CC BY
33Сорокина М.О.,
студент гр. СЖДт-418 Голубев О.В.,
преподаватель, доцент, к.т.н.
Кафедра «Путь и железнодорожное строительство», Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС),
Екатеринбург
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПРИ ВНЕДРЕНИИ
ВИРТУАЛЬНОЙ СЦЕПКИ ПОЕЗДОВ
Sorokina M.O.,
student gr. SZHDt-418 Golubev О. V.,
teacher, reader, c.t.s.
Department of "Way and railway construction ", Ural State University of Railway Transport (USURT),
Yekaterinburg
INCREASING THE CAPACITY OF RAILWAYS WITH THE INTRODUCTION OF
VIRTUAL TRAIN COUPLING
DOI: 10.31618/ESSA.2782-1994.2022.1.77.228
Аннотация. В данной статье рассмотрена эффективность внедрения виртуальной сцепки поездов на пропускную способность железных дорог. В статье сравниваются возможные способы организации виртуальной сцепки: применение радиоблок-центров и использование «виртуальной сцепки» при непосредственном обмене информацией между локомотивами. Рассматриваются технические и технологические проблемы, возникающие при реализации данной технологии. В заключении строится схема эффективного применения технологии виртуальной сцепки для решения задачи увеличения пропускной способности железных дорог. Сделан вывод о том, что задача увеличения пропускной способности требует комплексного подхода к решению с учетом всех технических и технологических особенностей дороги.
Abstarct. This article discusses the effectiveness of the implementation of a virtual train coupling on the capacity of railways. The article compares the possible ways of organizing a virtual coupling: the use of radio block centers and the use of a "virtual coupling" in the direct exchange of information between locomotives. Technical problems and technological problems that arise when implementing this technology are considered. In conclusion, the scheme of effective application of virtual coupling technology for solving the problem of increasing the capacity of railway sections is constructed. It is concluded that the task of increasing the capacity requires an integrated approach to the solution, taking into account all the technical and technological features of the road.
Ключевые слова: виртуальная сцепка, пропускная способность, соединенный поезд, радиоканал.
Keywords: virtual coupling, capacity, connected train, radio channel.
Введение
Железная дорога - ключевой элемент транспортной системы РФ, обеспечивающий более 45% грузооборота и 26% пассажирооборота. Российские железные дороги - неотъемлемая часть международных транспортных сетей. Одной из множества сформулированных в стратегии развития холдинга «РЖД» целей является формирование и продвижение комплексных транспортно-логистических услуг на
евроазиатском пространстве за счет увеличения транзитных перевозок грузов на ключевых направлениях Восток-Запад и Север-Юг.
Тенденция увеличения грузооборота диктует необходимость повышения эффективности использования существующей инфраструктуры, освоения и применения передовых инновационных технологий и технических средств.
Максимальные объемы перевозок, осуществляемых на сети железных дорог,
определяются такими параметрами, как пропускная и провозная способности. Таким образом актуальной задачей становится повышение пропускной и провозной способностей железнодорожных линий, особенно в условиях ремонта пути с закрытием одного из путей двухпутных участков.
Целью статьи является рассмотрение возможных вариантов увеличения пропускной способности железной дороги через совершенствование систем интервального регулирования движения поездов. Основное внимание акцентируется на перспективной технологии виртуальной сцепки поездов. Движение поездов в таких системах управления осуществляется на базе радиоканала. Также будут определены достоинства и недостатки представленной технологии, предложены возможные решения для перехода к ее эффективному применению.
1. Системы интервального регулирования движения поездов
Основные виды систем интервального регулирования:
- полуавтоматическая блокировка (ПАБ) -система интервального регулирования, при которой по перегону может двигаться только один поезд;
- автоблокировка (АБ) - система автоматического регулирования интервалов между поездами, попутно следующими по перегону;
- автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа как самостоятельное средство сигнализации и связи (АЛСО) - движение поездов по перегону осуществляется по показаниям локомотивных светофоров;
- многозначная локомотивная сигнализация (АЛС-ЕН) - межпоездным интервалом считается временной промежуток между прохождением поездами расчетной точки с максимально допустимой скоростью;
- автоблокировка с подвижными блок-участками - основана на принципе участков кодирования за хвостом поезда.
Сейчас безопасное расстояние между поездами обеспечивается при помощи автоблокировки. Перегоны поделены на блок-участки, длиной от 800 метров до двух с половиной километров. По одному блок-участку может двигаться лишь один поезд. Въезд на блок-участок ограждён проходными светофорами [6,7].
В наше время используется трёхзначная и четырёхзначная автоблокировка.
Следование поездов один за другим называется следованием по удалению, а машинист, видя показание проходных светофоров, знает,
сколько впереди свободно блок-участков и выбирает безопасную скорость [1].
2. Технология виртуальной сцепки
В соответствии со стратегией научно-технологического развития холдинга «РЖД» одним из перспективных направлений становится развитие технологий интервального регулирования движения поездов с использованием беспроводной передачи данных.
Данная технология предполагает, что светофоры не будут нужны, машинист руководствуется расстоянием до впереди идущего состава, на последнем вагоне которого размещен виртуальный светофор, позволяющий держать безопасное расстояние между поездами [9].
По данным инженеров РЖД, технология позволит сократить интервал попутного следования составов в два раза - с 10 до 5 минут и за счет этого пропускать большее количество поездов.
«Виртуальная сцепка» обеспечивает синхронное движение двух попутно следующих грузовых поездов с минимально допустимым удалением друг от друга. Координация режимов ведения локомотивов при этом происходит по защищенному цифровому радиоканалу непрерывно с задержкой не более 100 мс. Интеллектуальная система контролирует местоположение, скорость и ее изменение, а также расстояние до впереди идущего поезда.
В отличие от технологии соединенного поезда, виртуальная сцепка не предполагает физического объединения составов, а значит и не требует наличия на станции длинных приемоотправочных путей [2].
Сравнение технологий представлено на рисунке 1.
Рисунок 1 - Сравнение технологии соединенного поезда и виртуальной сцепки
За счет данной технологии снизятся затраты на содержание, капитальное строительство, а также в перспективе поможет перейти к гибкому управлению движением, позволяющим при необходимости сближать и отдалять поезда, которые следуют в виртуальной сцепке, обеспечивая наиболее удобный график движения. Но для этого необходимо обеспечить высокое качество используемых элементов
инфраструктуры, повысить надежность локомотивов.
По расчетам специалистов, при использовании технологии «виртуальной сцепки» пропускная способность железнодорожной инфраструктуры в текущем состоянии может увеличиться до 15%. Кроме того, с ее помощью можно обеспечить движение по сети со скоростью более 60 км/ч и
увеличить маршрут следования состава до 3 тыс. км, не опасаясь изменений профиля пути.
3. Реализация технологии виртуальной сцепки
Существует два подхода к организации технологии виртуальной сцепки.
Первый подход подразумевает обмен данными непосредственно между локомотивами (рис. 2). Связь между ними осуществляется посредством радиоканала. Ведущий локомотив фактически управляет работой ведомого, отправляя ему режимы ведения поезда, а ведомый отправляет информацию о своем состоянии для корректирования режимов ведения.
Синхронизация движения обеспечивается системой ИСАВП-РТ (интеллектуальная система автоматизированного вождения поездов с распределённой по длине тягой).
Рисунок 2 - Виртуальная сцепка поездов с обменом данными между локомотивами
Второй подход предусматривает обмен данными между локомотивами через радиоблок-центр - технических средств, обрабатывающих информацию с локомотивов и выдающих сигналы
управления (рис. 3). Радиоблок-центр на основании информации от систем СЦБ и локомотивов формирует и передает команды управления поездом.
Рисунок 3 - Виртуальная сцепка с обменом данными через радиоблок-центр
Применение виртуальной сцепки позволяет реализовать систему распределенной тяги.
28 августа 2021 года на Восточном полигоне состоялось успешное испытание технологии виртуальной сцепки - два поезда проследовали от Хабаровска до Находки в заданном режиме.
Пробная поездка выполнялась на электровозах 3ЭС5К, оборудованных системой ИСАВП-РТ, в режиме «виртуальной сцепки». Поездка проверила работоспособность системы передачи данных, алгоритм управления ведомым поездом при движении ведущего поезда, управление ведомым локомотивом при торможении ведущего локомотива, а также порядок проследования мест ограничения скорости по предупреждению [10].
4. Недостатки технологии виртуальной сцепки
К недостаткам виртуальной сцепки относятся:
- отсутствие надежной альтернативы напольным устройствам безопасности (необходимость обеспечения контрольного режима);
- недостаточная оснащенность сети железных дорог цифровой радиосвязью;
- потребность в «умном локомотивном устройстве безопасности», которое будет принимать и передавать сигналы управления, определять местоположение поезда с высокой точностью, контролировать целостность состава;
- при сокращении интервала времени между поездами до 5 минут первые четыре поезда займут все приемоотправочные пути, а с пятого поезда возникают задержки, связанные с технологическими операциями по обработке поездов, прибывших на станцию [4,5];
- длительное время - от 30 до 60 минут на сцепку поезда и проверку тормозов, потребность в
разъединении поездов для проверки тормозов и их подбор друг к другу по состоянию локомотивов;
- возрастают риски возникновения продольно-динамических реакций с последующим выдавливанием вагонов или разрывом автосцепок из-за большой длины состава и значительного веса поезда (до 12 тонн) [11,12].
5. Схема применения технологии виртуальной сцепки
На основании всего вышесказанного можно построить схему применения технологии
виртуальной сцепки, обеспечивающую увеличение пропускной способности участка железных дорог (рис. 4).
Овальными рамками обозначены получаемые эффекты, а прямоугольными - действия для получения требуемого эффекта.
В нижней части рисунка 4 приводятся условия, без которых невозможна безопасная реализация технологии виртуальной сцепки.
Рисунок 4 - Схема применения технологии виртуальной сцепки
Под «умным локомотивным устройством безопасности» понимается комплекс технических средств для двухстороннего взаимодействия с объектами инфраструктуры, операторами процессов и автоматического регулирования скорости поезда.
Важным фактором безопасности движения по радиоканалу без применения напольных устройств безопасности является непрерывный контроль целостности состава. В связи с этим для поездов, двигающихся в виртуальной сцепке, обязательным условием станет наличие безопасной системы контроля целостности состава.
Следующее условие для перехода к данной технологии - точное позиционирование подвижных единиц. Точность расчетов допустимой скорости движения поезда в определенной точке пути зависит от точности определения координаты головного локомотива.
Однако нужно быть уверенными и в безопасности полученных данных, отсюда необходимы алгоритмы и устройства, обеспечивающие безопасность вычисления, приема и передачи данных о местоположении и состоянии поездов, движущихся в виртуальной сцепке. Надежность передачи данных по радиоканалам должна соответствовать требованиям стандарта BS EN 50159:2010+А1:2020 [3].
Соблюдение всех условий позволит перейти к применению технологии виртуальной сцепки. Эффектом от ее применения станет сокращение интервала в пакете, поскольку интервал между поездами на перегоне будет уменьшен. Но увеличение количества поездов на перегоне может привести к тому, что инфраструктура станций участка железной дороги не сможет переработать поток поездов, прибывающих с минимальным интервалом.
Для получения дальнейшего эффекта от применения виртуальной сцепки необходимо решить появляющуюся проблему. Имеются три основных направления решения:
- совершенствование технических средств, сокращающих продолжительность технологических операций, например, применение технологии автоматизированного закрепления состава;
- изменение технологии организации движения на участках - поиск резервов пропускной способности, переключение электрической централизации в режим автоблокировки, определение оптимальных вариантов движения поездов в виртуальной сцепке с учетом возможности их сближения и удаления друг от друга;
- улучшение инфраструктуры - реконструкция путевого развития станций, систем тягового энергоснабжения и других систем обеспечения движения поездов [13].
Перед внедрением технологии виртуальной сцепки требуется провести детальный анализ технического и технологического состояния участка. Для этого эффективно использовать методы имитационного моделирования [4].
Представленные варианты развития технологии виртуальной сцепки являются общими. Возможно, на некоторых участках и направлениях достаточно будет изменить технологию организации движения без привлечения значительных затрат на технические средства или инфраструктуру. На других придется провести дополнительную модернизацию технических средств, сокращающих продолжительность технологических операций.
Заключение
Технология виртуальной сцепки позволяет много, например, идущему сзади составу держать безопасное расстояние, сокращать интервал попутного следования, пропускать большее количество поездов, а также эффективно использовать возможности инфраструктуры, в том числе во время ремонтных работ, когда поезда пропускаются по одному из путей перегона.
Но представленная схема применения технологии виртуальной сцепки показывает, что для решения задачи увеличения пропускной способности недостаточно реализовать технологию виртуальной сцепки. Необходимо прорабатывать вопросы состояния
инфраструктуры, переосмыслить технологию организации движения поездов, развивать технические средства, снижающие затраты времени на производимые людьми операции по обработке составов.
Из полученного следует, что с учетом всех технических и технологических особенностей участка увеличение пропускной способности требует комплексного подхода, а технология виртуальной сцепки является одним из множества
элементов, над которыми предстоит работать для решения поставленной задачи.
Так или иначе, виртуальная сцепка - это логичный шаг к будущему железнодорожных перевозок. Однако, как и любая новая технология, она нуждается в «обкатке» и, скорее всего, в дальнейших доработках.
Литература
1. Климова Е. Е., Пилипушка Л. Е., Рябов В. С. Технология «виртуальной сцепки» поездов как инструмент повышения провозной и пропускной способности линии // Транспортная инфраструктура сибирского региона: Материалы Х Международной научно-практической конференции. - 2019. - С. 60-64.
2. Розенберг Е. Н., Коровин А. С. Глобальные тренды развития транспортных систем // Автоматика, связь, информатика. - 2018. - № 12. -С. 14-19.
3. Шаманов В. И. Системы интервального регулирования движения поездов с цифровыми радиоканалами // Автоматика на транспорте. - 2018. - Том 4. - № 2. - С. 223-239.
4. Розенберг Е. Н., Абрамов А. А., Батраев В. В. Интервальное регулирование движения поездов // Железнодорожный транспорт. - 2017. - № 9. - С. 19-24.
5. Тимухина Е. Н., Кощеев А. А. Использование имитационного моделирования для определения оптимальных параметров и элементов транспортной системы // Интеграция образовательной, научной и воспитательной деятельности в организациях общего и профессионального образования: Материалы IX Международной научно-практической конференции. - 2017. - С. 222-224.
6. https ://vgudok. com/lenta/rzhd-scepilis-s-realnostyu-gotova-li-zheleznaya-doroga-k-virtualnoy-scepke-prodvigaemoy
7. https://zen.yandex.ru/media/podstuk/chto-za-zver-takoi-virtualnaia-scepkakotoruiu-rjd-hochet-vnedrit-dlia-uvelicheniia-propusknoisposobnosti-60ff3ccad3ce4906638cb650
8. http://railwayexpo.ru/images/docs/2019/prese ntation/ДЕНЬ%202_29%20агуста/ЗАЛ_2/1000_PRO %20Цифровые%20технологии%20интервального %20регулирования/04_%20Елена%20Шухина_RU. pdf
9. https://rossaprimavera.ru/news/fbb46614
10. https://pikabu.ru/story/virtualnaya_stsepka_lo komotivov_6918353
11. https://zen.yandex.ru/media/zaalan/virtualnai a-scepka-poezdov-avtoscepkoi-ne-soedineny-no-edut-sinhronno-5dbdff7195aa9f00b185509f
12. https://vc.ru/transport/249054-na-nevidimoy-scepke
13. https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-propusknoy-sposobnosti-uchastka-zheleznoy-dorogi-s-primeneniem-tehnologii-virtualnoy-stsepki
14. https://company.rzd.ru/ru/9397/page/104069? id=262451
