Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации




НазваниеАвтоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации
страница1/5
Дата конвертации30.12.2012
Размер0.53 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5


На правах рукописи


Уманский Владимир Ильич


АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
НА БАЗЕ ИНТЕГРАЦИИ МЕТОДОВ
ВЫСОКОТОЧНОГО СПУТНИКОВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
И ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ



05.13.06. – Автоматизация и управление технологическими процессами
и производствами (транспорт)

05.22.08. – Управление процессами перевозок


Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

доктора технических наук


Москва 2012


Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)» на кафедре «Управление и информатика в технических системах».

Научный консультант Доктор технических наук

Розенберг Игорь Наумович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Доенин Виктор Михайлович

Доктор технических наук, профессор

Шмулевич Михаил Израильевич

Доктор технических наук, профессор

Абрамов Валерий Михайлович

Ведущее предприятие: ОАО «Всероссийский Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»)


Защита состоится 15 февраля 2012 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д.218.005.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский Государственный университет путей сообщения» (МИИТ) по адресу:127994, г. Москва, ул. Образцова, д.9, стр.9, аудитория 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации (в двух экземплярах) просим направлять по адресу Университета.


Автореферат разослан ____________2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,
д.т.н. В.Г. Сидоренко

Общая характеристика работы


Актуальность темы. Предоставление услуг спутниковых навигационных систем (СНС) GPS и ГЛОНАСС позволяет модернизировать многие технологические процессы. Внедрение спутниковых навигационных технологий (далее СНТ) в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) на железнодорожном транспорте целесообразно в связи с большим числом подвижных объектов, навигационный контроль за местоположением которых приносит качественно новые результаты в управлении перевозками, и необходимостью совершенствовать методы текущего содержания инфраструктуры и обеспечения безопасности движения.

Для эффективного применения СНТ необходимо теоретически обосновать и практически реализовать высокоточное координатное пространство и цифровые модели пути как метрико-методологическую основу координатных методов управления, разработать интегрированные с инерциальной навигацией системы высокоточного спутникового позиционирования, развить возможности систем АСУ ТП железнодорожного транспорта с учетом СНТ. Указанные вопросы разработаны в диссертации, в том числе нашли внедрение новые решения по автоматизированному управлению маневровой работой на станциях, движением поездов в период предоставления «окон» для ремонта пути и некоторые другие.

Все это определяет актуальность исследования, его направленность на решение важных теоретических вопросов и практических задач по одному из стратегических, инновационных путей технологического и технического развития железнодорожного транспорта.

Объектом исследования являются автоматизированные системы управления перевозочным процессом железнодорожного транспорта, в которых эффективно применение спутниковых навигационных технологий.

Целью работы является создание и теоретическое обоснование новой структуры автоматизированных систем управления технологическими процессами на основе высокоточного спутникового позиционирования подвижных объектов, обеспечивающих эффективное управление перевозочным процессом и маневровой работой, повышение безопасности движения с использованием новых методов технического мониторинга железнодорожного пути.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • разработать экономически целесообразные бортовые навигационные устройства на основе комплексирования спутниковых и инерциальных измерений, обеспечивающие высокоточное позиционирование и определение угловых положений локомотива;

  • развить функциональные возможности автоматизированных систем управления перевозочным процессом и маневровой работой, используя точные навигационные определения положения подвижных объектов и характеристики их движения;

  • разработать автоматизированные системы оперативного мониторинга состояния пути на основе бортовых спутниково-инерциальных измерений и данных лазерного сканирования.

Методы исследования основаны на положениях теории автоматического управления, математической статистики и теории вероятностей, теории надежности, теории фильтрации, теории статистических решений.

Новизна научных положений, выносимых на защиту:

  1. Системно определены области и масштабы внедрения СНТ в управлении перевозочным процессом на основе разработанной классификации мно­жества функций перевозочного процесса с учетом изменений в их техно­логическом обеспечении и реализации АСУ ТП при использовании СНТ;

  2. Обоснован выбор бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) с минимальным приборным составом измерительного комплекса для решения задачи устойчивого высокоточного позиционирования подвижных объектов ж/д транспорта на основе интеграции спутниковых и инерциальных методов навигации и выполнен синтез математической модели БИНС, инвариантной к виду физической модели объекта, характеру движения и помех измерений. Разработанная модель позволяет построить на основе автономной информации замкнутые алгоритмы фильтрации навигационных параметров локо­мотива, обеспечивающие последующую устойчивую интеграцию БИНС и CНС;

  3. Решена задача тесной интеграции БИНС и CНC, обеспечивающая наблюдение параметров не только линейного, но и углового движения объекта и устойчивое субоптимальное оценивание его вектора состояния в том числе и на временных интервалах между спутниковыми навига­ционными сообщениями. С этой целью выполнен синтез информационных стохастических моделей сигналов спутниковых измерений в соответствующих системах координат и их представление в различных параметрах вращения с учетом дискретизации спутниковых навигационных сообщений во времени;

  4. Впервые получено теоретическое решение задачи глубокой интеграции автономной БИНС и CНС, позволяющее повысить точность навигационного решения за счет замены детерминированных алгоритмов расчета параметров спутника комплексированными алгоритмами непрерывно  дискретной стохастической оценки, а также получить стохастическую динамическую нелинейную модель эволюции ошибок навигационных параметров в СНС ГЛОНАСС. На основе полученных оценок навигационных параметров разработаны алгоритмы построения высокоточной цифровой модели пути и его текущей технической экспресс-диагностики;

  5. Разработаны: архитектура АСУ движением поездов в период предоставления «окон» с использованием данных спутникового позиционирования (АС ОГДПО), технология построения оперативного графика на «полигоне окна» на основе организации имитационного моделирования работы направления, условия толерантности системы к изменению входных данных при выполнении оперативного графика и соблюдении заданных ограничений;

  6. Разработаны принципы построения АСУ маневровыми маршрутами (АСУММ) с использованием высокоточного спутникового позиционирования, включающие: декомпозицию станций на отдельные маневровые районы с определением локальных целевых функций, систему кодирования «элементарных» маршрутов, из которых состоят маневровые рейсы и полурейсы, определения моментов времени принятия решений и ограничений при определении очередности выполнения маршрутов;

  7. Разработаны методы и алгоритмы оперативного выявления аномалий форм рельсовых нитей (АФРН) по данным бортовой инерциальноспутниковой системы, основанные на критерии совместного обнаружения и оценивания параметров альтернативных сложных гипотез и методе субоптимальной идентификации параметров АФРН в реальном времени, обеспечивающие повышение точности идентификации за счет использования вероятностных критериев, нелинейно зависящих от апостериорной плотности вероятности вектора состояния;

  8. Разработаны алгоритмы автоматического построения цифровой модели пути (ЦМП) в части профиля земляного полотна по результатам лазерного сканирования, впервые обеспечивающие адаптивный поиск точек стационарности случайного профиля и устойчивые к помехам сканирования.

Достоверность и обоснованность полученных научных выводов подтверждается их реальным использованием в автоматизированных системах управления перевозочным процессом, результаты работы которых соответствуют теоретическим положениям диссертационной работы.

Практическая значимость выполненных исследований:

– разработанная системная классификация ТП основной деятельности ОАО «РЖД» с применением СНТ позволяет повысить качество текущего и пер­спективного планирования и ускорить получение технико-экономического эффекта при реализации проектов в управлении перевозочным процессом; – разработанный метод тесной и глубокой интеграции БИНС и СНС обеспечивает высокоточное позиционирование подвижных единиц и актуализацию цифровых моделей пути при минимизации стоимости аппаратуры, что позволяет широко развернуть внедрение СНТ в АСУ перевозочного процесса;

– разработанная с использованием спутниковых технологий АСУ движением поездов в период предоставления «окон» на основе точной оперативной информации о транзитных и образующихся поездах на «полигоне окна» обеспечивает: сокращение на величину до 40% межпоездных интервалов между попутно следующими поездами в пакетах по временно однопутному перегону двухпутных участков, рациональное формирование числа поездов в пакетах и эффективную смену направления движения пакетов, повышение в целом пропускной способности участков в период предоставления «окон» и сокращение до 33% передержек «окна» по организационным причинам;

– разработанная с использованием высокоточного позиционирования АСУ маневровыми маршрутами (АСУММ) обеспечивает выбор рациональной очередности выполнения маршрутов при сокращении на 5–7% времени ожидания их выполнения;

– разработанные системы оперативного мониторинга АФРН и автоматического построения профиля земляного полотна позволяют повысить безопасность движения и снизить затраты на содержание инфраструктуры.

Полученные результаты использованы при разработке и внедрении в ОАО «РЖД» следующих систем: Комплекс позиционирования подвижных объектов на цифровой модели путевого развития станции Ярославль с использованием дифференциального режима СНС и реализации графика исполненной работы станции; Построение вариантного графика на СКЖД, обеспечивающего увеличение до 7% пропускной способности участка; формирование Комплексной Системы Пространственных Данных Инфраструктуры Железнодорожного Транспорта (КСПД ИЖТ), Контроль работы ССПС в «Окно»; Контроль поездов «Сапсан» в системе «Автодиспетчер» на направлении Москва – С. Петербург; Интегральная система экспресс-диагностики пути на основе инерциальных датчиков и спутниковой навигации.

Апробация работы: полученные результаты докладывались на: международных научно-практических конференциях «ИНФОТРАНС», Санкт-Петербург, 2004 г., 2005 г., международной конференции «Современные тенденции развития средств управления на железнодорожном транспорте», Москва, 2006 г, II международной научно-практической конференции «Информатизация и глобализация социально – экономических процессов», Москва, 2007 г., научных сессиях МИФИ, Москва, 2008–2010 гг., международных конференциях «Геопространственные технологии и сферы их применения», Москва, 2008–2011 г.г., международных конференциях «Спутниковые технологии на службе железнодорожного транспорта», Москва, 2008 г., Тверь, 2009 г., международных конференциях «Безопасность транспорта», Пшибрам, 2006–2007 гг., Прага, 2008, 2010, 2011 гг., национальных конференциях по искусственному интеллекту «КИИ 2008, 2010», Дубна, 2008, 2010 гг., научно-практической конференции «Комплексная система содержания инфраструктуры ОАО «РЖД», Москва, 2009 г., международной конференции «ТелекомТранс», Сочи, 2008 г., международной конференции 14-th Conference on Applied Stochastic Models and Data Analysis (ASMDA 2011), Rome, Italy, 6–10 June, 2011.

Публикации и личный вклад автора: По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 1 монография и 21 в изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций.

Все результаты, представленные в диссертации, получены лично автором или при его непосредственном участии. В совместных публикациях вклад автора состоит в постановке и проведении теоретических и прикладных исследований, которые определяют основу диссертации и новизну полученных результатов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7-ми глав, заключения, списка использованных источников. Общий текст включает
332 стр., 85 рис., 19 табл.

Во введении показана актуальность проблемы. Одним из перспективных и эффективных направлений внедрения СНТ является их использование в АСУ ТП. Во многих случаях это обеспечивает интеллектуализацию систем с достижением качественно новых результатов в работе железнодорожного транспорта.

В первой главе определен потенциал использования СНТ в управлении перевозочным процессом и обеспечении безопасности, дана постановка проблемы.

Большой вклад в создание, развитие и внедрение отечественных АСУ железнодорожного транспорта внесли ученые и специалисты ОАО «РЖД», ОАО «НИИАС», ОАО «ВНИИЖТ», вузов – МИИТ, РГУПС, ПГУПС и других организаций – Абрамов В.М., Алексеев В.М., Баранов Л.А., Батурин А.П., Бестемьянов П.Ф., Василенко М.Н., Горелов Г.В., Доенин В.В., Железнов М.М., Ерофеев Е.В., Лёвин Б.А., Лецкий Э.К., Лисенков В.М., Матвеев С.И., Никитин А.Б., Козлов П.А., Коугия В.А., Розенберг Е.Н., Розенберг И.Н., Сазонов Н.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Сотников Е.А., Сидоренко В.Г., Шаров В.А., Шелухин В.М., и другие ученые и специалисты.

В диссертации область исследования применения СНТ затрагивает организацию перевозочного процесса и маневровой работы, а также текущее содержание инфраструктуры и обеспечение безопасности. Выделены общие задачи при построении АСУ ТП с использованием СНТ. Первая –высокоточное позиционирование подвижных единиц в координатном пространстве, использующем цифровые модели пути, вторая – учет координатной информации в контуре управления. Решение этих задач требует проведения самостоятельных исследований, которые представлены в диссертации.

В ходе анализа потенциала применения СНТ разработана классификация функций перевозочного процесса с учетом изменений в их технологическом обеспечении при использовании СНТ. Множество таких функций представим в виде: . В свою очередь,

, , , , , .

Здесь – подмножества функций и индексами обозначены:
1 и 2 – управление движением поездов и маневровой работой, 3 и 4 – мониторинг инфраструктуры и подвижного состава, 5 – обеспечения безопасности,
6 – специального контроля перевозок. Детализация подмножеcтв:

– информационное обеспечение диспетчеров, - разработка оперативных графиков для участков, и – интервальное регулирование и управление потоками поездов, – реализация энергосберегающих расписаний, - разработка оперативных графиков в период «окон»; , – управление маршрутами на станциях и подъездных путях; – мониторинг инфраструктуры, – выполнение технологии лубрикации в системе «колесо – рельс», – оптимизация использования специального самоходного подвижного состава; , – контроль состояния локомотивов и вагонов в различных случаях; – контроль проезда запрещающих сигналов, превышения скорости и др., – контроль мест возможных опасных природно-техногенных процессов, – контроль вагонов с опасными грузами, – контроль восстановительных работ, – обеспечение безопасности в пассажирском комплексе, – обеспечение безопасности на переездах; – контроль: пригородного сообщения, перевозок скоропортящихся грузов, перевозок контейнерных грузов и др.

Масштабность проблемы характеризуется тем, что системы автоматизации с использованием СНТ требуют охвата высокоточным координатным обеспечением инфраструктуры на всей развернутой длине главных и станционных путей (>170 000 км) и оснащения бортовыми системами как минимум 22400 единиц тягового подвижного состава и более 1400 подвижных единиц, используемых для содержания инфраструктуры. Реализация СНТ нацелена на достижение важных для ОАО «РЖД» результатов: повышение эффективности поездной и маневровой работы и безопасности, повышение пропускной способности наиболее загруженных линий, экономию энергетических и других видов ресурсов.

Принципиальная схема выполненных исследований представлена на рис. 1.




  1   2   3   4   5

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация планирования и управления транспортировкой продукции пищевой промышленности
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация систеза организационной структуры управления промышленным предприятием с применением многоролевых деловых игр
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация принятия решений в системе управления производством асфальтобетонных смесей на основе интегральных критериев ритмичности
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация процессов управления связным многокомпонентным дозированием промышленного производства бетонных смесей с оптимизацией по критерию качества
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconРазработка и исследование моделей устойчивых систем инерциальной навигации
Работа выполнена в лаборатории прецизионных оптических методов Института автоматики и процессов управления дво ран

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация и управление процессами аттестации персонала предприятий промышленности на основе моделей и алгоритмов представления и оценки профессиональных знаний
Специальность 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconИсследование участия теплофикационного энергоблока т-250 в регулировании частоты и мощности в энергосистеме на базе его тренажерной модели
Специальность: 05. 13. 06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям: энергетика)

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconПрограмма учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами»
Учебная дисциплина "Системы управления химико-технологическими процессами" является одной из основных профилирующих дисциплин в системе...

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconАвтоматизация пищевых производств
Благовещенская М. М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. М.: Высшая школа, 2005. 768с

Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации iconТеоретические основы управления ресурсом дэс электротехнических комплексов
Специальность 05. 13. 06. – Автоматизация и управление технологическими процессами и производства (промышленность)


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница