Курсовая работа (т): Спутниковая навигация на железнодорожном транспорте

Спутниковая навигация на железнодорожном транспорте

Введение

В настоящее время у многих ведомств и организаций возникает необходимость оперативного слежения за местоположением и состоянием подвижных объектов, а также передачи на них оперативной информации.

Практически все заинтересованные диспетчерские службы в настоящее время имеют в своем распоряжении те или иные технические средства, позволяющие осуществлять контроль (слежение) за передвижением своих объектов. Однако существующие средства не являются совершенными, обладают малой степенью автоматизации и имеют малую достоверность.

В последние годы настоятельно ставится задача о внедрении новых надежных технических средств, которые позволили бы осуществлять автоматизированный сбор диспетчерской информации с подвижных объектов, а также передавать информацию на объекты. Технически эта задача может быть выполнена целым рядом средств, как традиционных, так и спутниковых. На практике, однако, ни одна из возможных систем так и не была реализована на территории России.

Спутниковый мониторинг транспорта - система спутникового мониторинга и управления подвижными объектами, построенная на основе систем спутниковой навигации, оборудования и технологий сотовой и/или радиосвязи, вычислительной техники и цифровых карт.

В настоящее время в России активно продвигается и лоббируется использование сигналов спутников ГЛОНАСС, разработка и производство клиентского оборудования мониторинга для этой системы. Принят ряд законодательных актов, которые форсируют внедрение ГЛОНАСС и ограничивают применение других систем.

С 1 января 2006 г. все вновь вводимые в эксплуатацию транспортные средства, включая самолеты, суда, наземный транспорт, геодезическое оборудование и космические аппараты, - должны в обязательном порядке оснащаться аппаратурой спутниковой навигации отечественной системы ГЛОНАСС или комбинированными приемниками ГЛОНАСС/ GPS. Согласно постановления правительства от 25 августа 2008 г. N 641:

"В целях обеспечения национальной безопасности, проведения независимой политики в области спутниковой навигации, повышения эффективности управления движением транспорта, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов, а также совершенствования геодезических и кадастровых работ Правительство Российской Федерации постановляет:

. Оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS подлежат следующие транспортные, технические средства и системы:

... г) автомобильные и железнодорожные транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов...

... 5. Федеральным органам исполнительной власти обеспечить с 2010 года проведение работ по поэтапному оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS находящихся в эксплуатации (вводимых в эксплуатацию) транспортных, технических средств и систем, указанных в пункте 1 настоящего Постановления."

Итак, целью написания данной дипломной работы является оборудование СРНС ГЛОНАСС парка локомотивов Локомотивного эксплуатационного депо Белогорск с установкой мобильных терминалов ГЛОНАСС/GPS на каждый магистральный пассажирский локомотив (приписанный к депо), с реализацией тракта передачи данных от локомотивов в ЕДЦУП посредством операторов сотовой связи по технологии GPRS. Оборудование СРНС ГЛОНАСС локомотивов призвано решить следующие задачи:

-  исполнение законодательных актов правительства РФ в части оснащения аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС железнодорожных транспортных средств, используемых для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов;

-       повысить безопасность движения за счёт более точной, по сравнению с используемыми в настоящее время на железнодорожном транспорте, системами СЦБ;

-       обеспечение, в режиме реального времени, координатно-временной информацией ГИС и АСУ железнодорожного транспорта (АСО УП, АСУ СС, ГИС РЖД, ИОММ и др.)Использовать данные, получаемые с мобильных терминалов ГЛОНАСС/GPS, в коммерческих целях таких, как информирование грузоотправителя/грузополучателя о передвижениях состава с грузом;

-       в штатный состав восстановительных поездов РЖД могут войти беспилотные летательные аппараты (БЛА). Беспилотные разведчики позволят быстро оценивать ситуацию на месте аварии и качественно организовывать восстановительные работы. В случае аварии с опасными грузами, например при разливе химически опасных жидкостей, БПЛА может оценить масштаб разлива и быстрее его локализовать;

-       для построения систем автоматического оповещения о приближении поездов к переездам;

-       для построения систем автоматизации путевых работ с использованием путевых машин и комплексов;

-       для построения автоматизированных систем учёта и контроля выполнения графиков плановых ремонтов и технического обслуживания локомотивов.

1. Обзор литературных источников и интернета

С развитием спутниковой навигации, с построением спутниковых «оболочек» Земли таких, как GPSNAVSTAR, ГЛОНАСС, GALILEO развиваются и компании, оборудующие комплексами спутниковой навигации и позиционирования транспорт и неподвижные объекты. Выходят (уже достаточное количество) в свет литературные издания с описаниями принципов построения таких комплексов, где приведены основные принципы работы, состояние и перспективы развития глобальных спутниковых радионавигационных систем.

Из отечественных авторов известны работы:

В.В. Конин, В.П. Харченко «Системы спутниковой радионавигации». В книге рассматриваются глобальные спутниковые (GNSS) радионавигационные системы и навигационные характеристики с позиций потребностей систем CNS/ATM и международных организаций: ICAO, IMO, Евроконтроля. Приводятся характеристики сигналов навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС, алгоритмы формирования сигналов и корректирующей информации, методы расчета орбитального движения спутников, преобразования координат и решения навигационных задач. Излагаются вопросы проектирования авиационных дифференциальных спутниковых станций и адаптивных антенных систем для противодействия помехам. Прилагаются программы в среде MatLab, касающиеся всех процедур вторичной обработки данных навигационных спутников;

Ю.А. Соловьев «Системы спутниковой навигации». В доступной форме излагаются основные принципы работы, состояние и перспективы развития глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) GPS, ГЛОНАСС, Галилео, широкозонных дифференциальных подсистем (ДПС) WAAS, EGNOS, MSAS, региональных и локальных ДПС различного назначения. Основное внимание обращено на такие характеристики СРНС, как точность определения навигационных параметров и времен, доступность, целостность, непрерывность обслуживания.Книга содержит материалы по характеристикам аппаратуры потребителя и её помехоустойчивости, новым применениям, комплексированию аппаратуры с другими
средствами, базам навигационных данных, стандартизации технических решений. В заключение приведены перечни основных терминов и определений, адресов заинтересованных организаций и их страниц в сети Интернет, изданий и календарь наиболее значимых мероприятий на предстоящие годы в области СРНС;

Б.Б. Серапинас «Глобальные системы позиционирования». Третье издание учебного пособия с простым и в то же время профессиональным изложением материала содержит основные сведения по устройству и применению спутниковых систем и позиционирования ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), теоретические основы измерений и обработки результатов. Первое издание учебное пособие "Основы спутникового позиционирования" было составлено по лекциям, которые читались студентам-картографам Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Вторая книга "Введение в ГЛОНАСС и GPS измерения" была издана в Ижевске Удмуртским государственным университетом.

Среди зарубежных авторов можно выделить работы Ж.М. Зог «Основы спутниковой навигации». Цель этой книги обеспечить обзор систем, в которых работает спутниковая навигация, и приложений с ее использованием. Рассмотрены все последние достижения в данной области. Данный документ предназначен для пользователей, заинтересованных этой технологией, а также для специалистов в области разработки приложений. Документ построен таким образом, что есть постепенный переход от простых понятий к сложным концепциям. Основная теория спутниковой навигации будет дополнена дополнительными важными деталями. Данное руководство служит помощником для понимания технологии приемников спутниковой навигации, модулей и ICs. Важнейшие новые разработки будут приведены в различных разделах. Понимание различных координатных систем, используемых в оборудовании GNSS, является трудной задачей. Поэтому отдельная глава посвящена картографии.

Глобальная информационная сеть Интернет также содержит изобилие различных статей о спутниковой навигации и её применении для нужд Вооружённых Сил, транспортных компаний, обычных граждан. Производители профессионального оборудования (РКС, ФГУП НИИ КП, Научно-производственная фирма "Гейзер",Транзас, Компания "Геокосмос", НПП "Транснавигация", М2М телематика, МКБ "Компания", ЗАО КБ "НАВИС", Государственное унитарное предприятие "Морсвязьспутник", НТЦ "Навигатор Технолоджи", НИИМА "ПРОГРЕСС", НПО "ПРОГРЕСС", ОАО "РИРВ", SPIRITTelecom, НПП "ТЕРМОТЕХ", GeckoSystems, КБ "ГеоСтар навигация", ФГУП НТЦ "Интернавигация", Компания "Радиома", ЗАО НПП «Навгеоком», Компания «Глобальная Навигация, Телематика, Время», ЗАО "Современные Телекоммуникации", NovacomWireless,Trimble, Ashtech, Javad, Leica Geosystems, Septentrio, NovAtel, SkyWaveMobile Communications, Topcon): мобильных терминалов, роверов, референцных станций, навигаторов, и пр. на своих сайтах размещают статьи, в которых достаточно популярно объясняют основные сведения по устройству и применению спутниковых систем и позиционирования ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), приведены характеристики аппаратуры потребителя и её помехоустойчивости, новым применениям, комплексированию аппаратуры с другимисредствами, базам навигационных данных, стандартизации технических решений. Информационно-аналитический центр Федерального космического агентства также размещает подобные статьи на своём сайте.

спутниковый навигационный локомотив помехоподавляющий

2. Изучение состояния вопроса на месте

Системами спутниковой навигации на данный момент оснащены 11 тысяч локомотивов на российских железных дорогах - 35% от общего числа, сообщил руководитель Центра стратегических разработок НИИАС Николай Сазонов в августе 2010 г.

Внедрение такой системы позволяет обеспечить автоматизированный сбор информации о дислокации подвижных объектов, обслуживаемых в рамках данной системы вне зависимости от их местоположения на Земном шаре, т.е. в глобальном режиме. При этом средства системы будут автоматически вычислять географические координаты местоположения объектов и направлять их в соответствующие диспетчерские пункты пользователей. Информация может быть также запрошена с объекта по инициативе диспетчера из диспетчерского пункта и имеется возможность передать на объект необходимую информацию.

Средства системы позволяют не только решать коммерческие цели управления, но и обеспечат повышение безопасности движения объектов и будут способствовать охране человеческой жизни. Данные о дислокации аварийных объектов могут быть переданы в соответствующие поисково-спасательные службы.

Мониторинг транспорта в режиме он-лайн дает уникальную возможность всегда иметь точную и достоверную информацию о реальном местоположении и маршрутах движения транспорта. Появляется возможность сверить маршрутные листы с реальным маршрутом отображаемым на географической карте, с отчетом на котором перечислены точки маршрута, либо с полным списком пройденных адресов.

Спутниковая навигация позволяет в автоматическом режиме предоставлять информацию о перемещении локомотивов в режиме он-лайн, повышать эффективность использования подвижного состава. Также данная система способствует централизации управления движением поездов и автоматического формирования данных о проделанной работе.

В состав системы должны входить главный и региональные диспетчерские центры, в которые информация от объектов должна поступать одновременно.

Должна быть предусмотрена возможность запросов о местоположении и состоянии объектов из диспетчерских центров, а также передача на них информации.

За основу проекта СРНС была взята система точного определения местоположения локомотивов с использованием спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, разработанная специалистами ОАО «МКБ «Компас». Структура системы построена таким образом, что позволяет использовать её как на магистральном железнодорожном транспорте ОАО «РЖД», так и на предприятиях промышленного железнодорожного транспорта, имеющих свой локомотивный парк и путевую инфраструктуру, обслуживающих различные производственные комплексы добывающей, металлургической, химической и иных отраслей промышленности. Система представляет собой высокотехнологичный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для оперативного обеспечения в режиме реального времени систем управления движением на железнодорожном транспорте, а также других железнодорожных АСУ и ГИС (геоинформационных систем) информацией о местоположении, скорости и направлении движения локомотивов с использованием систем ГЛОНАСС/GPS. Она обеспечивает диспетчерский персонал и смежные системы информацией о номере пути следования, местоположении на пути в железнодорожной системе координат, скорости и направлении движения локомотива с точностью, достаточной для решения задач управления движением. В качестве смежных систем могут быть использованы автоматизированные системы управления работой станции, автоматизированные системы контроля расхода топлива, автоматизированные системы контроля сроков проведения технического обслуживания и плановых ремонтов локомотивов, автоматизированные системы использования локомотивов на предприятиях контрагентов и многие другие АСУ и ГИС, которым необходима в режиме реального времени точная информация о местоположении, направлении и скорости движения локомотивов.

Опытная эксплуатация системы проводилась на опытном полигоне Красноярского транспортного узла.

Функциональные возможности системы в сочетании с возможностями смежных систем позволяют полностью автоматизировать управление поездной и маневровой работой на железнодорожном транспорте, а также обеспечить автоматизированный дистанционный контроль за расходом топлива и параметрами работы локомотива. Основные функции, которые может выполнять система, в сочетании с упомянутыми системами контроля топлива и управления работой станции:

определение местоположения с точностью до 1 м, направления и скорости с точностью до 0,5 м/с в режиме реального времени в одноосной системе координат (километр, пикет, плюс), принятой на железнодорожном транспорте, и отображение текущего местоположения на цифровой карте путевого развития на экране ЭВМ диспетчерского персонала;

воспроизведение трека траектории движения локомотива за требуемый период времени до трёх лет;

отображение и запись в архив событий (время начала и конца простоев, время выхода и возвращения в депо, время нахождения на путях контрагентов, время включения и выключения силовой установки, время и место ухода и возвращения на пути объекта железнодорожного транспорта);

автоматическое формирование отчётов о работе локомотива и локомотивных бригад, в том числе о времени работы силовой установки локомотива, расходе топлива, простоях в рабочем и нерабочем состояниях, пробеге с момента последнего ремонта или технического обслуживания, времени нахождения на путях контрагентов, соблюдении предписанного скоростного режима, исполненном графике движения, переводе локомотива в нерабочее состояние и обратно, проведении отцепок/прицепок локомотивов от поездов, смене локомотивной бригады;

автоматизация основных операций с поездами, в том числе учёта прибытия поездов на станции, подготовки документов на прибывшие и сформированные поезда, контроля накопления вагонов в сортировочном парке и расчёта завершения образования поезда в соответствии с нормативами, контроля операций по обмену вагонами на подъездных путях контрагентов, контроля дислокации вагонов на подъездных путях предприятия, ведения вагонной модели района управления.

Для оборудования пассажирских локомотивов СРНС необходимо установить на них (локомотивы) мобильные терминалы, которые будут принимать сигналы от спутников ГЛОНАС/GPS и передавать данные о местоположении и состоянии локомотивов по каналам сотовой связи GSM на GPRS-сервер. Затем данные поступают на компьютер клиента (ЕДЦУП), где их обрабатывает специальная аналитическая программа, после чего на карте появляется точка, указывающая местоположение транспортного средства (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1-Схема взаимодействия элементов СРНС

Локомотивное эксплуатационное депо Белогорск (далее депо) Забайкальской дирекции тяги - Филиала ОАО РЖД имеет приписной парк пассажирских локомотивов. Участок обращения локомотивов от ст. Чернышевск до ст. Хабаровск составляет 1800 км.