ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК654.939.1

Чехлатый Н.А., Паламарчук Т.Н.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Chehlaty N.A.,Palamarchuk T.N.

FIBER-OPTIC INFORMATION TRANSMISSION SYSTEMS IN RAILWAY

TRANSPORT

Введение

Перед железнодорожным

транспортом РФ стоит задача обеспечения непрерывно растущих объемов перевозок

народнохозяйственных грузов и пассажиров. Для этого необходимо повышать пропускную способность железнодорожных участков, скорость и массу поездов при одновременном повышении безопасности движения. Без сложной, разветвленной сети связи невозможно организовать интенсивный перевозочный процесс и оперативно управлять им.

Анализ последних исследований и публикаций

Анализ последних исследований и публикаций [1, 2] показал, что железнодорожная сеть связи России, представляющая собой Единую Автоматизированную Систему Связи, функционирует по общему плану и ее работа невозможна без использования каналов передачи информации, организованных по линиям проводной и радиосвязи.

Широкое внедрение современных устройств для увеличения пропускной способности на железных дорогах,

регулирования движения поездов и обеспечения безопасности движения (автоблокировка, электрическая и диспетчерская централизация,

автоматическая локомотивная

сигнализация и др.), а также устройств вычислительной техники вызывает непрерывный рост кабельных линий и сетей связи, автоматики и телемеханики. В настоящее время на железных дорогах внедряются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) и системы передачи, повышающие качество и надежность связи и дающие неограниченные возможности в увеличении количества каналов связи [3].

Тенденциями развития сетей связи железнодорожного транспорта является передача больших объемов информации со скоростями 10 Гбит/с и выше, внедрение средств автоматизации и управления технологическими

процессами, применение средств связи нового поколения и строительство новых волоконно-оптических сетей связи.

Перспективность волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) обусловлена большой пропускной способностью волокна, защищенностью от внешних электромагнитных полей, вследствие чего не требуется применять специальные меры по защите от

высокой цифровых малой отсутствием

опасных напряжении линии

электропередачи и

электрифицированных железных дорог; возможность прокладки кабеля между точками с большой разностью потенциалов; помехозащищенностью линейных трактов;

металлоемкостью и дефицитных цветных металлов (медь, свинец) в кабеле; малым значением коэффициента затухания в широкой полосе частот, что обеспечивает большие длины регенерационных участков по сравнению с электрическими кабелями (10-150 км вместо 2-6 км); небольшими размерами кабеля.

Цель работы

Целью настоящего исследования является анализ некоторых способов повышения качества каналов передачи информации на железнодорожном транспорте, организованных по ВОЛС.

Основная часть

В настоящее время можно выделить четыре области, связанные с использованием ВОЛП на

железнодорожном транспорте: ВОЛС; локальные вычислительные оптические сети (ЛВОС); системы

видеонаблюдения; волоконно-

оптические преобразователи.

Структурная схема ВОЛП показана на рис. 1. Для работы одной многоканальной системы связи требуются два оптических волокна (ОВ): по одному передаются сигналы в направлении от А к Б, по-другому - в обратном. В оконечных пунктах передающий оптоэлектронный модуль (ПОМ) предназначен для

преобразования электрических сигналов в оптические. Приемный

оптоэлектронный модуль (ПРОМ) предназначен для преобразования оптических сигналов в электрические.

1 2-

N.

А

ПОМ

ОВ

ПРОМ

Г"

ОВ

ГТ-I

ЛР

ПРОМ УС ПОМ

ПОМ УС ПРОМ

'1 I

ИИ

I I I I

ОВ

ПРОМ

ОВ

ОВ

1 2

N

Б

Рис. 1. Структурная схема ВОЛП

Необходимым элементом ПРОМ является приемник оптических сигналов. Фотоприемное устройство волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) предназначено для

преобразования оптических сигналов в электрические. Оно должно обладать высокой чувствительностью в рабочем диапазоне волн, малой инверсностью, низким уровнем шума и др.

Чувствительность фотоприемного

устройства должна быть достаточной для обеспечения требуемой длины регенерационного участка оптической системы передачи. Кроме этого, устройство должно поддерживать отношение сигнал-шум на выходе не менее заданного значения в пределах допустимых изменений температуры и в требуемом динамическом диапазоне

принимаемых сигналов.

В ВОСП нашли применение фотоприемные устройства на основе р-ьп фотодиодов и лавинных фотодиодов (ЛФД), в которых используется внутренний фотоэффект.

В [2] найдена оптимальная по критерию минимума полной

вероятности ошибки импульсная характеристика линейного фильтра демодулятора цифровых оптических сигналов, подвергнутых

межсимвольным искажениям. Однако, в расчете не учтены амплитудно- и фазочастотные характеристики тракта передачи. Необходимость такого расчета вызвана различием конструкции ВОК, характеристики которых влияют на величину межсимвольных помех. Из сказанного следует, что необходимы

(

ь

Блок 1 - волоконно-оптический кабель с коэффициентом передачи а, блок 2 - представляет собой устройство с коэффициентом передачи kус, блок 3 -линейный фильтр, а блок 4 -стробирующее и пороговое устройство с порогом, равным d.

Оптический сигнал, поступающий на вход 1 является двоичным и манипулированным по интенсивности. При этом символу кода 1 соответствует оптический сигнал со световой мощностью ^О), занимающий 2N+1

дальнейшие исследования влияния АЧХ и ФЧХ тракта передачи информации на полную вероятность ошибки.

Эквивалентная схема

демодулятора с ВОК показана на рис. 2, на котором фотодетектор представлен в виде источника тока 1(1). Элементы Сн и Rн являются нагрузкой фотодетектора. Шум сопротивления Rн представлен в виде источника шумового тока со спектральной плотностью Gl. Элементы Су и Яу - входное сопротивление и входная емкость усилителя. Шум входной цепи усилителя представлен в виде источника шумового тока ^2(0 со спектральной плотностью G2, а шум выходной его цепи - в виде источника шумового напряжения еш(£) со спектральной плотностью Gз.

интервалов приема Т, а символу 0 соответствует отсутствие оптического сигнала. На выходе кабеля сигнал ¥1(1) будет иметь спектральную плотность

Ф(ю)= Ф1(ю)К(ю),

где К(ю) - комплексный коэффициент передачи световода;

Ф1(ю) - спектральная плотность сигнала.

Электрический сигнал £7(1) на выходе усилителя 2 равен

м

Сн

Ян

©

1^

еш(1)

Су

I

Яу

е

С2

Рис. 2. Эквивалентная схема демодулятора с ВОК

2

где г(1;) - реализация стационарного белого шума с нулевым

математическим ожиданием;

Х(0 - реализация квантового случайного процесса %к(0;

8(1;) - математическое ожидание процесса Х(1);

Хк(1) - реализация

центрированного случайного процесса

~Х"(1)= Х(1) - Б©.

Спектр колебания S(t) на выходе фильтра определяется выражением

S(ю)= 8(ю)=Кнд'МкусК(ю)п1(ю),

где Ян - сопротивление нагрузки фотодетектора;

дэ - заряд электрона; М - среднее значение

коэффициента умножения

фотодетектора;

кус - коэффициент усиления усилителя;

пг(ю) - спектральная плотность функции интенсивности фотодетектора.

Сигналу S(t) соответствует сигнал дф на выходе линейного фильтра 3 со спектром 0(ю)=8(ю)в(ю), где О(ю) -передаточная функция цепи 2.

Сигнал на выходе световода ^1(1) представляет собой кодовый вектор Щс эквивалентами аи/. Тогда

математическое ожидание суммарного выходного сигнала фильтра

= а-п110+ пТ- ЩЧ(и)йи(1)

где q(U) - импульсная характеристика фильтра, соответствующая

передаточной функции О(ю)

Найдем дисперсию случайного процесса

N

^ а-^Ха-пТ)

n=-N

в момент времени ;=0. С этой целью определим корреляционную функцию Ку(1+Ш) процесса уф считая, что помехи, входящие в Хф и создаваемые различными импульсами, независимы между собой. Тогда

Ку(1 + ВД = М05(и) + а-пьЩ (и - пТ)

(2)

где N0 - спектральная плотность процесса ^(1);

5(Ц) - дельта-функция Дирака;

К~х($) - корреляционная функция процесса Хф.

Процесс Х(1) считается

стационарным, так как его энергетический спектр занимает более широкую полосу, чем спектр 8(1). Равенство (2) показывает, что

корреляционная функция процесса уф зависит только от разности аргументов, т.е. уф - стационарный случайный процесс. Поэтому в дальнейшем вместо Ку(1 будем указывать зависимость

только от одного аргумента, т.е. Ку(и) Определим теперь корреляционную функцию Кг(1) сигнала 1(\) на выходе фильтра, соответствующего случайному сигналу уф на его входе

= Су(*-хЖг)йг, кг(и)—м[2(г + и)2(г)]

Выразим математическое

ожидание сигнала Б^) в момент времени t=0 с учетом (1) через спектральные параметры

N

n=-N

Принято, что значение случайного сигнала 2(1) на выходе фильтра в момент времени 1=0 следует нормальному закону распределения. Решение о наличии или отсутствии сигнала принимается с учетом сравнения значения 2К(0) с пороговым значением d. Введено две группы

гипотез.

Гипотезы

2Ы

т2=г

соответствуют кодовым векторам

-,2 N

{а,1}^=1, централизованным элементом которых является единица. Гипотезы

22N+l

[Ну}у=^+1 соответствуют кодовым

__ ■?2N+1

2^ + 1,

центральным

векторам {цУ}2= элементом которых является нуль.

Выражение для полной вероятности ошибки имеет вид

Р

22N 22N+l

й 1 й = 2Х1Р{2к(0)<Н'мН)+2 X Р(НуЖгА0)>Т]

1 = 1 1 у=2^ + 1 V

С помощью методов

вариационного исчисления получено выражение для определения

передаточной функции фильтра, обеспечивающей минимально

возможное р

в(ш) — -

2™+1 ар ^ Т77л0-]пшт

Я22Л ар [2М0 + 2 а-п^ы) С05( пшТ)]

+ I[2Мо + 2 а-тНх(.ы) соз(пшТ)]

где - спектральная плотность

энергии Х(1);

N0 - спектральная плотность белого шума.

Оптимальную передаточную

характеристику фильтра можно представить в следующем виде

в(ш) —

S(Ш)ZN=-NCNe-jшnT

С+А2 (ш)

где Л(ю) - амплитудно-частотная характеристика ВОК;

коэффициенты Си, Сп и С определяются решением

оптимизационной задачи

, йе/

ттр(С,{Сп Ж=-ю{Сп№=-юй) = Р&)

где р(С,{Сп },{Сп},й)=йе/ Р(С)

В простейшем случае при N=0 передаточная функция G(ю) принимает вид

в(ш) —

к2+А2(шУ

7 _ С1 7 _ С

Кл — , Ко — ~~

1 С1 2 С1

Для нахождения оптимального фильтра нужно решить пятимерную

задачу оптимизации по определению наилучших значений комплексных чисел к1 и к2 вещественного d. Это можно сделать одним из методов нелинейной оптимизации с

использованием ЭВМ (метод решения единый для всех N>0)

Для применения метода оптимизации необходимо вычислить градиент целевой функции

дР дР дР (дР дР)

N

дГайр (дй .да. др. [дап. д(1п)п=_м' [дуп. д8,

^дй да др (да

где a=ReC, Р=1тС, ап=ЯеСп, Рп=1шСп, Уп = РеСП, 8п = 1т Сп

Сравним потенциальные и реальные характеристики систем кабельного телевидения,

осуществляемого с помощью ВОСП, использующих различные методы модуляции-демодуляции. Критерием сравнения будут служить

энергетический потенциал -

максимально допустимые потери в ВОК, обеспечивающие на выходе тракта требуемое (40 дБ) ОСШ при заданных характеристиках передатчика и приемника в полосе частот, необходимой для реализации конкретного способа передачи. Допустимые потери в ВОК можно выразить через длину волоконно-оптического тракта

д Р д Р

N

(зная величину километрического затухания ВОК).

Энергетический потенциал в волокне П, включающий в себя потери на стыках (сварках) и в соединителях (разъемах), определяется из

соотношения

П=РпЖ,

где Рпу - пиковая мощность, вводимая в ВОК и Ру - минимальная пиковая мощность на входе приемника, необходимая для достижения заданного ОСШ.

Оптическую мощность Ру, необходимую для достижения заданной величины ОСШ, находим из [3]

гр =

(а1Я1МРу)2

[2цэЯ1М2+ла2Ру+2цэ 1тМ2+л+Ъ1\Р1 + Ъ2Р23''

(3)

где параметры а1, а2 и ^^зависят от способа модуляции. Параметр а1 связывает величину тока с величиной пиковой оптической мощности РУ; а2 -определяет средний уровень дробового шума детектора (дробовой шум в момент решения в случае импульсных методов приема); ¥1 и ¥2 -эквивалентные шумовые полосы соответственно для белых и "окрашенных" шумов.

После преобразования решаем квадратное уравнение следующего вида

Р2уЬ + Рук2 + кз=0

-2

к1 = а{ЩМ ,

к2 = -2цэ^Р1а2И1М2+а,

(4)

кз = -Ш2Чэ1тМ2+а + Ь^ + Ъ2Р1\

Для р-1-п ФД М=1, а для ЛФД выражение Рv, получаемое при решении (4), минимизируется при М = Мопт. При ИКМ способе передачи видеосигнала требуемую для достижения вероятности

)

ошибок 10-6 мощность оптического сигнала будем определять с помощью метода гауссовой аппроксимации смеси сигнал-шум.

Результаты расчетов приведены на рис. 3, где пунктирная линия -приемник с ЛФД, а штрихпунктирная -приемник с р-1-п ФД. При расчетах параметры модуляции приняты mv=0,75.

Известны методы [2,3] расчета потерь в световодах, у которых под действием технологического процесса изготовления ВОК, а также условий их прокладки и эксплуатации происходят изменения оптических характеристик. Наиболее адекватным аналитическим методом решения поставленной задачи является подход к анализу затухания при пространственном искривлении оси световода, изложенный в [4]. Достоинством этого подхода является возможность учета влияния

конструктивных особенностей ВОК (параметров первичной и вторичной скрутки) на дополнительное затухание.

Оптическое волокно с первичной скруткой расположено по оси кабеля и имеет меньшее затухание оптического сигнала, чем ОВ с вторичной скруткой. Так как укладка их вокруг сердечника кабеля по винтовой линии осуществляется за счет деформации сдвига, то возникают дополнительные потери.

На рис. 4 представлен комбинированный волоконно-

Общая формула расчета ОСШ для АМИ и ЧМ способа передачи произвольного числа ТВ каналов приведена в табл. 1.

оптический кабель (КВОК),

содержащий расположенные внутри гибкой внешней оболочки

заземляющую жилу, основные и вспомогательные электрические жилы, каждая в изоляции и экранирующем покрытии, многослойная оболочка с оптическими волокнами и сигнальными жилами расположена по оси кабеля и окружена основными,

вспомогательными и заземляющей жилами.

Рис. 4. Комбинированный волоконно-оптический кабель

Кабель предназначен для электропитания энергоемких объектов, передачи оптических и электрических сигналов [5].

Таблица 1

Метод модуляции Выражение для ОСШ

АМИ [туЯ№Ру/(0.9 + 0,83т,,)]2 (2Т+о72шр + 2Чэ1тМ2+й + Ь1Ж -к) + и~2 - Я)

ЧМ [1,42туА[КМРу/(1 + ту)Р]2 С^ + 2Чэ1тМ2+й + ПК + Ь2(РГ2 +-5Р3)

Пмак, дБ

60"

50" 40" 30" 20" 10-

ами чм "

ами

чм

ами

чм ами чм

п

1

2

3

I

4

5

6

Рис. 3. График зависимости максимально допустимых потерь в ВОК от числа ТВ каналов для различных видов модуляции при использовании СД (Ру—10 дБ, синим цветом) и ЛД (Ру=2 дБ, красным цветом)

Конструкция КВОК выполняет следующие основные функции: защита ОВ от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации кабеля.

В [2] получено выражение для дополнительного затухания световода из-за его изгиба.

г

△ а =

АЯ

7/6. 2/3. 2/3 _2 1С Ъп1 ко'

где к0=2л/Х, X - длина волны оптического излучения в вакууме;

2

Qo =

п1

п1, п2 - показатели

преломления сердечника и отражающей оболочки;

Ь =-1^3

2 \1 Оз

коэффициент,

характеризующий установившееся распределение интенсивности световода

по углу;

А3 - коэффициент второго порядка в разложении показателя затухания;

Бз - коэффициент затухания материала сердечника

Р1С = Ро +

2

Ап2Яо

иде ¡1п - шаг повива, Rо - радиус повива.

Минимально допустимая

мощность сигнала на входе усилителя зависит от длины усилительного участка и может быть определена по формуле

N Р ■ 10-°.1(1РУа^ +авв)

14 вх.тт=г V -1-и ,

иде Ру - мощность излучателя;

1ру - длина регенерационного участка;

2

1

2

авв - потери на вводе; аг - суммарные потери в световоде;

В любой линии связи обязательно будет присутствовать такой элемент, как соединение волокон. От качества соединений зависит работоспособность всей ВОЛС. Оптические соединения настолько важны, что получили отдельные названия двух

принципиальных разновидностей, как их обозначают на схемах и чертежах: неразъемные и разъемные.

И те, и другие обладают определенными преимуществами и недостатками.

У неразъемных соединений основным достоинством является гарантированно низкое значение прямых (или вносимых) оптических потерь и полное отсутствие потерь обратных (или потерь за счет отражения). Недостаток - соединение не предполагает возможности размыкания в ходе эксплуатации.

В случае с разъемными соединениями все наоборот.

Соединение может быть быстро разомкнуто в любой момент и также быстро восстановлено. Недостаток:

- вносимые потери - затухание сигнала на соединении, особенно важно учитывать при соединении

одномодовых оптических волокон;

- возвратные потери (обратное отражение) - это отношение мощности прямого сигнала к обратному (отражение луча в точке контакта оптических волокон). Необходимо максимально снижать его значение, так как любое отражение приводит к сбоям в работе высокоскоростных цифровых систем передачи.

Для соединения многожильного волоконно-оптического кабеля

применяется разъем [6], который повышает точность соединения ОВ. Разъем состоит из двух полуразъемов, каждый из которых содержит узел фиксации ОВ, выполненный в виде эластичного уплотнения с числом отверстий, соответствующим числу волокон в кабеле, и обоймы, в которой выполнены отверстия, причем конец каждого ОВ снабжен наконечником, помещенным в отверстие обоймы, а направляющие поверхности

наконечников, соединенных через юстирующие отверстии втулки, выполнены разрезными.

Для обеспечения передачи информации из взрывоопасной среды в безопасную и наоборот применяется оптико-электрический проходной

зажим.

На рис. 5 представлен взрывобезопасный оптико-

электрический проходной зажим [7].

Рис. 5. Взрывобезопасный оптико-электрический проходной зажим

Проходной зажим содержит токоведущую шпильку, в которой имеются взрывонепроницаемое

сквозное отверстие, оптический зажим, выполненный в виде цанги и фиксирующей гайки. В цанге есть юстирующее отверстие, концы цанги разрезные. Такое выполнение проходного зажима позволяет передавать как электрические, так и оптические сигналы и использовать его во взрывозащищенном

электрооборудовании, в котором встроены элементы оптической связи. Это позволяет сократить

металлоемкость (нет необходимости устанавливать специальный оптический разъем) и упростить

электрооборудование в системах передачи информации по

комбинированному волоконно-

оптическому кабелю.

Для обеспечения эффективного управления железнодорожными

перевозками используется

микропроцессорная система

централизации МПЦ-МЗ-Ф,

разработанная компанией «Форатек АТ» на основе аппаратной платформы производства Siemens, получившей широкое распространение на железных дорогах многих стран мира.

Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, позволяющий осуществлять:

- дистанционное управление стрелками и светофорами, переездами и другими объектами;

- контроль состояния технических средств, участвующих в процессе управления;

- формирование протоколов работы устройств (событий и состояний);

- выдачу дежурному по станции (ДСП) и электромеханику (ШН) оперативной, архивной и нормативно-

справочной информации.

Система МПЦ-МЗ-Ф построена как интегрированная человеко-машинная система, функционирующая в реальном времени и включающая в себя комплекс программно-аппаратных средств. Структура системы позволяет создавать любые конфигурации аппаратной и программной части в соответствии с конкретным проектом с последующей переконфигурацией при необходимости изменения путевого развития объекта.

Применение волоконных

световодов не ограничивается системами связи. Активно развивается научно-прикладная область, связанная с разработкой волоконно-оптических датчиков различных физических величин. Оптические датчики являются электронными схемами, реагирующими на изменение потока света, которые падают на приемник, благодаря чему фиксируется присутствие или не присутствие объекта в какой-либо области пространства. Повышение эффективности кодирования источника света повышает его эффективность и уменьшает влияние колебаний. Конструктивно в систему датчика входят два основных функциональных блока: источник и приемник излучения.

На рис. 6 показан датчик ВБР, который построен на основе технологии волоконных решеток Брэгга. Принцип измерения сигнала в датчиках ВБР основан на отклике отраженной длины волны на изменения температуры или деформации. Длины волн,

соответствующие ограничению,

заданному в уравнении, отражаются на поверхностях, модулированных по показателю преломления

ультрафиолетовым светом Хв=пей"2Л с эффективным показателем преломления пей. Длина волны Брэгга Хв зависит от периода обработки решетки Л, который

увеличивается или уменьшается в результате температурной или

деформационной обработки.

Рис. 6. Волоконно-оптический датчик на решетке Брэгга

Датчик монтируются на подошве рельса и, таким образом, позволяет определить скорость, ускорение, выполнить счет осей и взвешивание подвижного состава в движении.

Недостатком волоконно-

оптического датчика давления, как и вышеуказанного датчика, для мониторинга железнодорожного пути является невысокая надежность работы, обусловленная влиянием на датчик ненормированной силой в процессе его работы, которая может привести либо к ошибке при идентификации выходного сигнала, либо к выходу его из строя.

При работе ВОЛС возможны нештатные ситуации, не приводящие к прекращению ее эксплуатации, но требующие определенных расходов. Особую опасность представляет выход из строя кабельной линии связи, проложенной в земле, требующий продолжительных аварийно-

восстановительных работ. Чрезвычайно важными следует считать мероприятия, направленные на сокращение времени простоя и поиска неисправности ВОСП, в том числе и повреждения ВОК.

В [8] предложен способ поиска повреждения ВОК и устройство определения места повреждения. С помощью устройства осуществляют периодическое импульсное

зондирование с торца кабеля,

регистрируют на экране индикатора момент прихода импульса от места повреждения, создают с помощью внешнего воздействия локальную неоднородность в ОС, фиксируют импульс от локальной неоднородности, при совмещении импульсов,

отраженных от места повреждения и от локальной неоднородности, определяют место повреждения кабеля.

Создать искусственную

неоднородность в ОС можно различными техническими средствами, зависящими от условий прокладки кабеля и его конструкции. Если непосредственный доступ к кабелю отсутствует (проложен в земле, в жесткой трубе), то искусственную неоднородность можно создать направленными кратковременным

облучением кабеля у-лучами. При использовании устройства определяется место повреждения оптических световодов в кабеле независимо от его конструкции и непрямолинейной трассе с различными поворотами.

Решение проблем надежности и устойчивости сводится к созданию оптимальной системы технической эксплуатации, которая обеспечивает выполнение технико-экономических

условий:

функционирования надежность одна

устойчивого ВОСП. Ее

из

основных

характеристик, определяющих качество работы системы, комплексным показателем которой является коэффициент готовности кг (или значение коэффициента простоя кп=1-кг), а также сопутствующие ему показатели - среднее время наработки на отказ (ю, ч) и среднее время восстановления ф, ч), затрачиваемое на обнаружение отказа, поиск его причин и устранение последствий:

кг=10/(10+1в).

Расчет показателей надежности ВОСП ведется с учетом особенностей конфигурации сети и исходных данных о надежности составных элементов оборудования. Одним из основных параметров оценки надежности линейно-кабельных сооружений ВОЛС является средняя интенсивность или плотность повреждений ц,

приходящаяся на 100 км ВОЛС, которая рассчитывается по формуле

ц=Мо' 100/Ьк,

где Мо - число отказов на линии передачи длиной L км за к лет. Значение ц определяется отдельно для различных видов отказов, что удобно для анализа и оценки воздействия внешних и внутренних влияющих факторов на собственные

характеристики надежности

технических средств ВОЛС,

построенных с подвеской кабеля на опорах контактной сети или высоковольтных линий

автоблокировки, а также при непосредственной прокладке его в грунте или трубопроводе. В свою очередь коэффициент готовности кг1 на 100 км линии определяется следующим соотношением:

кг1=(1;г-1вц)Лг,

где Ъ - число часов в году;

1в - среднее время восстановления,

ч.

Отсюда при известных значениях коэффициента готовности кг и интенсивности отказов ц среднее время восстановления ;в и наработки на отказ 10 определяются следующими соотношениями:

1в= 1г(1- кг1)/ц, 10= 1в'кг1(1- кг1).

Коэффициент готовности, среднее время восстановления и другие показатели обычно нормируются. Так, Международный союз электросвязи (МСЭ-Т) рекомендует значение кг=0,996 для ВОЛС протяженностью 2500км. Национальные стандарты развитых стран являются более жесткими. Поэтому в руководящих технических материалах (РТМ) «Основные положения развития первичной сети связи Российской Федерации» (Москва, ЦНИИС, 1994) значение коэффициента готовности кг для перспективной ВОЛС

протяженностью 13900 км (без резервирования) определен равным 0,985. Отсюда значение коэффициента готовности для линии связи протяженностью 100 км составляет 0,99989. Это же значение кг для линии 100 км может быть рекомендовано и для ВОЛС железнодорожного транспорта.

Годовые эффекты определяются с учетом средних потерь от аварий на ВОСП, что должно соответствовать сложившейся практике определения эксплуатационных расходов с некоторыми непредвиденными

потерями.

Пусть Р{ - вероятность выхода из строя ВОСП в 1-м году, а ^ - расходы на устранение возможной аварии и

связанных с ней последствий оператора ВОСП (прибыль) будет

(недополучение доходов, штрафные определяться за вычетом величины

санкции со стороны заказчиков и т.п.). РгЯь Тогда ожидаемое значение чистой

В этом случае получаемый эффект текущей стоимости будет:

п

(Д1 - Э -Рг^)(1-Нп) + А, _ у К

_ у (Д¿ - Э -П- "0(1 - Пп) + Aj Y Цож (1 + r) 1 Lu

(1 + г)1 ¿-,(1 + г)1

i=1 i=0

где Ki - капитальные затраты на создание ВОЛС в i-м году;

Д - доходы в i-м году;

Эi - эксплуатационные расходы в i-м году;

Ai - амортизационные отчисления в i-м году;

Нп - налог на прибыль в относительных единицах;

r - ставка дисконта.

Как предлагается во многих литературных источниках, наличие риска может быть учтено с помощью увеличения дисконтной ставки на величину некоторой добавки, получившей название "премия за риск":

ri = r + r risk ,

где r - ставка дисконта без учета фактора риска;

rrisk - премия за риск.

Управление движением поездов с высоким уровнем безопасности является одной из основных задач отрасли железнодорожного транспорта, при решении которой необходимо учитывать как многокритериальную организацию самого перевозочного процесса, так и условия технической эксплуатации подвижного состава и инфраструктуры железных дорог.

Выводы

В работе выполнен анализ

существующих ВОСП информации и элементов оптической связи,

применяемых на железных дорогах РФ. Современные масштабы и темпы внедрения систем и средств передачи информации по волоконно-оптическим световодам оказали существенное влияние на повышение качества и надежности связи. Их развитие связано, прежде всего, с интенсивностью перевозок и обеспечением

необходимого уровня безопасности движения. Для эффективного решения этих задач на железных дорогах большое значение имеют современные цифровые систем передачи информации и волоконно-оптические сети связи. Такие сети связи уже широко используются в транспортных комплексах за рубежом.

Показано, что на основе ВОСП на железных дорогах создаются дорожные и отделенческие цифровые сети связи, по которым осуществляется

планирование и оперативное

руководство работой железной дороги и ее хозяйственных подразделений. Непрерывно развиваются также сети автоматизированной цифровой

общеслужебной телефонной связи, внедряются новые системы

железнодорожной автоматики и телемеханики, обеспечивающие

безопасность движения грузовых и пассажирских поездов.

Список литературы

References

1. Проектирование волоконно-оптической сети связи железной дороги: учеб.-метод. пособие / П.М. Буй, Н.Ф. Семенюта; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. -Гомель: БелГУТ, 2014. - 99 с.

2. Хиврин, М.В. Волоконно-оптические системы и средства связи в горной промышленности: Обзор / М.В. Хиврин, Н.А. Чехлатый. -ЦНИЭИуголь. - М., 1988.

3. Протцнер, С. Система микропроцессорной централизации МПЦ-МЗ-Ф / С. Протцнер, С.В. Власенко, Ю.С. Смагин, О.Ю. Шатковский // Железные дороги мира. - 2010. - №10. - С.56-60.

4. Чехлатый, Н.А. Исследование и разработка устройств передачи информации для систем управления технологическими процессами угольных шахт: Автореф. дис. кандидата технич. наук: 05.12.02. - Одесса, 1986. - 24 с.

5. А.с. 1115594А SU, МКИ7 G02B 5/16. Комбинированный волоконно-оптический кабель / Н.А. Чехлатый, Н.П. Демченко, А.П. Стехин, А.А. Фурманов; ДОИ «Гипроуглеавтоматизация». Для служебного пользования.

6. А.с. 1155078А SU, МКИ7 G02B 5/16. Соединитель для многожильного волоконно-оптического кабеля / Н.А. Чехлатый, А.П. Стехин, Р.Г. Семенуха, Д.М. Пилипенко; ДОИ «Гипроуглеавтоматизация». Для служебного пользования.

7. А.с. 1616403А1 SU, МКИ7 Н01В 17/26. Проходной зажим / Н.А. Чехлатый, Д.М. Пилипенко, Р.Г. Семенуха, Н.П. Демченко, С.А. Песок; ДФИ «Гипроуглеавтоматизация». Для

1. Design of a fiber-optic railway communication network: educational method. manual / P.M. Bui, N.F. Semenyuta; Ministry of Education Rep. Belarus, Belarusian state University of Transport - Gomel: BelGUT, 2014. -99 p.

2. Khivrin,M.V. Fiber-optic systems and communications in the mining industry: Review / M.V. Khivrin, N.A. Chekhlaty. - TsNIEIugol. - M., 1988.

3. Protzner, S. Microprocessor centralization system MPC-MZ-F / S. Protzner, S.V. Vlasenko, Yu.S. Smagin, O.Yu. Shatkovsky // World Railways -2010. - №. 10. -P.56-60.

4. Chekhlaty, N.A. Research and development of information transmission devices for control systems of technological processes in coal mines: Abstract of thesis. dissertation of the candidate of technical sciences. Sciences: 05.12.02. - Odessa. 1986. - 24 p.

5. Copyright certificate 1115594A SU, MKI7 G02B 5/16. Combined fiberoptic cable / N.A. Chekhlaty, N.P. Demchenko, A.P. Stekhin, A.A. Furmanov; DPI "Giprougleavtomatizatsiya". For administrative use.

6. Copyright certificate. 1155078A SU, MKI7 G02B 5/16. Connector for multicore fiber optic cable / N.A. Chekhlaty, A.P. Stekhin, R.G. Semenukha, D M. Pilipenko; DPI "Giprougleavtomatizatsiya". For administrative use.

7. Copyright certificate. 1616403A1 SU, MKI7 N01V 17/26. Through clamp / N.A. Chekhlaty, D.M. Pilipenko, R.G. Semenukha, N.P. Demchenko, S.A. Sand; DFI "Giprougleavtomatizatsiya". For

служебного пользования.

8. А.с. 1492320А1 SU, МКИ4 G01R 31/11/ Способ определения места повреждения комбинированного

волоконно-оптического кабеля/

Н.А. Чехлатый, В.В. Безруков, М.И. Беловолов, Н.П. Демченко; ДФИ «Гипроуглеавтоматизация». Опубл.

07.07.89, Бюл. № 25.

Аннотации:

В статье выполнен анализ существующих решений, их конкретная реализация и применение волоконно-оптических систем передачи информации на железнодорожном транспорте. Приведены структура волоконно-оптической цифровой сети связи железной дороги, особенности ее проектирования, расчет оптических параметров линейного тракта, основных параметров надежности и др.

Ключевые слова: волоконно-оптический кабель, длина волны, одномодовый,

Сведения об авторах

Чехлатый Николай Александрович

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донецкий институт железнодорожного транспорта» (ДОНИЖТ), кафедра «Подвижной состав железных дорог»,

кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected] Паламарчук Татьяна Николаевна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донецкий институт железнодорожного транспорта» (ДОНИЖТ), кафедра «Подвижной состав железных дорог»,

кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected]

administrative use.

8. Copyright certificate

1492320A1 SU, MKI4 G01R 31/11/ Method of determining the location of damage to a combined fiber-optic cable / N.A. Chekhlaty, V.V. Bezrukov, M.I. Belovolov, N.P. Demchenko; DFI "Giprougleavtomatizatsiya". Publ.

07/07/89, Bull. No. 25

многомодовый, телекоммуникация.

The article analyzes existing solutions, their specific implementation and the use of fiber-optic data transfer systems in railway transport.

The structure of a fiber-optic digital communication network of railway is shown, features of its design, calculation of optical parameters of a linear path, basic reliability parameters, etc. are presented.

Keywords: fiber optic cable, wavelength, single-mode, multimode, telecommunications.

Information about the authors

Chehlaty Nikolai Alexandrovich

Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education "Donetsk Railway Transport Institute" (DRTI), Department 'Railway Rolling Stock', Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, e-mail: [email protected]

Palamarchuk Tatyana Nikolaevna

Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education "Donetsk Railway Transport Institute" (DRTI), Department 'Railway Rolling Stock', Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, e-mail: [email protected]