CC BY
10
УДК 65.529
РАДКОВСКИЙ С.А., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта»)
САЦЮК А.В., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта»)
ВОЕВОДА Е.Г., аспирант (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Корреляционный анализ влияния погодных условий на рельсовые цепи
Radkovsky S.A., Candidate of Technical Science, Associate Professor (DRTI) Satsuk A.V., Candidate of Technical Science, Associate Professor (DRTI) Voevoda Y.G., Post-graduate student (DRTI)
Correlation analysis of the influence of weather conditions on track circuits
Введение
Величина каждого из первичных параметров рельсовой цепи (РЦ) зависит от свойств и состояния элементов рельсовой линии (РЛ). Изменение этих величин можно описать в виде моделей: математических выражений и схем замещений. Однако такой фактор, как влияние погодных условий, в моделях зачастую не учитывается. Это объясняется отсутствием прямой математической связи между электрическими параметрами линии и погодными условиями.
Анализ последних исследований и публикаций
В работе [1] приведены результаты исследований работы фазочувствительных рельсовых цепей в эксплуатационных условиях. Были проведены испытания в лабораторных условиях и выявлены основные причины недостаточной устойчивости работы устройства. Однако при исследовании не были рассмотрены
влияния погодных условий на работу рельсовой цепи, что будет выполнено в данной статье.
Цель работы
Используя статистические данные, установить методом корреляционного анализа функциональную зависимость работы рельсовой цепи от влияния погодных условий.
Основная часть
Для сбора статистических данных в 2020 г. за зимний период в 2,5 месяца (с февраля по апрель), а также летний период в 2,5 месяца (с июля по сентябрь) на станции Кальмиус города Макеевка Донецкой железной дороги был проведен сбор данных изменения напряжения приемника РЦ, а также температуры и влажности воздуха в этой местности. Для более точной статистики фиксация параметров производилась ежедневно в одно и то же время.
На основании собранных данных построены диаграммы напряжения,
температуры (рис. 1) и изменения влажности воздуха в городе Макеевки (рис. 2). Изменение влажности воздуха определяется как разность выборок текущего и предыдущего дня.
На рисунках 1 и 2 наблюдается схожесть двух диаграмм, что дает возможность провести статистический анализ и определить коэффициент корреляции Пирсона:
гт
ъЫТ - ти - иО
(1)
Г С =
- С1)(и1 - и,)
(2)
!Т=1(с, - с) *№=№ - и)2
где Т, - среднее арифметическое показаний температуры;
иг - среднее арифметическое показаний напряжения;
в, - среднее арифметическое показаний разности влажности воздуха;
в, - значение /-того значения изменения влажности воздуха.
/ - порядковый номер измерений; Т - значение /-того измерения температуры;
иI - значение /-того измерения напряжения
п - число испытаний.
и, В
24,5
24
23,5
23
22,5
22
21,5
21
20,5
20
Напряжение ^^"Температура
Т, °С
20
15 10
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
-10
-15
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 Выборка
Рис.1. Диаграмма данных температуры и напряжения
2
5
0
Рис.2. Диаграмма данных напряжения и изменения влажности
Согласно выражению (1), коэффициент корреляции напряжения относительно температуры
окружающей среды составляет 0,6301, а для напряжения относительно изменения влажности воздуха (2) -(-0,5618). Согласно шкале Чеддока [1], в первом и во втором случае наблюдается заметная связь. Отрицательный
где ат, ас - коэффициент, который определяется линией регрессии с осью
Щ);
коэффициент корреляции указывает на то, что между напряжением и влажностью воздуха существует обратно-пропорциональная зависимость.
В результате анализа
корреляционного поля и(Т) (рис. 3) и и(О) (рис.4), установлена линейная связь между величинами Т(1) и и(г):
(3)
(4)
Ьт, Ъс - угол наклона линии регрессии;
- отклонение вследствие других неучтенных влияющих факторов.
и(Т) = атТ + Ът + е и(£) = асС + ЪС + £
Ъ-Т
ат = г * *
ШЪ-ТУ
а с = г * _ *
- Т)2
и и ъъ Т
Ът = Ъс= — = и п
и1 - и) Ъ - й)
и, В 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
♦ ♦
****** и ♦
Т, °С
-20
-15
-10
-5
10
15
20
Рис. 3. Корреляционное поле ЩТ)
и, В
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
♦ I ♦? ♦ ♦а ♦♦
с, %
-20
-15
-10
-5
10
15
20
Рис. 4. Корреляционное поле и(О)
Таким образом, уравнение линейной регрессии будет иметь вид:
и(Т) = 0,0767 * Т + 22,595 (5)
и(в) = -0,0727 + 23,182 (6)
Модели линейной регрессии (5) и (6) определяют функциональную связь между параметрами напряжения от факторов температуры и влажности (рис. 5, 6), что позволяет производить прогноз изменения напряжения на путевом приемнике в зависимости от окружающей среды.
0
5
0
5
Рис. 5. График линейной зависимости напряжения от температуры
и, В 28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
♦♦ ♦ *
-1-1-1-1-1-1-1-1
20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
С, %
Рис. 6. График линейной зависимости напряжения от изменения влажности воздуха
Коэффициент £ в выражениях (5), (6) не учтен, потому что многие факторы, влияющие на электрические параметры рельсовой цепи, требуют отдельного детального анализа. К таким факторам относятся: атмосферное давление, скорость ветра и т.д. Такие факторы оказывают незначительные влияния и в рамках данной работы не рассматриваются.
В статье также проведен анализ зависимости напряжения от
температуры и изменения влажности воздуха в летний период года, в результате чего получены диаграммы данных (рис. 7, 8), коэффициенты корреляции и графики регрессионных зависимостей.
и, в
24,5 24 23,5 23 22,5 22 21,5 21
Напряжение Температура
т, °с
35 30 25 20 15 10 5
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 Выборка
Рис. 7. Диаграмма данных напряжения и температуры в летний период
Рис. 8. Диаграмма данных напряжения и изменения влажности в летний период
При этом коэффициент корреляции напряжения относительно температуры окружающей среды составляет 0,6378, а напряжения относительно изменения влажности воздуха (2) - (-0,5247).
Уравнения линейной регрессии будут иметь вид:
и(Т) = 0,0804 *Т + 21,949; (7)
и (в) = -0,0735 * в + 22,95, (8)
а графики линейной зависимости данных уравнений представлены на рисунках 9 и 10.
и, в
28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
10
15
20
25
30
35
т, °с
Рис. 9. График линейной зависимости напряжения от температуры в летний период
и, в
28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
с, %
-20 -15
-10
10 15
0
5
Рис. 10. График линейной зависимости напряжения от изменения влажности воздуха в
летний период
Выводы
Проделанный в работе
корреляционно-регрессионный анализ показал сильную связь факторов погодных условии: температура и влажность с напряжением на путевом приемнике. Это указывает на наличие функциональной зависимости этих величин и позволяет провести регрессионный анализ. В результате регрессионного анализа установлена функциональная связь между напряжением на путевом приемнике и температурой воздуха U(T), а также напряжением на путевом приемнике и влажностью U(G). Кроме того, сбор статистических данных в разный период времени года позволил подтвердить адекватность полученной модели: выражения (5), (6) (зимний период) и выражения (7), (8) (летний период) имеют близкие по значению коэффициенты. Это свидетельствует об актуальности полученных выражений в любой сезон года.
В целом полученная
функциональная модель может быть использована как прогнозная для построения систем автоматического регулирования напряжения на путевом приемнике.
Список литературы:
1. Общая теория статистики: Учеб. для вузов. Ефимова М.Р., Петрова Е.В., Румянцев Н.В. - М.: Инфра - М, 1996.
2. Сацюк, А.В., Устройство автоматического регулирования напряжения питания путевого приемника. Сацюк, А.В., Воевода Е.Г. Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта, №58, Донецк, 2020 г, С. 2026.
3. Арипов Н.М. Анализ станционных рельсовых цепей в системах железнодорожной автоматики и телемеханики / Н.М. Арипов, Д.Ф. Рихсиев // Energotejash va resurstejash texnologiyalar. - Москва, 2016. - С. 80.
4. Работа рельсовых цепей в условиях гололёдообразования на контактном проводе / Ю.А. Кравцов, Е.А. Воблый, Е.А. Гоман, Ю.И. Зенкович, Е.Г. Щербина // Автоматика, связь, информатика. - 2004. - №5. - С. 17-19.
5. Аркатов B.C. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / B.C. Аркатов, Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.
6. Сороко В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник / В.И. Сороко, Б.А. Разумовский. - 2-е изд., перераб. и доп. - в 2-х томах. - М.: Транспорт, 1981. - 399 с.
Аннотации:
В работе проведен корреляционный анализ влияния факторов погоды на напряжение путевого приемника рельсовой цепи. В результате анализа установлена
функциональная связь и разработана математическая модель, которая может быть применена как прогнозная, а также может быть применена для разработки автоматической системы регулирования питания на путевом приемнике. Установлено, что такое устройство позволит устранить человеческий фактор при настройке электрических параметров рельсовых цепей в условиях различной погоды.
Ключевые слова: рельсовая цепь, регулирования напряжения, автоматическая система, путевой приемник, влияния температуры, влияние влажности.
The paper presents a correlation analysis of the influence of weather factors on the voltage of the track receiver of the rail circuit. As a result of the analysis, a functional connection was established and a mathematical model was developed, which can be applied as a predictive
one, and can also be used to develop an automatic power control system on the track receiver. It has been established that such a device will eliminate the human factor when adjusting the electrical
parameters of rail circuits in different weather conditions.
Keywords: rail circuit, voltage regulation, automatic system, track receiver, temperature influence, humidity influence.
УДК 681.51
ЧЕПЦОВ М.Н., д-р техн. наук, профессор (Донецкий институт железнодорожного транспорта»)
ГЕРАСИНА И.Г., ассистент (Донецкий институт железнодорожного транспорта»)
Построение систем автоматического управления ответственными технологическими процессами
Cheptsov M.N., Doctor of Technical Science, Professor (DRTI) Gerasina I.G., Assistant (DRTI)
Construction of automatic control systems for responsible technological processes
Введение
Системы железнодорожной
автоматики и телемеханики выполняют функции по управлению движением поездов, что является ответственным технологическим процессом. В связи с этим построение таких систем должно выполнятся с соблюдением требуемого уровня безопасности [1 -2].
Анализ последних исследований и публикаций
Безопасность систем
железнодорожной автоматики (СЖАТ) обеспечивается за счет реализации соответствующей концепции, в основе которой лежит принцип безопасного элемента. Такой подход сформулирован как результат применения в СЖАТ реле специальной конструкции, имеющих несимметричную характеристику
вероятностей возникновения отказов [3]. В свою очередь при построении микропроцессорных систем стратегии безопасного поведения применяются совместно со стратегиями
отказоустойчивости. Если при возникновении отказов система исчерпала резервные возможности и в результате деградации и
реконфигурации перестала быть отказоустойчивой, то при появлении еще одного отказа она должна необратимо перейти в защитное состояние (отключенное от объектов управления) [4-6].
Анализ современных систем микропроцессорных централизаций (МПЦ) показывает, что для обеспечения соответствия нормативным документам [7] основным методом обеспечения функциональной безопасности является применение структурной избыточности. Такой подход характерен для
