CC BY
32Приёмопередающая станция (BTS) осуществляет радиосвязь в определённой области. Контроллеры (BSC) управляют каналами, кодируют и декодируют, модулируют и демодулируют информационные сигналы, могут регулировать последовательность и скорость передачи данных. Система GSM-R с применением групповых (VGCS-Voice Group Call System) и циркуляционных (VBS-Voice Broadcast system) вызовов могут оказывать дополнительные услуги. Механизм приоритетов (eMLPP- Multi -Level Precedence and Pre-emption Service) может обеспечить до 5 приоритетов, т.е. от нуля до четырёх. Для экстренных вызовов можно использовать 0 приоритет.
Интегрированная европейская система железнодорожной радиосвязи (EIRENE ^особна обеспечить множество сервисов, совместимость при эксплуатации и широкополосность передачи данных по частоте. Групповые каналы этой системы содержат пять классов вызова: обычный
PIP Call(Point-to-Point Call); групповой вызов VGCS (Voice Group Call System); режим вещания VBS (Voice Broadcast System); экстренный вызов по движению поездовИЕС (Railways Emergency CaИ);экстренный вызов по эксплуатации SEC (Shunting Emergency Call) [11].
Выводы:
1. Увеличение пропускной способности железнодорожных путей и уменьшение стоимости перевозок возможно только с применением сетей GSM-
R;
2. Система управления ERTMS даёт возможность управлять движением поезда в кабине машиниста.
Список литературы
1. М. А. Шнепс - Шнеппе, Н.О. Фёдорова, Г.В. Суконников, В.П. Куприяновский, Цифровая железная дорога и переход от сети GSM-R к LTE-R и 5G-R - состоится ли он? / International journal of Open Information Tehnologies - 2017 T1 - №1. С 7179
2. М. А. Шнепс - Шнеппе, О перспективах сети GSM-R для цифровой железной дороги / International journal of Open Information Tehnologies - 2016 T4 - №12. С 47 - 52.
3. Подвижная связь 5G / П.А. Плеханов, Д.Н. Роенков // Автоматика, связь, информатика. 2019. № 5. С. 8-12.
4. GSM-R - единый стандарт железнодорожной связи / Свичинский Е. // Беспроводное технологии. 2013, - №3. С. 32-38.
5. Мобильная сеть GSM-R - основа цифровой железной дороги / М. А. Шнепс - Шнеппе, В.П. Куприяновский // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2016, -№ С. 222-234.
6. О судьбе железнодорожной сигнализации GSM-R / М. А. Шнепс - Шнеппе, В.П. Куприяновский, Д.Е. Намиот // International Journal of Open Information Technologies, 2019, - №7. С 5359.
7. Пропускная способность и экономика цифровой железной дороги при трансформации сигнализации и управления поездами / В.П. Куприяновский, П.В. Куприяновский, Н.О. Фёдорова, Г.В. Суконников, О.Н. Дунаев, Д.Е. Намиот // International Journal of Open Information Technologies, - 2017 - №3. С 117-132
8. Цифровая железная дорога - инновационные стандарты и их роль на примере Великобритании / Д.Е. Николаев, В.П. Куприяновский, Г.В. Суконников, Н.А. Уткин, Д.Е. Намиот, Д.И. Ярцев. International Journal of Open Information Technologies, - 2016 - №10. С 55-61.
9. Системы радиосвязи высокоскоростного железнодорожного транспорта / Д.Н. Роенков, П.А, Плеханов, В.В. Шматченко // Бюллетень результатов научных исследований - 2017 - №3. С 57-68.
10. Основные требования к организации радиосвязи на высокоскоростной магистрали / Д.Н. Роенков, П.А, Плеханов, В.В. Шматченко, В.Г. Иванов // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике - 2015 - №2 (57). С 49-52.
11. Расширение функциональной полноты и требований безопасности к поездной радиосвязи при переходе с аналоговых на цифровые технологии / / Д.Н. Роенков, П.А, Плеханов, В.В. Шмат-ченко, В.Г. Иванов, П.Н. Ерлыков // Бюллетень результатов научных исследований - 2015 - №3. С 6171.
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ
СВЯЗИ
Курбанов Ж. Ф.
Доктор технических наук, доцент Ташкентского Государственного Транспортного Университета
г. Ташкент, Узбекистан Колесников И.К.
Доктор технических наук, профессор Ташкентского Государственного Транспортного Университета
г. Ташкент, Узбекистан Яронова Н.В.
Кандидат технических наук Ташкентского Государственного Транспортного Университета
г. Ташкент, Узбекистан
FUNDAMENTALS OF THE DIGITAL AND INTELLIGENT RAILWAY COMMUNICATION
SYSTEM
Kurbanov J.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan Kolesnikov I.
Doctor of Technical Sciences, Professor Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan Yaronova N.
PhD in Technics Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan
Аннотация
Статья посвящена особенностям GSM-R, как основой для организации цифровой системы радиосвязи на железной дороге, для применения Европейской интегрируемой радиосвязи (EIRENE) для железных дорог Узбекистана. Показана роль GSM-R для взаимодействия цифровой радиосвязи с европейской интегрируемой системой для расширения функций железнодорожной радиосвязи и безопасного движения высокоскоростных поездов.
Abstract
The article is devoted to the features of GSM-R, as a basis for organizing a digital radio communication system on the railway, for the application of the European Integrated Radio Communication (EIRENE) for the railways of Uzbekistan. The role of GSM-R for the interaction of digital radio communication with the European integrated system for expanding the functions of railway radio communication and safe movement of high-speed trains is shown.
Ключевые слова: цифровая железная дорога, стандарт GSM-R, радиосвязь, функциональная возможность.
Keywords: digital railway, GSM-R standard, radio communication, functionality.
Актуальность. Применение стандарта GSM-R необходимо для увеличения пропускной способности железнодорожных узлов, надежности функций радиосвязи, помехозащищенности, а также функциональных возможностей для передачи не только речевых сообщений, но и данных. В связи с этим необходимо пересмотреть задачи и их содержание для цифровой железнодорожной радиосвязи. Поэтому применение GSM-R для цифровой связи железной дороги является актуальной задачей.
Цель работы. Показать преимущество стандарта GSM-R и его совместимость с ERTMS UIC c ERA.
Рассмотрим некоторые возможности стандарта GSM-R. Этот стандарт беспроводной связи основан на стандарте GSM. Внедрение стандарта GSM-R позволит увеличить некоторые функции передачи данных при коммерческих технологиях нужд железной дороги Узбекистана. Внедрение этой технологии позволит устанавливать связь между поездом и пунктом управления, а также связь машинист - диспетчер и специалистами в формате конференции (групповые звонки). Применение GSM-R позволит передавать данные ETCS. Европейский проект интегрированной железнодорожной радиосвязи с улучшенными сетями вместе с MORANE (мобильной радиосвязи для железнодорожных сетей в Европе) дает возможность функционально применять радиосвязь на высокоскоростных железных дорогах (до 500км/ч).
Особенностью данной системы: установление радиосвязи поезд - машинист; осуществление конференции звонков с применением топологии точка-точка; возможность автоматически управлять поездами; установления уровня приоритетных звонков; возможность дистанционно управлять поездами; осуществление технического обслуживания пути и наличие железнодорожного аварийного вызова. Цифровая передача информации с помощью GSM-R позволяет заменить все проводные системы и аналоговые сети тем более, что она способна передавать речевые сигналы и осуществлять передачу информации. GSM-R осуществляет функции групповых вызовов (VGCS) и вещания (VBS), локализованные вызовы и прерывания в случае возникновении сбойных ситуаций и отсутствие ресурсов. Он также способен для уровня 2 и 3 ETCS передавать информацию о железнодорожных сигналах машинисту, что даёт возможность организовать движение поездов с более высокоскоростное движение поездов, и оптимизировать трафик движения при сохранении безопасности. Около тридцати восьми государств выбрали GSM-R, так как он совместим с проектом ERTMS.
UIC вместе с ERA (ответственным за функциональную совместимость). Требование ко времени установления соединения для стандарта GSM-R представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Время установления соединения GSM-R_
Тип вызова Время установления соединения, с
Вызов при аварийных ситуациях <2
Вызов машиниста от диспетчера или дежурного <5
Групповые вызовы между машинистами в одной и той же зоне <5
Все оперативные вызовы с мобильного терминала машиниста на терминал дежурного или диспетчера <5
Вызов составитель - машинист и машинист - составитель <5
Вызов составитель - дежурный и дежурный - составитель <7
Все оперативные вызовы со стационарного терминала на мобильный и с мобильного на стационарный, не относящиеся к вышеуказанным <7
Все оперативные вызовы с мобильного терминала на мобильный, не относящиеся к вышеуказанным <10
Все вызовы с низким приоритетом <10
Вызовы составитель - машинист и машинист - составитель и вызовы составитель - дежурный и дежурный - составитель после первичного установления связи в специальном режиме оперативной работы <2
Обмен сообщениями в GSM-R может осуществляться не по симплексному каналу, одному для всех абонентов, а по дуплексному каналу для организации индивидуальных соединений. Возможна также организация групповых дуплексных и полудуплексных соединений. Применение европейского проекта EIRENE значительно повышает оперативность и надежность речевых соединений и повышает качество речи.
Число свободных блоков определяется расстоянием между поездами. GSM-R снабжен новым методом контроля движения поездов CBTC (Communication Based Train Control). В этой системе число перемещающихся блоков (Moving block signaling) определяет расстояние между поездами. При этом возникает возможность управления безопасностью движения поездов друг за другом. Экономическая выгода системы заключается в том, что многие элементы аналоговой системы передачи становятся ненужными [1].
GSM-R может предоставляет не только услуги голосовой связи и сигнализации, но и имеет в своём активе новые приложения, такие, как мониторинг грузов, видеонаблюдение поездов и железнодорожных станций, что обеспечит дополнительные услуги для пассажиров.
Всю систему GSM-R можно разделить на подсистемы: бортовые, станционные, центра управления. Каждой подсистеме определены решения различных задач. Для центра управления определена задача регулировки порядка следования подвижного состава; бортовым устройствам- контроль за движением поездов; стационарным- выполнения задач контроля стрелок и подходов к платформам и переездам.
Подсистемы имеют доступ к радиосвязи для взаимодействия друг с другом. Для безопасности
работ подсистем сформирована единая база данных. Работа подсистем с единой базой данных позволяет сохранять всю информацию. Она содержит, как топологические сведения (модель линии, местонахождения стрелок и переездов), так и данные допустимых скоростей и адресацию радиосвязи.
Соты сети GSM-R расположены вдоль железнодорожного полотна или на самой станции. В каждой соте расположены радиопередающие и приемные устройства. Обеспечение интерфейса с другими сотами станций соединением для связи базовая станция - центр управления (MSC). Каждый контроллер имеет номер сот. На рисунке 1 представлена схема устройств GSM-R.
Оно включает в себя: OCR(Group Call Register)- регистра группировки вызовов; SMS(Short Message Service)- службы коротких сообщений; VMS(Visitor Management Server)- сервера управления перемещений; OSS(Operation System Server)-сервера центра управления; SCP- пункта управления услугами связи; IN(Intelligent Network)- интеллектуальной сети; PABX(Private Automatic Branch Exchange)- автоматический коммутатор выделенных каналов. Существует взаимосвязь между подвижной станцией и центром обслуживания, в которые входят интерфейсы сети GSM-R. Взаимосвязь центра обслуживания - подвижной станции составляют интерфейсы GSM-R (PSTN PDN, ISDN), которые входят в общую сеть. Непрерывность связи обеспечивает коммутирующая станция, при перемещении подвижной станции от одной соты, к другой. Движение составов поездов по пересеченной местности приводит к потерям связи из-за доплеровского эффекта, многолучевым распространением радиоволн и теневого эффекта. Для предотвращения потерь связи в GSM-R принято блочное кодирование [2].
Рис. 1. Устройства GSM-R
Мобильные приложения и стационарные терминалы GSM-R снабжены системой поддержки принятия решения (СППР), которая обеспечивает путевым бригадам принимать лучшие решения возникающих проблем. Эта интеллектуальная система позволяет разобраться в сложных ситуациях и подсказать неожиданные ответы. Источники этих систем могут работать от солнечных батарей, которые снижают расходы на топливо, облегчают установку и эксплуатацию этих системе. В иностранной литературе система СППР получила название Decision Support System (DSS).Система (DSS) решает задачи помощи для составления моделей и выбора методов; формирования критерий в постановке задач; выполняет расчеты и выдает результаты; восстанавливает решения прошлых принятых результатов
и их последствия. В настоящее время появились СППР третьего поколения, обладающие новыми вычислительными моделями, в которых используются биологические процессы, такие, как нейронные сети, нечеткая логика, генетические алгоритмы. В научной литературе их объединяют в «мягкие вычисления». Эти сети используются для построения диалоговых систем человек- машина. Модель СППР представлена на рисунке 2.
Модель СППР использует искусственные нейронные сети, которые представляют простой процессор, основанный на работе клетки коры головного мозга. На рисункеЗ показана связь между искусственной и естественной нейронной систем.
Рис. 2. Модель СППР
Рис. 3. Взаимосвязь нейронных сетей а) естественной; б) искусственной
Математическая модель искусственного нейрона изображается некоторой функцией Д^), где S- представляет собой аргумент, то есть совокупность всех входных сигналов. Результирующее значение выводится на единственный выход.
В искусственной нейронной системе существуют входной, выходной и скрытый слои, которых могут быть несколько. Структура нейронных центров показана на рисунке 4.
Входы
Нейтроны второго Нейтроны первого скрыт°г° сл°я скрытого слоя Рис. 4. Структура нейронных центров
Выходы
Нечеткая логика (fuzzy logic), представляющая булевую логику, может применяться в логических задачах. Она позволяет оперировать не только нулями и единицами, но и промежуточными значениями [3].
В систему СППР входят следующие элементы: мобильный терминал; стационарный, устанавливаемой на железнодорожной станции; мобильный терминал внешней линии передачи. Схема системы СППР показана на рисунке 5.
Железнодорожная станция
Стационарный элемент
Подсистема информирования
Рис. 5. Схема системы СППР
Линия передачи (ЛПР), находящаяся в месте возникновения чрезвычайной ситуации, с помощью мобильного терминала передает параметры о сложившейся обстановки. Станционный элемент мобильной сети GSM- R получает информацию о чрезвычайных происшествиях в виде SMS сообщений, а также рассылает кодированную информацию на мобильный интервал внешним ЛПР. Мобильные терминалы декодируют информацию.
Стационарный элемент СППР состоит из: стационарного элемента 1, интерфейса для получения информации 2, интерфейса беспроводного канала для приема и передачи информации GSM- R. Интерфейс приема и передачи подключают к автоматизированному рабочему месту 5,6,7. Эта структура подключений показана на рисунке 6.
Рис. 6. Структурная схема стационарного СППР
Схема подключения элементов СППР с применением GSM- R показана на рисунке 7. На схеме внесены следующие обозначения:
1-стационарный СППР; 2- интерфейс получения информации; 3-интерфейс передачи данных; 4-интерфейс приема и передачи системы; 5- входной блок; 6- модуль нейронной системы; 7- модуль общих блоков; 8- подсистема искусственной нейронной системы; 9- общий блок выходной; 10- блок настройки искусственной нейронной системы; 11-блок, в который входят три искусственной нейронной системы 17,18.19; 12- блок оценки метеорологической обстановки; 13- блок поиска решения нейронного терминала действия;14- блок информи-
рования внешних ЛПР; 15- блок поиска подпрограмм; 16- блок формирования и выдачи рекомендуемых действий; 17- блок, определяющий наличия химически опасных элементов; 18- блок, определяющий взрывчатые материалы; 19- блок определяющий нефтеналивные вагоны; 20- блок содержащий информацию нейронного терминала дей-ствий;21- блок хранения сценария информирования; 22- блок подпрограммы расчетных методик; 23 блок декодирования SMS сообщений; 24- блок кодирования; 25- блок приема и передачи; 26- блок генерации интеллектуальных систем; 27- блок безопасности движения; 28- блок тестирования [4].
2
Пол учеН
26
©
28
1
Ручной ввод данных
ие сведении от систем
Получение сведе местах ЧС
к:
10
17
11 18
19
12
п
13
0
14
CT
15
В
16
Инфор _ДД
23
Декодирование SMS 8 Кодирование SMS Сообщени и Сообщений
мирова второ
Передача сис
ние внешних го уровня
24
25
3
,анных о ЧС в тему
7
6
9
5
нии о
—
Рис. 7. Структура стационарного элемента СППР
Выводы:
1. GSM-R обеспечивает безопасную и надежную сеть железнодорожной связи.
2. GSM-R- интегрируемая и взаимозаменяемая с другими системами связи.
3. GSM-R - основа интеллектуальной системы связи на железной дороге в виде нейронной сети.
Список литературы
1. Шнепс - Шнеппе М.А., Куприяновский В.М., Мобильная сеть GSM - R - основа цифровой железной дороги. МГУ - Москва, с. 222 -230, 2016.
2. Николаев Д.Е. Цифровая железная дорога -инновационные стандарты и их роль// International Journal of Open Information Technologies - 2016 - Т4 №10, с. 55-61.
3. Погодин А.Е., Интеллектуальные транспортные системы на железнодорожном транспорте. Евразия, Вести IX 2012, с. 51.
4. Скалозуб В.В., Соловьёв В.П., Интелектуальные транспортные системы железнодорожного транспорта. Д. Издательство: Днепропетровск, 2013, с 207.
УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Курбанов Ж. Ф.
Доктор технических наук, доцент Ташкентского Государственного Транспортного Университета
г. Ташкент, Узбекистан Хидиров Ж.Э. соискатель
Ташкентского Государственного Транспортного Университета
г. Ташкент, Узбекистан
AUTOMATIC LOCOMOTIVE SIGNALING PARAMETERS DEVICES ON THE BASIS OF
MICROPROCESSOR ELEMENTS
Kurbanov J.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan Xidirov J. applicant
Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan
