Применение RFID-технологий в системе автоведения поездов метрополитена Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Библиографический список

1. Статика сыпучей среды / В. В. Соколовский. - М. : Гостехиздат, 1954. - 274 с.

2. Указания по расчету несущей способности земляного полотна, сложенного глинистыми грунтами, воспринимающими повышенную вибродинамическую нагрузку / И. В. Прокудин. - Л. : ЛИИЖТ, 1982. - 54 с.

3. Основы механики грунтов. Т. 2 / В. А. Флорин. - М. :

Госстройиздат, 1961. - 543 с.

Статья поступила в редакцию 30.04.2009;

представлена к публикации членом редколлегии Л. С. Блажко.

УДК 629.4.053.3

А. М. Костроминов, М. Ю. Королев, В. В. Гаврилов, Т. В. Крючкова

ПРИМЕНЕНИЕ RFID-ТЕХНОЛОГИЙ В СИСТЕМЕ АВТОВЕДЕНИЯ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Рассматриваются вопросы влияния помех при использовании RFID-технологии для решения задач автоматического управления движением поездов в метрополитене. Показано, что расчетные данные радиообмена информацией между бортовой аппаратурой и напольным оборудованием RFID-средств существенно отличаются от фактических характеристик вследствие различного рода помех. Даются практические рекомендации по обеспечению надежного радиообмена в условиях этих помех.

RFID-технология, радиометка, ридер, приемопередатчик, зона радиовидимости.

Введение

В системе автоматического управления движением поездов в метрополитене RFID-технологии (Radio Frequency Identification)

использованы с целью бесконтактной привязки к пути головных вагонов поездов. Для этого вдоль пути движения поездов на станциях и перегонах, в определенных фиксированных точках установлены пассивные радиометки с объемом памяти 512 бит, в которую занесена необходимая для автоведения поездов информация (о включении и выключении тяговых двигателей, о режимах торможения, об открытии дверей с нужной стороны и времени их открытого состояния и др.). Для получения информации из радиометок на борту головных вагонов поездов имеются приемопередатчики (ридеры), реализующие RFID-протокол. Работа метки осуществляется за счёт ее «накачивания» энергией от ридера и с помощью полученной энергии установления двухсторонней связи между ридером и меткой.

Для управления ридером, а также для обработки информации, полученной из радиометки, используется контроллер, формирующий

предусмотренные алгоритмом команды и реализующий интерфейс связи с бортовым оборудованием автоведения.

Жестко запрограммированная в метках информация обеспечивает режим автоведения поездов по усредненному графику. Однако возможны непреднамеренные отклонения от усредненного графика, обусловленные задержками закрытия дверей вагонов при высадке и посадке пассажиров и множеством других причин. Для коррекции характеристик движения поездов в этих случаях контроллер имеет связь с Центром автоматизированной системы управления движением поездов с помощью радиомодемов.

1 Проблема обеспечения надежности приема информации

Одной из важнейших задач успешного применения .RF/D-технологии на метрополитене является обеспечение надежного приема информации от радиометок ридером, расположенным на движущихся с высокой скоростью поездах, в условиях коммутационных и контактных помех, а также помех, обусловленных многократными отражениями радиоволн и другими причинами.

Контактные помехи относятся к классу помех, которые создаются в результате воздействия электромагнитного поля радиопередатчика в ближней зоне на токопроводящие механические контакты с нелинейным и переменным во времени электрическим сопротивлением или на переменные контакты, которые являются переизлучателями (вторичными излучателями) электромагнитного поля [1]. Наличие таких контактов, образующих систему, характерно для поездов метрополитена, в головных вагонах которых действуют передающие и приемные устройства - ридеры. Переменные механические контакты со случайными свойствами образуются между рельсами и колесами, тележками и кузовами вагонов, неплотно соединенными болтами, винтами и другими элементами. При определенных условиях облучаемый переменный контакт можно рассматривать как линейное инерционное устройство с параметрами, управляемыми некоторым случайным модулирующим процессом (переключениями, вибрацией, тряской и др.).

2 Радиообмен ридера с меткой

2.1 Алгоритм радиообмена

Процесс радиообмена ридера с радиометкой осуществляется по определенному алгоритму.

Ридер постоянно находится в режиме поиска радиометки и по факту её нахождения передаёт закодированное в ней сообщение контроллеру. При нахождении ридера в зоне радиовидимости метки цикл сеанса связи состоит из времени запроса, времени ответа радиометки на этот запрос и времени обработки контроллером принятой от радиометки информации. Численное значение времени цикла для аппаратных средств, примененных в метрополитене, составляет 2,5 мс. Полученное контроллером сообщение может быть прочитано и передано на исполнение устройствам автоведения

лишь в том случае, если информационный пакет находится в полном составе. Очевидно, в условиях действия различных по природе помех можно ожидать, что не каждый радиообмен окажется удачным и часть сообщений будет утеряна.

2.2 Количество сеансов радиообмена

Максимальное число возможных радиообменов при предположительном отсутствии помех зависит от двух факторов: зоны радиовидимости метки ридером и скорости поезда.

Для оценки протяженности зоны радиовидимости L были выполнены экспериментальные исследования, в результате которых выяснено, что случайная величина L имеет нормальное распределение:

f ( L)

jc-210

1,7

2

(1)

здесь 210 см - среднее выборочное значение зоны радиовидимости меток, 1,7 см - её стандартное отклонение.

Следует отметить незначительный разброс зоны радиовидимости меток, что обусловлено высоким качеством комплектующих. Оценивалось также влияние на величину L разброса излучающих свойств ридеров, который увеличил общее значение стандартного отклонения до 3,1 см. Интегрируя функцию (1) до значения случайной величины 3zL в сторону уменьшения L, с вероятностью 0,9986 получаем зону радиовидимости меток Lpв = 200,7 см.

Примем далее скорость поезда равной 60 км/ч (16,7 м/с). В этом случае ридер находится в режиме радиообмена с меткой в течение 120,4 мс с вероятностью 0,9986. Учитывая, что цикл радиообмена составляет 2,5 мс, получаем предельно возможное число сеансов в идеальных условиях связи (без помех), равное 48.

В условиях реальной помеховой обстановки регистрация фактического числа сеансов в процессе эксплуатации системы бесконтактной привязки к пути (СБИЛ) на основе RFID-средств показала меньшее число сеансов радиообмена (от 4 до 12) при скоростях около 60 км/ч. Это примерно на порядок меньше предельно возможного числа сеансов. Однако для осуществления нормальной работы СБПП достаточно одного успешного радиообмена ридера с меткой, поэтому даже при такой потере числа сеансов радиосвязи фактическое трехкратное резервирование обеспечивает высокую надежность действия СБИЛ. Тем не менее следует иметь в виду, что система СБПП находится в опытной эксплуатации на малом числе поездов. Не исключено, что действие помех, в особенности контактных, будет различаться на разных поездах. Поэтому целесообразно при расширении применения системы СБПП вводить автоматическую регистрацию числа сеансов радиообмена с метками на всех поездах, с

последующим периодическим анализом этих данных, причем регистрацию следует осуществлять на участках со скоростями 40 км/ч и более. Если обнаружится снижение степени резервирования сеансов радиообмена, следует искусственно увеличить зону радиовидимости меток за счет установки дополнительных их экземпляров с идентичной программой. При этом должно быть такое расстояние между радиометками с идентичной программой, чтобы вероятность образования разрывов между зонами не превышала, например, величину 0,01 (соответственно вероятность нерерывности зоны радиовидимости 0,99).

2.3 Расположение смежных меток для увеличения надежности связи

Рассмотрим методику расчета расстояния между двумя смежными радиометками, обеспечивающего непрерывную зону радиовидимости с заданной вероятностью.

Обозначим L расстояние до центра первой метки, L ^ - до центра второй метки.

Тогда Ьрасч = L + Ьт^ -Ать, где величина Ami отображает условный

интервал между средними выборочными значениями зон радиовидимости смежных радиометок (рис. 1).

Рис. 1. Зоны радиовидимости смежных меток

Для расчета AmL введем фиктивные случайные величины х1 для радиометки № 1 и х2 - для радиометки № 2 (рис. 2).

Тогда вероятность того, что между радиометками не будет зоны разрыва, можно определить следующим образом:

Р = Р(Х\ > Х2) = Р((Х1 - Х2) > 0).

Обозначим х1 - х2 = у.

Известно, что если х1 и х2 - нормально распределенные случайные величины, то и у - тоже нормально распределенная величина.

f(xi)

f(x)n

Рис. 2. Модель для расчета AmL

Следовательно, функция f(y) имеет вид

1

/00 =

■ехр

—да < у < +да,

где ту = тх 1 - тх2, с>у = д/аи +а^ •

График функции f(y) приведен на рис. 3. Очевидно, вероятность Р отсутствия разрыва между смежными метками можно вычислить по формуле

Р

е 2 Gy dy.

(2)

Рис. 3. Вероятность отсутствия разрыва меток в зоне их радиовидимости

Чтобы упростить расчеты, приведем формулу (2) к нормированному

У~т

нормальному виду. Для этого сделаем замену --- = г, в результате

чего получим (см. рис. 4):

V

-I СО Z

Р = .— \ е 2 dz ■

т

у

у

Используя, например, таблицу значений нормированного нормального распределения, приведенную в справочнике [2], можем записать:

Р = 0,5 + Ф0 л: ,

где

х =

т

"F ~т,2

(3)

Рис. 4. График функции f(z)

Для примерной вероятности Р = 0,99 по таблице из [2] имеем х = 2,33:

0,99 = 0,5+ Ф0 4^

Тогда

Ать = 2,33 • yj 3,1 2 + 3,1 2 = 10,215 см.

Следовательно,

= А, + А,3 - Д»! = 210 + 210 - 10,215 = 409,785 см.

Заключение

Приведенная в статье методика расчета расстояния между двумя смежными радиометками, обеспечивающего непрерывную зону радиовидимости с заданной вероятностью, положена в основу нормирования этой величины при практическом использовании RFID-технологии для решения задач автоматического управления движением поездов в Петербургском метрополитене. Для удобства практического применения норматива она округлена до 410 см, при этом вероятность непрерывности зоны радиовидимости между двумя смежными радиометками, вычисленная по приведенным выше математическим моделям, составляет 0,986 и является вполне приемлемой.

Библиографический список

1. Контактные помехи при работе импульсного передатчика на подвижных объектах / Д. В. Лазарев // Тр. 7-го Международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. - СПб. : ВИТУ, 2007. - С. 276-279.

2. Справочник по вероятностным расчетам / Г. Г. Абезгауз, А. П. Тронь, Ю. Н. Коненкин, И. А. Коровина. - М. : Воениздат, 1970. - 536 с.

Статья поступила в редакцию 01.07.2009;

представлена к публикации членом редколлегии А. Е. Красковским.

УДК 574

Е. И. Макарова

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ МАЗУТА С ПЕСЧАНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В числе неблагоприятных последствий производственной деятельности человека следует назвать аварийные разливы нефти и нефтепродуктов. По данным Межведомственной комиссии по экономической безопасности России, около 30 % аварийных ситуаций на ж.-д. транспорте связано именно с разливами нефтепродуктов. В статье приводится анализ современных способов ликвидации нефтеразливов, а также описывается способ, разработанный в Петербургском государственном университете путей сообщения.

технология, ликвидация аварийных разливов, способы ликвидации, сорбенты, нефтеразливы, нефтепродукты.

Введение

Согласно постановлениям Правительства РФ № 613 от 21 августа 2000 г. «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» и № 240 от 15 апреля 2002 г. «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории РФ», нефтеразливы классифицируются как чрезвычайные ситуации и, в зависимости от объема и площади разлива нефти и нефтепродуктов (НП) на местности, выделяют следующие их категории:

1) локального значения - разлив от 100 до 500 т нефти и НП на территории объекта;

2) муниципального значения - разлив от 100 до 500 т нефти и НП в пределах административной границы муниципального образования; или разлив до 100 т, но выходящий за пределы территории объекта;

3) территориального значения - разлив от 500 до 1000 т нефти в пределах административной границы субъекта РФ либо от 100 до 500 т