зрением и слепых. Исследованиями установлено, что такая недорогая информационная система позволяет сократить количество дорожных происшествий по вине пешеходов более чем на 20% [6].

Анализируя аварии на переездах, причинами которых являются объезды автомобилями АШ или выезды на пути перед поездом, в случае переезда при необорудованном АШ, неизбежно возникает вопрос: «Произошла бы такая авария, если бы водитель АТС знал, откуда приближается поезд, с какой скоростью он движется и сколько придется ждать, пока откроется переезд?» Отвечая на этот вопрос, с большой долей уверенности можно утверждать, что если бы водитель имел эту информацию, то у него бы хватило выдержки дождаться открытия переезда.

Опрос участников дорожного движения по железнодорожным переездам показал, что почти 70% водителей автотранспорта поддерживают идею внедрения систем инфор-

мирования водителя, которые предоставляют информацию в отношении поездной ситуации в зоне переезда. Данная идея нашла поддержку не только среди водителей, но и в Государственной автомобильной инспекции Украины, а также в ведущем высшем транспортном научно-образовательном заведении Украины - Национальном транспортном университете (г. Киев).

Основным преимуществом предлагаемого решения для железнодорожного транспорта является то, что эти контрольно-информационные системы для железнодорожных переездов (КИСЖП):

• являются дешевыми современными средствами, позволяющими повысить безопасность движения АТС по переездам;

• они являются автономными, не требуют схемной увязки с действующими системами АПС и АШ;

• могут устанавливаться на переездах любых имеющихся типов и при любых видах тяги и системах АПС.

• на них не распространяются требования по функциональной безопасности, предъявляемые к системам железнодорожной автоматики, которые связаны с обеспечением безопасности движения поездов.

Все это дает возможность широкого внедрения такого рода систем на железнодорожном транспорте Украины.

3. Требования к контрольно-информационным системам

Основные функции:

1. Своевременное информирование с использованием информационного табло (ИТ) водителей АТС, которые движутся через переезд, о поездной ситуации в зоне переезда, в частности, о:

• занятости участка приближения к переезду;

• направлении движения поезда;

• скорости движения поезда;

• оставшемся времени до проследования поезда через переезд (обратный отсчет с учетом переменной скорости движения поезда);

• освобождении участка приближения к переезду;

• других обстоятельствах на переезде (например, ремонтных работах) в виде информационной бегущей строки.

2. Контролируемая скорость движения поезда до 200 км / ч и выше.

3. Предел дальности контроля движения поезда до 2,5 км.

4. Расстояние надежного восприятия видеоинформации на ИТ с транспортного средства от 1 до 50 м.

5. Температура окружающей среды эксплуатации от - 30и С до + 60и С.

6. Автономное электропитание от аккумуляторной батареи с подзарядкой от солнечной батареи или от промышленной сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

7. Использование энерго- и материалосберегающих технологий (электроэнергия, кабельная продукция и др.).

8. Влаго-, вибро- и антивандальная устойчивость исполнения оборудования.

9. Самоконтроль работоспособности и автоматический переход в защитное состояние при отказе аппаратуры.

10. Возможность эксплуатации на переездах любых имеющихся типов и при любых видах тяги.

Дополнительные функции:

1. Объективный аппаратный контроль свободности зоны переезда и формирование предупредительной информации об аварийной ситуации на переезде на ИТ.

2. Видеонаблюдение и видеопротоколирование состояния зоны переезда во время движения поезда.

3. Передача информации об аварийной ситуации на переезде в систему диспетчерского контроля (СДК) и службу Министерства чрезвычайных ситуаций (МЧС).

4. Использование технических возможностей информационной бегущей строки на ИТ в рекламных целях.

4. Контрольно-информационная система «Благовест 1.0»

Система «Благовест 1.0» имеет базовую комплектацию (без дополнительных функций) и является наиболее бюджетной системой серии «Благовест». В модификации для однопутного пути с двусторонним движением система «Благовест 1.0» (рис. 1) содержит в своем составе два счетных пункта (СП), которые размещаются на удалении от переезда, что обеспечивает достаточное время для своевременного оповещения участников движения на переезде.

ПД1 ( ПД2

СБ РМ1

СП1

■А

\ /

ПД5

ДПД6

ПДЗ^4—^ ПД4

/ \

ЦП

РМ2 СБ

К источнику 220 В

Рис. 1. Структурная схема системы «Благовест 1.0»

СП включает в себя два путевых датчика (ПД), схему счета осей (^О), радиомодем (РМ) для передачи информации на центральный пункт (ЦП) по радиоканалу. Для повышения устойчивости от электромагнитных помех СП имеет автономное электропитание от аккумуляторной батареи с подзарядкой от солнечной батареи (СБ) или питание от источника переменного тока 220В (в зависимости от условий размещения оборудования).

ЦБ управляет работой двух светодиодных ИТ (рис. 2): по одному с каждой стороны переезда. ИТ используются для информирования водителей транспортных средств и пешеходов на переезде о приближении поезда, времени, оставшегося до его проследования через переезд, скорости и направлении движения. ИТ должны устанавливаться над переездом с каждой стороны в зоне прямой видимости для водителей АТС. ИТ выполняется с учетом требо-

ваний влагозащиты ip67 и построено на базе сверхъярких светодиодов марки Cree, что позволяет достичь максимальной видимости на значительном расстоянии даже при дневном освещении.

Центральный пункт обеспечивает:

• прием данных по радиоканалу связи от СП;

• обработку информации, получаемой от СП;

• передачу информации по проводному каналу связи на ИТ.

Примечание. Данные о скорости движения поезда и оставшемся времени проследования его через переезд, отображаемые на ИТ, постоянно корректируются в реальном времени с учетом неравномерности движения поезда.

ЦП располагается или в типовом напольном шкафу в зоне переезда совместно с оборудованием системы железнодорожной автоматики, или в индивидуальном специальном шкафу, или в корпусе ИТ.

Счетный пункт обеспечивает:

• отслеживание продвижения поезда методом подсчета числа осей, проходящих в зоне контроля путевых датчиков;

• определение скорости и ускорения движения поезда;

• определение направления движения поезда;

• передачу информации по радиоканалу связи на ЦП.

СП располагается в металлическом шкафу на типовой мачте, используемой для напольных светофоров, на которой также устанавливаются антенна и панели солнечной батареи (в зависимости от вида электропитания).

В системе используются путевые датчики прохождения колеса отечественного производства ДПД-03 ООО «ДСКТБ СКАТ» (рис. 3). Эти датчики имеют ряд преимуществ, проверены в разных условиях эксплуатации на магистральном транспорте в Украине и при этом обладают приемлемой стоимостью. Датчики имеют несколько чувствительных элементов, которые выдают циклограмму прохода колеса (рис. 4), что позволяет фиксировать скорость подвижного состава и направление его движения, а также осуществлять контроль целостности цепей питания датчика.

Y, [Напряжение, В]

3.702 -

2.923

0.970 0.197

X, [Время, сек]

Рис. 4. Циклограмма сигнала на выходе датчика при прохождении колеса поезда

Рис. 3. Путевой датчик контроля прохождения колеса поезда

Также в системе используется устройство обработки сигналов, которое обеспечивает стабилизацию сигнала с датчиков и формирует устойчивость к электромагнитным помехам от проходящего электротранспорта.

Связь между ЦП и СП организована на базе РМ типа XBee PRO S2bc (рис. 5) с дальностью действия до 3000 м в комплексе с антенной 25+дБм, модуль работает в свободном диапазоне частот 2,4-2,4835 ГГц (рис. 6). Такой выбор позволяет использовать 128-битное AES-шифрование при передаче данных и привязку к Мас-адресам устройств.

Рассмотренный информационный подход в направлении повышения безопасности движения по железнодорожным переездам позволяет при минимальных затратах времени и средств повысить безопасность движения автомобильного транспорта по железнодорожным переездам за счет повышения информированности всех участников движения о направлении движения поезда, его скорости и оставшемся времени до начала движения по переезду. Предлагаемый подход реализован в виде радиомикропроцессорных систем серии «Благовест» и получил поддержку в департаменте Автоматики, телемеханики и связи Государственной администрации железнодорожного транспорта Украины "Укрзал1зниця", в департаменте Государственной автомобильной инспекции МВД Украины и Национальном транспортном университете МОН Украины. Ожидаемая эффективность от внедрения систем этой серии определяется сокращением количества аварийных ситуаций на переездах и составляет порядка 50% и более.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. http://censor.net.Ua/n 184715.

2. http://rostransport.com/transportrf/pdf/35/47-50.pdf.

3. Федухин А.В. Новый подход к автоматизации переездов на железнодорожном транспорте / А.В. Федухин, А.В. Гладков, Ар.А. Муха // Математичш машиш 1 системи. - 2011. - № 3. - С. 135

4. Федухин А.В. Радиомикропроцессорная гарантоспособная система автоматической переездной сигнализации на железнодорожном транспорте / А.В. Федухин // Математичш машини { системи. -2013. - № 1. - С. 157 - 162.

5. Федухин А.В. Беспроводные микропроцессорные системы для железнодорожных переездов серии «Благовест» / А.В. Федухин, Ар.А. Муха // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2015. - № 2. - С. 1 - 5.

6. http://www.gibdd.ru/news/federal/1360519.

Рис. 5. Радиомодуль XBee PRO S2b

Рис. 6. Антенна 2.4GHz 25dbi

5. Выводы

- 141.

Стаття надШшла до редакцИ 19.10.2015