CC BY
212
Оригинальная статья / Original article УДК 007.51.681.518.3
DOI: http://dx.d0i.0rg/l0.21285/1814-3520-2018-4-215-230
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕЕЗДАХ
© В.В. Демьянов1, О.Б. Имарова2, М.Э. Скоробогатов3
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Обеспечение безопасности движения в зоне сближения с неохраняемыми и необслуживаемыми переездами за счет автоматического снижения скорости подвижного состава на участке приближения к переезду в зависимости от текущей ситуации на переезде, без установки на переезде дополнительных устройств, за счет использования средств спутниковой радионавигационной системы. МЕТОДЫ. Предложены методы автоматического регулирования скорости подвижного состава на основе использования аппаратуры спутниковой радионавигационной системы GPS - ГЛОНАСС. Зоны сближения с переездами и контрольные точки регулирования и снижения скорости переносятся на цифровую карту пути, которая хранится в блоке памяти системы автоматического регулирования скорости. Текущая путевая ордината поезда и скорость его движения оценивается в непрерывном времени с помощью аппаратуры спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС. Блоком управления системы оценивается текущее местоположение поезда, его скорость, и принимается решение о начале и окончании автоматического торможения поезда, а также выполняется оповещение машиниста о необходимости вмешаться в процесс ведения поезда, происходит запуск устройства контроля бдительности машиниста с автоматической подачей сигнала (1 длинный гудок) в сторону переезда для оповещения водителей автотранспортных средств. На машиниста возлагается принятие окончательного решения о начале увеличения скорости при проследовании переезда либо о необходимости торможения перед переездом средствами служебного торможения в конце автоматического снижения скорости движения перед переездом до безопасного уровня. РЕЗУЛЬТАТЫ. На железнодорожных переездах должны быть выполнены два противоречивых условия: обеспечение безопасности движения и увеличение пропускной способности через переезд с сохранением скорости подвижного состава. В данном случае предложена система технических решений по автоматизированному регулированию движения скорости на необслуживаемых и неохраняемых железнодорожных переездах на основе технологий спутниковой навигации и состояния движения на переезде со стороны автодороги. ВЫВОДЫ. Функция обеспечения безопасности движения переносится с переездных устройств на локомотив с автоматизацией автоматического снижения скорости перед переездом и с возможностью окончательного контроля ситуации на переезде машинистом и может быть использована на железнодорожном транспорте в локомотиве подвижного состава, что способствует снижению количества дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями (смертельные случаи, столкновения, количество пострадавших).
Ключевые слова: переезд, автоматизация движения, контроль безопасности на переездах, спутниковая навигация на железной дороге.
Информация о статье. Дата поступления 6 марта 2018 г.; дата принятия к печати 6 апреля 2018 г.; дата онлайн-размещения 30 апреля 2018 г.
Формат цитирования. Демьянов В.В., Имарова О.Б., Скоробогатов М.Э. Состояние проблемы и методы обеспечения безопасности движения на железнодорожных переездах // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 4. С. 215-230. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-215-230
1Демьянов Владислав Владимирович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры автоматики, телемеханики и связи, e-mail:[email protected]
Vladislav V. Demyanov, Doctor of technical sciences, Associate Professor, Professor of the Automatics, Telemechanics
and Communication Department, e-mail: [email protected]
2Имарова Ольга Борисовна, аспирант, e-mail: [email protected]
Olga B. Imarova, Postgraduate student, e-mail: [email protected]
3Скоробогатов Максим Эдуардович, аспирант, e-mail: [email protected]
Maxim E. Skorobogatov, Postgraduate student, e-mail: [email protected]
STATE OF THE PROBLEM AND METHODS OF TRAFFIC SAFETY PROVISION ON RAILROAD CROSSINGS
V.V. Demyanov, O.B. Imarova, M.E. Skorobogatov
Irkutsk State Transport University,
15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074, Russian Federation
ABSTRACT. The PURPOSE of the work is to ensure the traffic safety in the proximity to open and unguarded crossings by automatic reduction of the train speed in the proximity to the railroad crossing depending on the current situation at the railroad crossing, without the installation of additional devices at the railroad crossing but through the use of the satellite radio navigation system. METHODS. The methods of automatic train speed control based on the use of satellite radio navigation system GPS-GLONASS are proposed. The proximity zones to railroad crossings and the check points of speed control and reduction are laid on the railway digital map which is stored in the memory unit of the automatic speed control system. The current track ordinate of the train and its speed are estimated in continuous time with the help of the satellite radio navigation system GLONASS. The system control unit evaluates the current location of the train, its speed, makes a decision on the start and end of automatic braking of the train as well as notifies the locomotive driver of the need to intervene in the process of train driving. It also starts the driver's alertness control device with an automatic alarm (1 lo ng whistle) in the direction of the railroad crossing to alert the drivers of vehicles. The locomotive driver is responsible for making the final decision on the start of speed increase when passing the railroad crossing or on the need for braking before the railroad crossing by service brake application at the end of the automatic reduction of speed in proximity to the railroad crossing to a safe level. RESULTS. Two contradictory conditions must be met at railroad crossings: traffic safety must be provided and railroad crossing capacity must be increased while maintaining the speed of the railway rolling stock. For this case, the system of technical solutions has been introduced for automated speed control at unguarded and open railroad crossings based on the satellite navigation technologies and the state of traffic at the crossing from the side of a motorway. CONCLUSIONS. The function of traffic safety provision is moved from railroad crossing devices to locomotives with the automation of automatic speed reduction in proximity to the railroad crossing and with the possibility for the locomotive driver to perform the final control of the situation at the railroad crossing. The use of this function on railway transport in locomotives will reduce the number of severe road accidents (fatalities, collisions, number of victims). Keywords: railroad crossing, traffic automation, safety control at railroad crossings, satellite navigation on the railroad
Information about the article. Received March 6, 2018; accepted for publication April 6, 2018; avail-able online April 30, 2018.
For citation. Demyanov V.V., Imarova O.B., Skorobogatov M.E. State of the problem and methods of traffic safety provision on railroad crossings. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018, vol. 22, no. 4, pp. 215-230. (In Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-215-230
Введение
ОАО «РЖД» отмечает рост количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и тяжесть их последствий на железнодорожных переездах. Так на Красноярской железной дороге за 9 месяцев с начала 2017 года зафиксировано 134 ДТП, отмечается увеличение коэффициента тяжести последствий ДТП на железнодорожных переездах в 2017 г. на 0,30 раза, по сравнению с 2016 г. За указанный период пострадал 171 человек, погибло - 56 человек. Для сравнения: за весь 2016 г на переездах Красноярской железной дороге пострадало 84, а погибло 29 человек. При этом по вине водителей автотранспорта рост ДТП на железно-дорожных переездах составил 43% за 2017 г. в
сравнении с 2016 г. Таким образом, остается актуальной задача разработки новых методов, алгоритмов и технических средств для обеспечения и повышения безопасности движения на переездах.
По условиям обслуживания все железнодорожные переезды можно разделить на охраняемые и неохраняемые. Если на охраняемых переездах используется полный комплекс технических средств, позволяющих существенно снизить риск столкновений железной дороги и автотранспорта, то на неохраняемых и, особенно, на необслуживаемых переездах ситуация намного хуже. На сегодняшний день состояние безопасности движения на неохраняемых и нерегулируемых железнодорожных переездах
продолжает оставаться неудовлетворительным [1].
На рис. 1 приведена статистика ДТП на переездах в ОАО «РЖД», по данным таблицы видно, что за 2016 год произошло 109 ДТП, за 2017 г. увеличилось на 47 ДТП, пострадавших в 2017 увеличилось на 48 человек, количество ДТП со смертельным исходом увеличилось на 12. Видно, что с каждым годом происходит увеличение дорожно-транспортных происшествий, увеличение количества пострадавших и ДТП со смертельным исходом.
Всего на Красноярской железной до-
роге эксплуатируется 303 железнодорожных переезда, в том числе: без дежурного по переезду - 147, с дежурным по переезду -43, необслуживаемых - 113.
Более детальная информация дана в таблице, из нее видно, что на переездах Красноярской железной дороги с начала 2017 года зарегистрировано 6 ДТП, в которых пострадало 4 человека. Трое из них погибли. ДТП произошли по вине водителей, нарушивших правила дорожного движения и выехавших на переезд, на запрещающий сигнал светофора. Рассмотрим данные на примере Красноярской железной дороги.
250 200 150 100 50 0
Кол-во ДТП в ОАО "РЖД" / Number of accidents in «Russian Railways» JSC
Кол-во пострадавших / Number of casualties
Со смертельным исходом / Number of fatalities
Рис. 1. Анализ ДТП в ОАО «РЖД» Fig. 1. Analysis of accidents in «Russian Railways» JSC
Анализ аварийности на железнодорожных переездах (по состоянию на октябрь 2017) _Analysis of accident rate at railroad crossings (as of October 2017)_
Наименование / Name Количество ДТП / Number of accidents
2016 2017
Кол-во столкновений подвижного состава с автотранспортными средствами на железнодорожных переездах / Number of rolling stock collisions with vehicles on railroad crossings 5 6
Кол-во несанкционированных выездов на путь вне железнодорожного переезда легкового автомобиля / Number of unauthorized driving on railway lines outside the railroad crossing - кол-во пострадавших / Number of casualties: - из них со смертельным исходом / among them fatalities: 1 0 0 7 4 3
Кол-во ДТП на железнодорожных переездах, обслуживаемых дежурным по переезду / Number of accidents at guarded railroad crossings 8 6
Кол-во ДТП на необслуживаемых переездах / Number of accidents at open railroad crossings: - с автобусами / with buses - с пригородными пассажирскими поездами / with surburban passenger trains 5 2 3 CD CM
Из приведенных данных вытекает высокая актуальность проблемы обеспечения безопасности движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах. В настоящее время в ОАО «РЖД» реализован комплекс специальных организационных мероприятий, направленных на предотвращение ДТП, профилактические рейды проходят на всех переездах, где чаще всего фиксируются нарушения ПДД. Такие мероприятия требуют организации регулярного эффективного взаимодействия различных по подчиненности и решаемым задачам структур и ведомств, что очень сложно реализовать на практике единообразно, повсеместно и на регулярной основе. Таким образом, остается единственный эффективный путь решения указанной проблемы - внедрение новых способов и технических реше-
ний по автоматизации безопасного движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах. Однако пока еще не существует достаточно эффективного технического решения указанной проблемы [8, 10, 12].
В настоящей статье проведен предварительный анализ возможных технических решений по автоматизированному регулированию движения скорости на необслуживаемых и неохраняемых железнодорожных переездах на основе технологий спутниковой навигации с возможным привлечением минимального количества датчиков состояния движения на переезде со стороны автодороги. Основной акцент в предложенных технических решениях сделан на перенос основной функции автоматизации и обеспечения безопасности движения на переезде с самого переезда на локомотив [5].
Основные технические решения по обеспечению автоматизированного регулирования движения на железнодорожных переездах в России и за рубежом
На отечественных железных дорогах для обеспечения безопасности движения все переезды оборудуют соответствующими средствами сигнализации, информации и контроля. Категорирование переездов и их оборудование средствами заграждения и сигнализации зависит от места расположения переезда и интенсивности движения. На железнодорожных переездах всех категорий должны быть выполнены два противоречивых условия: обеспечение безопасности движения и увеличение пропускной способности через переезд с сохранением скорости подвижного состава [2, 13, 14].
В настоящее время помимо принятых типовых решений по переездной автоматике и сигнализации имеется множество новых предложений следующего характера.
В работе предложено независимое использование радиоконтроля работы автоматики неохраняемых переездов на базе подтонального диапазона частот. Недостатками данного способа являются: недостаточная дальность радиоконтроля, увеличение периода опроса всех контролируемых переездов, дополнительные затраты инфраструктуры на обслуживание, снижение пропускной способности через переезд 4.
Автор работы предлагает комплексную систему обеспечения безопасности железнодорожных транспортных пересечений при минимальном времени простоя автотранспорта, которая заключается в функционировании датчика первичной информации о скорости и координатах движения поезда, устройств оповещения и заграждении переездов5. Недостатком данного метода
4Ганичев А.И. Обеспечение безопасности движения на нерегулируемых железнодорожных переездах в системе «Машинист - локомотив - окружающая среда»: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07; 05.22.01. Самара, 2001. 220 с. / Ganichev A.I. Traffic safety provision at open railway crossings in the system "Locomotive Driver - Locomotive - Environment": Candidate's Dissertation in Technical Sciences: 05.22.07; 05.22.01. Samara, 2001. 220 p.
5Гатауллин С.Т. Экономическая оценка и пути снижения потерь на железнодорожных переездах: дис. ... канд. эконом. наук: 08.00.05; 08.00.13. Москва, 2009. 21 с. / Gataullin S.T. Economic evaluation and the methods to reduce losses at railway crossings: Candidate's Dissertation in Economy: 08.00.05; 08.00.13. Moscow, 2009. 21 p.
является дискретность определения удаления от переезда и скорость движения поездной единицы. Метод распространяется только на переездах, оборудованных автоматической переездной сигнализацией со шлагбаумом, которые не относятся к категории «неохраняемых» железнодорожных переездов.
В работе создана концепция и модель системы «Оператор - транспорт - дорога - окружающая среда» для обеспечения безопасности движения на нерегулируемых переездах, которая заключается на основе реализации мероприятий по повышению безопасности на переездах. Система имеет недостатки: увеличение дополнительных затрат на функционирование и низкий уровень надежности и безопасности, так как в состав входит человек, действия и ошибки которого влияют на работоспособность системы в целом6.
В работе рассмотрены вопросы уменьшения расходов на железнодорожных переездах и способы определения одноуровневых развязок, требующих замены пу-тепроводами7. Согласно выводам по исследованию, замену переездов путепроводами экономически целесообразно при интенсивности движения на железной дороге 70-80 пар поездов в сутки и 5 000-6 000 автомобилей в сутки. Было проанализировано расположение железнодорожных переездов в городах и методики технико-экономического обоснования возможных проектных решений. Указанное решение, очевидно, требует серьезных капитальных вложений и нецелесообразно на малодеятельных участках железных дорог.
Кроме сказанного, на железных до-
рогах России для обеспечения безопасности дорожного движения предлагается на всех железнодорожных переездах, не оборудованных устройствами заграждения переезда, установить «лежачие полицейские», которые будут предотвращать нарушения водителями автомобилей скоростного режима, так как большинство ДТП происходит из-за того, что водители не могут адекватно оценить скорость подвижного состава. Это может стать эффективным и недорогим решением, но не предотвращает возможности заезда автотранспорта на пути с застраиванием на переезде.
В целом, обзор новых предложений по обеспечению безопасного и автоматизированного движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах сводится в основном, к использованию на переездах дополнительной инфраструктуры и технических средств. При этом сохраняется основной принцип обеспечения безопасности движения на переездах: принятие решения и соответствующее техническое обеспечение находится в зоне переезда и возлагается в большей степени на водителей автотранспорта [3].
На нерегулируемых и необслуживаемых переездах водитель несет ответственность за соблюдение мер безопасности и распознавание приближающегося поезда, существует метод определения «визуального треугольника безопасности». Чтобы водитель увидел приближающийся к переезду поезд, необходимо обеспечить отсутствие каких-либо препятствий в зоне «визуального треугольника безопасности» и снизить скорость автотранспорта в этой опасной зоне движения 8.
6Воривошин А.В. Методы радиоконтроля автоматики неохраняемых переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта: дис. ... канд. техн. наук: 05.12.04. Москва, 2008. 139 с. / Vorivoshin A.V. Methods of radio monitoring of automated devices at open crossings of railway transport industrial enterprises: Candidate's Dissertation in Technical Sciences: 05.12.04. Moscow, 2008. 139 p.
7Мохонько В.П. Микропроцессорная система обеспечения безопасности функционирования железнодорожных переездов: дис. ... канд. техн. наук: 27.00.02. Самара, 2000. 42 с. / Mokhonko V.P. Microprocessor system to provide railway crossing operation safety: Candidate's Dissertation in Technical Sciences: 27.00.02. Samara, 2000. 42 p.
8Теег Г., Власенко С. Системы автоматики и телемеханики на железных дорогах мира: учеб. пособие для вузов ж. д. транспорта. М.: Интекст, 2010. 496 с. / Teeg G., Vlasenko S. Systems of automatics and telemechanics on railways around the world: Learning aids for universities of railway transport. М.: Intext, 2010. 496 p.
Зона конфликта / Conflict zone
Автомобиль I Vehicle
Рис. 2. Визуальный треугольник безопасности: А - идентифицируемая точка; В - точка видимости поезда Figure 2. Visual security triangle: A - identifiable point; B - point of train visibility
Сказанное поясняется на рис. 2, где точка А является критической, в которой водитель должен принять решение: остановиться перед переездом или проследовать через него. Расположение точки А зависит от длины тормозного пути автомобиля. Влияющим фактором является то, что чем быстрее движется транспортное средство, тем длиннее его тормозной путь, следовательно, требуется больше времени на его остановку. Размеры визуального треугольника безопасности могут существенно различаться при установленной разрешенной скорости на автомобильной или железной дороге на каждом конкретном переезде. В целом же ясно, что возложение основной ответственности за безопасность движения через неохраняемый (необслуживаемый) переезд на водителя автотранспорта имеет весьма серьезные недостатки [7,11]. А именно:
1) высокая степень влияния субъективного фактора на точность оценки безопасной зоны сближения с переездом;
2) безопасность движения сильно зависит от окружающих условий, дальности видимости и скорости движения автотранспорта и железнодорожного состава;
3) невозможность «стандартизировать» и автоматизировать безопасное движение через неохраняемый (необслуживаемый) переезд89.
Перейдем теперь к анализу опыта решения нашей проблемы за рубежом.
В Великобритании в некоторых районах вместо переездов построены путепроводы. Эксплуатируются примерно 1600 охраняемых переездов, огражденных шлагбаумами половинной или полной длины и системами видеонаблюдения. В ближайшее время объектами модернизации станут переезды со световыми сигналами, но без шлагбаумов (140 шт. - 20% риска ДТП). На железнодорожных переездах установлены предикторы («предсказатели») - высокотехнологичные устройства на базе рельсовых цепей, приводящие в действие переездную автоматику независимо от действующей на линии системы сигнализации. Предикторы используют рельсы для передачи сигналов тональной частоты в обоих направлениях от переезда. Предикторы могут оценивать скорость движения поездов. Обычные рельсовые цепи, управляющие оборудованием переезда, выдают сигнал на закрытие переезда в срок, установленный исходя из того,
9Об утверждении Условий эксплуатации железнодорожных переездов: приказ Минтранса России № 237 от 31.07.2015 г. / On approval of Operation Conditions of Railway Crossings: the Order of the Ministry of Transport of Russia No. 237 of July 31, 2015.
что вошедший в зону их действия поезд движется с расчетной для данного участка скоростью. Однако если приближающийся поезд движется с меньшей скоростью, до его прибытия на переезд потребуется больше времени, что влечет за собой неоправданное увеличение продолжительности закрытия шлагбаума и простоя автомобильного транспорта. Предикторы через 4 секунды после входа поезда в зону их действия прогнозируют точное время прибытия поезда, собственно, на переезд. Поэтому момент закрытия шлагбаумов можно определить более точно и тем самым сократить до минимума длительность ожидания у закрытого шлагбаума. Важным преимуществом предикторов является возможность исключить подачу сигнала на закрытие шлагбаума во время стоянки поезда на станции вблизи переезда и не держать шлагбаумы закрытыми до момента отправления поезда. Предикторы не нуждаются в путевых датчиках, обустройстве участков приближения и т. п., что необходимо на обычных переездах. Нужны только исполнительные блоки на переезде и шунтирующие цепи между рельсами в контрольной точке. Одним из основных применений предикторов является ограждение переездов. Методы безопасности имеют дополнительные затраты на обслуживание (строительство путепроводов), снижение пропускной способности через переезд (время открытия - закрытия шлагбаума)101112.
На железных дорогах Швеции реализована программа по ликвидации переездов в целом и строительство автомобильных дорог без пересечения железнодорожными путями. Недостатком программы является дорогостоящее строительство путепроводов и мостов в местах пересечений.
На железных дорогах в Нидерландах развивается стратегия оснащения участка дороги световыми сигналами, встроенными в асфальтовое покрытие перед переездом, оборудование всех переездов дополнительно к автоматической переездной сигнализацией, шлагбаумами и обработка поверхности резино-кордового настила минеральным порошком на переезде для увеличения внимания водителей. Недостатком являются затраты по оборудованию световыми сигналами всех переездов и низкий уровень безопасности движения при использовании резино-кордовых покрытий на переезде [4].
На железных дорогах США основные мероприятия по обеспечению безопасности движения на переездах ориентированы на ликвидацию переездов, строительство автомобильных дорог параллельно железным (путепроводы, мосты). Недостаток мероприятий - большие затраты при реконструкции дорог параллельно переездам.
Стратегия развития железных дорог Канады в части организации железнодорожных переездов во многом повторяет опыт США. Для увеличения бдительности водителей установлены проблесковые огни на уровне земли и встроены сигнальные светодиодные огни в покрытие автомобильной дороги перед переездами. Недостатком является низкий уровень безопасности движения на переездах [6].
Безопасность движения на железнодорожных переездах Германии достигается за счет:
1) оповещения о переезде участников дорожного движения при помощи дорожных знаков, ограждения переезда со стороны автомобильной дороги;
10Об утверждении Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации: приказ № 286 от 21.12.2010 г. / On Approval of the Rules of Technical Operation of Railways of the Russian Federation: Order No. 286 of December 21, 2010.
"Инструкция по сигнализации на железнодорожном транспорте. Приложение № 7 к Правилам технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации № 19627 от 28.01.2011 г. / Instruction on signaling in railway transport. Annex No. 7 to the Rules for the Technical Operation of Railways of the Russian Federation No. 19627 of 28 January 2011
12Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железнодорожном транспорте Российской Федерации № 19627 от 28.01.2011 г. / Instruction on railway traffic and shunting on the railway transport of the Russian Federation No. 19627 of 28 January 2011.
2) реальное действие законов и правил движения и серьезные санкции к нарушителям, независимо от их общественного положения;
3) ликвидация переездов с заменой их на строительство мостов и путепроводов;
4) оборудование переездов уже существующей с автоматической переездной сигнализацией (АПС), но с использованием шлагбаумов, относящихся к категории охраняемых переездов;
5) внедрение начальных технических средств ограждения на переездах устройствами заграждения переездов (УЗП, АПС со шлагбаумами);
6) установка сигнальной зависимости для шлагбаумов полной длины, обслуживаемых дежурным по переезду, с целью предотвращения ошибочных действий со стороны дежурного;
7) размещение дополнительных световых сигналов на уровне земли и в асфальтовом покрытии на неохраняемых переездах;
8) переустройство пешеходных путей и автодорог в зоне переезда с заменой их на резино-кордовое покрытие;
9) замена устаревших сигналов с мигающим огнем на устройства светофорной сигнализации с полушлагбаумами;
10) дополнительное размещение устройств извещения о занятости переезда, установленных в виде мигающих светодиодных огней в шлагбаумах, для предотвращения преждевременного выключения огней переездного светофора.
Вообще, при выборе способа обеспечения безопасности на переезде как в России, так и за рубежом, руководствуются такими критериями, как: интенсивность движения на переезде, скорость движения поездов, эксплуатационно-технические затраты и экономическая целесообразность. В то же время, на линиях со скоростью движения поездов более 160 км/ч переезды в одном уровне железной и автомобильной дорог недопустимы. Это обусловлено тем, что, несмотря на наличие на переездах достаточных средств обеспечения безопасности, сохраняется риск столкновений с поездом, а
их вероятные последствия с ростом скорости становятся чрезвычайно тяжелыми уже для обеих сторон. Поэтому при новом строительстве высокоскоростных линий железной дороги вопрос о дальнейшей модернизации переездных устройств снимается, а на местах переездов строятся путепроводы.
Если говорить об опыте зарубежных стран, то можно сделать следующие выводы. Рассмотренные выше методы и способы обеспечения безопасности движения на переездах имеют ряд следующих общих недостатков:
- снижение пропускной способности при увеличении времени извещения, отсутствие контроля снижения скорости подвижного состава при наличии препятствия на переезде;
- отсутствие автоматического регулирования скорости подвижного состава на участке приближения к переезду;
- отсутствие возможности точной передачи координаты и вектора скорости подвижного состава и расстояния до препятствия на нерегулируемых и необслуживаемых переездах;
- системы безопасности движения сосредоточены на переездах, относящихся к категории охраняемых и регулируемых.
В зарубежных странах активно внедряют стратегию ликвидации переездов с заменой на строительство путепроводов и не предусмотрен контроль скорости подвижного состава при приближении к переезду на неохраняемых и необслуживаемых переездах. Устройства безопасности дополнительно сосредоточены на переездах, оборудованных АПС, относящихся к категории охраняемых, на неохраняемых и необслуживаемых переездах меры безопасности не установлены.
В целом же обзор отечественных и зарубежных организационно-технических решений показывает, что организация безопасного движения через железнодорожные переезды не в полной мере соответствует современным тенденциям развития железнодорожного транспорта. В настоящее время развитие систем интервального регулирования движением поездов (ИРДП) идет
в направлении максимальной автоматизации процесса движения с увеличением участковых скоростей движения и повышением наличной пропускной способности перегонов и станций. В рамках этой тенденции можно указать, что основным системным недостатком в развитии технических решений, позволяющих обеспечить автоматизацию
безопасного движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах, является недостаточное использование возможности автоматического регулирования скорости подвижного состава на участке приближения к переезду в том числе с учетом текущей ситуации на самом переезде.
Метод безусловного регулирования скорости подвижного состава на неохраняемом и необслуживаемом переездах
Для обеспечения безопасности движения на неохраняемых и необслуживаемых переездах в данной статье рассмотрен метод безусловного регулирования скорости подвижного состава в зоне сближения с переездом на основе переноса ответственности с переезда и водителей автотранспорта на локомотив. При этом в зависимости от категории переезда (неохраняемый
или необслуживаемый) можно предложить два возможных алгоритма работы системы регулирования движения на переезде.
Алгоритм 1. Безусловное регулирование скорости подвижного состава при вступлении в зону сближения с необслуживаемым переездом. Суть действия данного алгоритма поясняется на рис. 2.
Примечание / Note. Виртуальный заградительный светофор / virtual protecting signal; переезд (цифровая карта) / Icrossing (digital map); выполнены условия - система торможения не работает / conditions are fulfilled - the braking system does not work; работа программы торможения(gps)+ условия торможения / braking program running (gps) + braking conditions; автоматика / automation; машинист / locomotive driver; вар-т 1 (2,3,4) / option 1 (2,3,4); действия машиниста по ситуации / situation actions of a locomotive driver; оптимальные условия / optimal conditions; начало работы метода безусловного торможения / start of the unconditional braking method; начало зоны прямой видимости переезда / start of the crossing direct visibility.
Рис. 3. Графическая схема алгортима безусловного регулирования скорости локомотива Fig. 3. Graphic diagram of the algorithm of locomotive speed unconditional control
Примечание / Note. Фиксация поезда на участок приближения / train fixation on the approach section; безусловное торможение / unconditional braking; система торможения не срабатывает / braking system does not work; конец работы / end; зона прямой видимости переезда до 400м / direct visibility of the crossing is 400m; ТС в пределах треугольника безопасности / vehicle is within the security triangle; переезд занят / crossing is occupied; переезд свободен / crossing is empty.
Рис. 4. Блок-схема алгоритма работы метода безусловного торможения Fig. 4. Block diagram of the algorithm of unconditional braking method operation
Рис. 5 График уменьшения скорости локомотива перед переездом и увеличения скорости после
проследования переезда (при свободности переезда от транспортных средств) Fig. 5 Graph of locomotive speed reduction in proximity to crossing and speed increase after passing the
crossing (if the crossing is free from vehicles)
Пояснения к алгоритму безусловного регулирования скорости подвижного состава (рис. 2)
В данном случае реализация метода автоматического регулирования движения на переезде базируется на использовании цифровой карты пути и системы спутниковой навигации ГЛОНАСС (GPS), приемник которой встроен в комплексное локомотивное устройство безопасности и обеспечивает определение текущей путевой ординаты и скорости движения поезда. На цифровой карте пути перед каждым переездом нанесены виртуальные (зеленый и желтый) заградительные светофоры, а также заранее рассчитаны пределы, до которых должен повысить скорость машинист после проследования данного переезда, чтобы сохранить требуемую пропускную способность перегона (станции). Первый виртуальный заградительный светофор соответствует ординате начала зоны сближения с конкретным переездом (точка А на рис. 3). Виртуальный желтый светофор соответствует целевой точке вывода поезда к началу защитного интервала с безопасной для данного участка пути и переезда скоростью (точка Б на рис. 3). На участке между точками А и Б тормозная система локомотива осуществляет автоматическое снижение скорости локомотива в соответствии с заданной программой снижения скорости и текущей путевой ординатой и скоростью, определенной с помощью аппаратуры ГЛО-НАСС (GPS) (кривая 1, рис. 3).
После вступления поезда в точку А с безопасной скоростью, комплексное локомотивное устройство безопасности автоматически начинает подавать световой и звуковой сигналы в сторону переезда, оповещает машиниста о необходимости принятия решения с подтверждением бдительности. После подтверждения бдительности машинист принимает решение о дальнейшем скоростном режиме проследования через переезд, ориентируясь на текущую визуальную обстановку и окружающие условия ведения поезда. Решение машиниста в точке Б носит вариативный характер:
Вариант № 1. Если переезд занят -транспортное средство находится на переезде (ДТП, нарушение эксплуатации автомобиля на переезде и пр., либо в пределах «треугольника безопасности» имеется автотранспортное средство с очевидными признаками «неадекватного вождения»), то машинист снижает скорость подвижного состава средствами служебного торможения до полной остановки перед железнодорожным переездом.
Вариант № 2. Если переезд свободен - транспортное средство проследовало железнодорожный переезд и в зоне видимости нет другого транспортного средства в пределах «треугольника безопасности» (рис. 2), то машинист не снижая скорости проследует переезд и начинает увеличивать скорость до рекомендованного уровня (кривая 2 на рис. 3).
Вариант № 3. Если переезд «условно» свободен - плохие условия видимости, имеется автотранспортное средство в пределах «треугольника безопасности», то машинист после подтверждения бдительности не вмешивается в процесс ведения поезда и продолжает двигаться с безопасной скоростью. Водитель автотранспортного средства в данном случае получает более безопасные и комфортные условия для проследования переезда или принятия решения об остановке перед переездом. После проследования переезда машинист начинает увеличивать скорость до рекомендованного уровня (кривая 2 на рис. 3);
Зоны видимости железнодорожного переезда при движении скорости подвижного состава в границах с участком приближения:
1) Б = 400 м, при V = 120км/ч;
2) Б = 200 м, при V = 80 км/ч;
3) Б = 150 м, при V = 40 км/ч.
Достоинством безусловного метода
являются: высокая надежность системы торможения, минимальная стоимость, габаритные размеры и масса устройств автоматики. Недостатком является низкая пропускная способность при преждевременном снижении скорости подвижного состава.
Метод условного регулирования скорости подвижного состава на неохраняемом и необслуживаемом переездах
Алгоритм 2. Условное регулирование скорости подвижного состава при вступлении в зону с неохраняемым переездом.
Графически принцип действия показан на рис. 6.
Примечание / Note. Виртуальный заградительный светофор / virtual protection signal; путевые датчики / track sensors; работа программы торможения(gps)+ условия торможения / braking program running (gps) + braking conditions; переезд (цифровая карта) / lcrossing (digital map); автоматика или действия машиниста (вариативный характер) / automation or locomotive driver's actions (variative); оптимальные условия / optimal conditions; переезд / crossing; начало зоны прямой видимости переезда / start of the crossing direct visibility; начало работы метода условного торможения / start of the conditional braking method; вар-т 1 / option 1; переезд фактически свободен / транспортное средство проследовало переезд - виртуальный заградительный св. «к» погашен / crossing is virtually empty/ vehicle has left the crossing/ virtual protection signal "red" is off; вар-т 2- option 2; переезд фактически занят / транспортное средство находится на переезде (авария, вина водителя) - снижение скорости автоматически до защитного расстояния => действия машиниста по ситуации (полное снижение скорости, проследование переезда с установленной скоростью при освобождении переезда транспортным средством) / crossing is actually occupied/ vehicle is on the crossing (accident, driver's fault)- virtual protection signal "red" is on- automatic reduction of speed before the safe distance - locomotive driver situational actions (complete speed drop, passing the crossing with the governed speed when the vehicle leaves the crossing); вар-т 3- option 3; переезд условно свободен, но при приближении поезда на переезде остановилось транспортное средство (человеческий фактор, ДТП, авария, нарушение эксплуатации автомобиля) - виртуальный заградительный св. «к» включен -автоматически снижение скорости поезда до ординаты переезда / crossing is conventionally empty but a vehicle has stopped on the crossing on approaching train (human factor, accident, emergency, vehicle abuse)- virtual protection signal "red" is on - automatic reduction of the train speed before the crossing ordinate.
Рис. 6 Схема алгоритма условного регулирования скорости локомотива Fig. 6. Diagram of the algorithm of locomotive conditional speed control
Пояснения к алгоритму условного регулирования скорости подвижного состава (рис. 6)
В этом случае метод основан на использовании путевых (индуктивных) датчиков обнаружения препятствия, установленных в зоне конфликта на переезде, помимо цифровой карты пути и системы спутниковой навигации ГЛОНАСС (GPS) со встроенным приемником в комплексное локомотив-
ное устройство безопасности. Путевой датчик при обнаружении транспортного средства в зоне конфликта на переезде по радиоканалу (рельсовой цепи) передает информацию в кабину машиниста на индикатор со светодиодными лампочками, в течение 5 сек. машинист получает информацию о переезде на индикаторе (рис. 6).
- Индикатор в кабине машиниста локомотива. После получения информации о состоянии на переезде в течение 5 сек загорается лампочка соответствующего цвета / Indicator is in the locomotive driver's cab. In 5 sec after receiving the information about the crossing status the light of the corresponding color is switched on
- переезд свободен, нет транспортных средств / crossing is empty, there are no vehicles
- «прогноз занятости» переезда, транспортное средство находится на расстоянии < 5 м до переезда (движется в сторону зоны конфликта) / crossing occupation prediction, vehicle is in the distance less than 5m from the crossing (moves towards the conflict zone)
- переезд занят, транспортное средство находится на переезде (в зоне конфликта) - ДТП, человеческий фактор, нарушение условий эксплуатации автомобиля / crossing is occupied, vehicle is on the crossing (in the conflict zone) - accident, human factor, vehicle abuse
Рис. 7. Индикатор состояния переезда (установлен в кабине машиниста локомотива) Fig. 7. Crossing status indicator (installed in the locomotive driver's cab)
Примечание / Note. Фиксация поезда на защитном участке приближения / train fixation on the safe approach section; состояние переезда / crossing status; датчики / sensors; переезд занят / crossing is occupied; переезд свободен / crossing is empty; видимость=0, транспортное средство в пределах треугольника безопасности / visibility is o, vehicle is within the security triangle; индикатор / indicator; локомотив / locomotive; система условного торможения / conditional braking system.
Рис. 8. Блок-схема алгоритма работы метода условного торможения Fig. 8. Block diagram of the operation algorithm of the method of conditional braking
На цифровой карте пути перед каждым неохраняемым и необслуживаемым переездом нанесен виртуальный красный заградительный светофор на защитном расстоянии 150-800 метров (точка Б). Ордината переезда показана в точке А. На защитном участке между точками А и В тормозная система поезда осуществляет автоматическое снижение скорости, если на переезде находится неподвижно транспортное средство (ДТП, авария), в соответствии с заданной программой снижения скорости и текущей путевой ординатой, определенной с помощью аппаратуры ГЛОНАСС (GPS) (кривая 3, рис. 6).
Поле вступления поезда в точку Б с безопасной скоростью комплексное локомотивное устройство безопасности автоматически начинает подавать световой и звуковой сигналы в сторону переезда, оповещает машиниста о необходимости принятия решения с подтверждением бдительности. Путевые датчики передают информацию на индикаторе в кабину машиниста о свободно-сти переезда, машинист проследует через переезд с установленной скоростью (кривая 1, рис. 6).
При нахождении подвижного состава в точке А информация о состоянии переезда через путевые датчики имеет вариативный характер:
Вариант № 1. Если переезд занят -транспортное средство находится на переезде (ДТП, нарушение эксплуатации автомобиля на переезде и пр., либо в пределах «треугольника безопасности» имеется автотранспортное средство с очевидными при-
знаками «неадекватного вождения»), то машинист снижает скорость подвижного состава средствами экстренного торможения до полной остановки перед железнодорожным переездом.
Вариант № 2. Если переезд «условно» свободен - плохие условия видимости, имеется автотранспортное средство в пределах «треугольника безопасности», то машинист после подтверждения бдительности не вмешивается в процесс ведения поезда и продолжает двигаться с безопасной скоростью. Водитель автотранспортного средства, в данном случае, получает более безопасные и комфортные условия для проследования переезда или принятия решения об остановке перед переездом. После проследования переезда машинист начинает увеличивать скорость до рекомендованного уровня (кривая 2 на рис. 6).
Достоинствами условного метода являются точность передачи координаты подвижного состава, увеличение пропускной способности через железнодорожный переезд. Варианты проследования через переезд по двум случаям (100% свободность или занятность переезда) переносится без подтверждения бдительности машиниста (нет человеческого фактора), система по снижению является более надежной по функционированию. Недостатком является снижение уровня безопасности движения, поскольку при использовании данного метода участвует много звеньев (путевые датчики, GPS, виртуальный заградительный светофор) и нарушение работоспособного состояния любого из них приведет сбою работы всей системы в целом.
Заключение
На основании опыта России и зарубежных стран вопрос обеспечения безопасности на переездах не изучен, в части автоматизированного снижения скорости подвижного состава на участке приближения к переезду, в зависимости от ситуации на переезде на основе использования средств спутниковой радионавигационной системы
и дополнительных датчиков информации о текущем положении поезда.
При внедрении СРНС будет обеспечена безопасность движения на переездах, а также контроль снижения скорости подвижного состава на участке приближения при наличии препятствия на неохраняемых и необслуживаемых железнодорожных переездах.
Преимущества использования спутниковой радионавигационной системы будут получены следующие результаты:
1) определение местоположения, направления и скорости движения подвижного состава в режиме реального времени;
2) обеспечение автоматического регулирования движения на нерегулируемых и неохраняемых переездах;
3) повышение безопасности движения на малодеятельных участках железной дороги;
4) понижение расходов на содержа-
ние и эксплуатацию железнодорожных переездов на малодеятельных участках железной дороги.
Использование спутниковой системы позволяет увеличить пропускную способность перегонов с переездами за счет перехода к информационно-управляющим системам и контролю дислокации подвижного состава в реальном времени, предотвратить аварии и катастрофы на переездах, обеспечить контроль целостности переезда и доступность системы скорости подвижного состава.
Библиографический список
1. Поздняков В.А. Безопасность на железнодорожных переездах [Электронный ресурс]. URL: http://www.css-rzd.ru/zdm/03-2000/00039.htm. (24.02.1918).
2. Филюшкина, Т.А. Свою основную задачу сцбисты выполнят // Автоматика, связь, информатика. 2014. № 3. С. 2-4.
3. Коваленко В.Н., Катаев М.Н. Современные тенденции автоматизации переездов на железнодорожном транспорте // Инновационный транспорт. 2015. № 3 (17). С. 54-58.
4. Лужицкий О.Ф. Пути снижения аварийности на железнодорожных переездах // Проектирование развития региональной сети железных дорог. 2015. № 3. С. 208-222.
5. Федухин, А.В., Гладков В.А. Муха А.А. Новый подход к автоматизации переездов на железной дороге // Математичн машини юистеми, 2011. № 3. 135 с.
6. S.M. Sheikh, Md. Mahbub H., J.R. Khondker, M.R. Gazi. A Radio Based Intelligent Railway Grade Crossing System to Avoid Collision. IJCSI International of Computer Science Issues, 2010. Vol. 7. Issue 6. 139 p.
7. Костаев А.В., Штенгель Ю.Ю. Неохраняемый переезд - зона внедрения современных технологий // Наука и образование транспорту. Самара. 2016. С. 214-216.
8. Верёвкина О.И., Боева А.С. Требования, предъявляемые к обеспечению безопасности движения поездов на переездах, мостах и в тоннелях // Транспорт, наука, образование. 2017. С. 308-311.
9. Комогорцев М.Г, Непомнящих Е.В., Клочков Я.В.,
Марюхненко В.С., Кирпичников К.А. Система о сво-бодности железнодорожных переездов // Путь и путевое хозяйство. 2016. № 6. С. 26-28.
10. Миненко Е.Ю., Кусморова Ю.А. Оценка мероприятий, повышающих безопасность дорожного движения на железнодорожных переездах // Молодой ученый. 2014. № 20. С. 190-193.
11. Лысенко Н.Н., Державин А.Н. Схема переезда с интенсивным движением автомашин // Мир транспорта. 2017. Т. 15. № 3 (70). С. 188-195.
12. Подскребышева И.А., Седов Д.В. Обеспечение безопасности пересечений автомобильных дорог и железнодорожных путей // Актуальные вопросы транспортной безопасности: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. (г. Иркутск, 24 марта 2017 г.). Иркутск, 2014. 2017. С. 58-62.
13. Чернов Ю.В., Маланчева С.Н. Обеспечение безопасности на железнодорожном транспорте // Молодёжная наука и XXI веке: Традиции, инновации, векторы развития: материалы Междунар. науч.-исследовательской конф. молодых ученых, аспирантов, студентов и старшеклассников: в 3 частях. [Самара-Оренбург, 05 апреля 2017 г.]. Самара-Оренбург, 2017. С. 154-155.
14. Баус С.С. Основы и принципы современных систем автоматизации железнодорожных переездов // Транспорт: наука, образование, производство: материалы международной науч.-практ. конф. (г. Ростов-на-Дону, 12-15 апреля 2016 г.). Ростов-на-Дону, 2016, рр. 83-86.
References
1. Pozdnyakov V.A. Bezopasnost' na zheleznodorozh-nyh pereezdah [Safety at railway grade crossings]. Available at: http://www.css-rzd.ru/zdm/03-2000/00039.htm. (24 February 1918).
2. Filyushkina, T.A. The workers of signalisation, centralization and locking gear will perform their main task.
Avtomatika, svyaz', informatika [Automation, Communication and Informatics], 2014, no. 3, pp. 2-4. (In Russian).
5. Feduhin, A.V., Gladkov V.A. Muha A.A. A new approach to automation of level crossings on the RAILWAY. Matematichni mashini isistemi [Mathematical machines Sistemi], 2011, no. 3, 135 p.
6. S.M. Sheikh, Md. Mahbub H., J.R. Khondker, M.R. Gazi. A Radio Based Intelligent Railway Grade Crossing System to Avoid Collision. IJCSI International of Computer Science Issues, 2010, vol. 7, issue 6, 139 p.
7. Kostaev, A.V., Shtengel' Yu.Yu. Unguarded moving -zone of introduction of modern technologies. Nauka i obrazovanie transport [Science and education transport],
2016, no. 1, pp. 214-216. (In Russian).
8. Veryovkina O.I., Boeva A.S. Requirements to ensure the safe movement of trains at railway crossings, bridges and tunnels. Trebovaniya, Transport, nauka, obrazovanie [Transport, science, education], 2017, pp. 308-311. (In Russian).
9. Komogorcev M.G, Nepomnyashchih E.V., Klochkov Ya.V., Maryuhnenko V.S., Kirpichnikov K.A. System on freedom of railway crossings. Put' i putevoe hozyajstvo [Way and track facilities], 2016, no. 6, pp. 26-28. (In Russian).
10. Minenko E.Yu., Kusmorova Yu.A. Evaluation of measures to improve road safety at level crossings. Mo-lodoj uchyonyj [Young scientist], 2014, no. 20, pp. 190-193. (In Russian).
11. Lysenko N.N., Derzhavin A.N. Scheme of moving with heavy traffic. Mir transporta [The world of transport],
2017, vol. 15, no. 3 (70), pp. 188-195. (In Russian).
12. Podskrebysheva I.A., Sedov D.V. Obespechenie be-zopasnosti peresechenij avtomobil'nyh dorog i zheleznodorozhnyh putej [Security intersections of automobile roads and Railways]. Materialov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii "Aktual'nye voprosy transportnoj bezopasnosti" [Topical issues of transport
Критерии авторства
Демьянов В.В., Имарова О.Б., Скоробогатов М.Э. подготовили рукопись, имеют на статью равные авторские права, за плагиат несет ответственность Имарова О.Б.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
security collection of materials of the all-Russian scientific-practical conference, Irkutsk, 24 March 2017]. Irkutsk, 2017, pp. 58-62. (In Russian).
13. Chernov Yu.V., Malancheva S.N. Obespechenie be-zopasnosti na zheleznodorozhnom transporte [Security in rail transport]. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno -issledovatel'skoj konferencii molodyh uchyonyh, aspiran-tov, studentov i starsheklassnikov Molodyozhnaya nauka i XXI veke "Tradicii, innovacii, vektory razvitiya" [Materials of the International scientific-research conference of young scientists, ASPI-rants, students and high school students. Traditions, innovations, vectors of development of, Samara-Orenburg, April 05, 2017]. Samara-Orenburg, 2017, pp. 154-155. (In Russian).
14. Baus S.S. Osnovy i principy sovremennyh sistem avtomatizacii zheleznodorozhnyh pereezdov [Bases and principles of modern systems of automation of railway crossings]. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prak-ticheskoj konferencii "Transport: nauka, obrazovanie, proizvodstvo" [In the collection: Transport: science, education, production proceedings of the international scientific-practical conference, Rostov-on-Don, 12-15 April 2016]. Rostov-on-Don, 2016, pp. 83-86. (In Russian).
3. Kovalenko V.N., Kataev M.N. Modern trends in automation of level crossings on railway transport. Inno-vacionnyj transport [Innotrans Journal], 2015, no. 3 (17), pp. 54-58. (In Russian).
4. Luzhickij O.F. Methods of reduce the accident rate at railway crossings. Proektirovanie razvitiya regional'noj seti zheleznyh dorog. [Designing regional railway network development], 2015, no. 3, pp. 208-222. (In Russian).
Authorship criteria
Demyanov V.V., Imarova O.B., Skorobogatov M.E. have prepared the manuscript, have equal author's rights. Imarova O.B. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
