Мониторинг подвижного состава
А. Шобель (Технический университет Вены)
Напольные системы мониторинга подвижного состава: конференция во Франкфурте-на-Майне
В ноябре 2013 г. во Франкфурте-на-Майне состоялась вторая конференция по системам мониторинга подвижного состава (WTMS). В ней приняли участие 90 специалистов из разных стран мира — от Великобритании до Южной Африки, что подтверждает актуальность обсуждаемых вопросов для обеспечения надежности и безопасности железнодорожного транспорта. Представитель Европейского железнодорожного агентства (ERA) ознакомил собравшихся с законодательной базой, регулирующей использование железнодорожных систем наблюдения и контроля всех типов в правовом поле Европейского союза. Участники форума получили возможность убедиться в экономической эффективности систем мониторинга. Наиболее проблемным аспектом использования систем WTMS является надежность привязки результатов измерений к идентификационным номерам вагонов. Одной из наиболее значимых задач на ближайшую перспективу является организация обмена информацией, получаемой от систем WTMS, на международном уровне. Нормативно-правовая база ЕС Анализ результатов мониторин‑ га подвижного состава и инфра‑ структуры обеспечивает возмож‑ ность корректировки и совершен‑ ствования работы систем управ‑ ления работой железных дорог и организации технического обслу‑ живания. Регламент ЕС 1078/2012 определяет процесс согласований в этой сфере между железнодорож‑ ными предприятиями, оператора‑ ми инфраструктуры и подразделе‑ ниями технического обслуживания. Общие методы обеспечения без‑ опасности базируются на выборе приоритетов при реализации про‑ цедур мониторинга, оперативно‑ сти (ранние предупреждения для своевременного предотвращения угроз безопасности движения) и
координации между всеми участ‑ никами перевозочного процесса и технического обслуживания по‑ движного состава, а также докумен‑ тировании процесса мониторинга с целью его контроля регулирующи‑ ми органами. Функции контроля за соблюдением этих принципов осу‑ ществляет Европейское железнодо‑ рожное агентство (ERA) в сотруд‑ ничестве со структурами железно‑ дорожного транспорта.
Международный опыт Канада: мониторинг пассажирских поездов Региональная транспортная компания GO Transit, работающая в провинции Онтарио, осуществляет пассажирские перевозки в регионе
Большого Торонто и Гамильтона, где на территории 11 тыс. км2 про‑ живает около 7 млн чел. Компания перевозит более 57 млн пассажи‑ ров ежегодно. В 2008 г. был при‑ нят план Big Move, который впо‑ следствии стал основой 25‑летне‑ го регионального плана развития транспорта, определившего прио‑ ритеты, перспективную стратегию и программу комплексного разви‑ тия транспорта. В настоящее вре‑ мя темпы роста перевозок личны‑ ми автомобилями в регионе опе‑ режают темпы роста численности населения, которая, по прогнозам, составит 9,2 млн чел. в 2036 г. Пер‑ спективная транспортная система должна быть основана на скоорди‑ нированном взаимодействии раз‑ личных видов транспорта и при‑ звана обеспечить максимальную эффективность и бесперебойность сообщений. В русле этой стратегии вырабо‑ таны меры повышения привлека‑ тельности транспортных услуг для традиционных и новых клиентов с целью обеспечения роста перево‑ зок и улучшения эксплуатацион‑ ных показателей на сети GO Transit. При этом приоритетом остается за‑ дача поддержания подвижного со‑ става и транспортной инфраструк‑ туры в хорошем техническом со‑ стоянии. Рост перевозок требует повышения эффективности исполь‑ зования и эксплуатационной готов‑ ности подвижного состава. Для ре‑ шения этой задачи предусмотрено, в частности, массовое внедрение на железнодорожной сети напольных
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3 51
Мониторинг подвижного состава
средств контроля технического со‑ стояния подвижного состава для ре‑ шения эксплуатационных и техни‑ ческих проблем посредством реа‑ лизации стратегии упреждающих действий, заложенных в програм‑ ме технического обслуживания и ремонта подвижного состава. ЮАР: комплексная система Напольные контрольно-изме‑ рительные средства, используемые для оперативной оценки техниче‑ ского состояния подвижного соста‑ ва, эволюционировали от датчиков нагрева букс до нейронной сети, анализирующей потоки данных и изображений от напольных датчи‑ ков. Эти технические средства по‑ зволяют постоянно контролировать параметры большинства компонен‑ тов подвижного состава, имеющих критическое значение для безопас‑ ности и надежности перевозок. Од‑ нако данные измерений могут эф‑ фективно использоваться только в привязке к конкретной единице по‑ движного состава. Оснащение пар‑ ка вагонов идентификационны‑ ми датчиками TFR дало возмож‑ ность разработать комплексную
унифицированную систему опера‑ тивного контроля технического со‑ стояния поездов ITCMS. В настоя‑ щее время на сети, где обращаются вагоны с датчиками TFR, использу‑ ются разнообразные контрольноизмерительные системы, причем приоритет отдается системам, по‑ зволяющим диагностировать ком‑ поненты подвижного состава, отка‑ зы которых могут критически вли‑ ять для работу железной дороги в целом. Система сбора данных приспо‑ соблена для работы с любыми про‑ токолами передачи сообщений, применяемыми в стране, благодаря чему снижаются расходы на закуп‑ ку и интеграцию оборудования. Ин‑ формация со всех измерительных комплексов собирается в 24 нако‑ пительных системах, распределен‑ ных по территории страны (рис. 1). Тревожные ситуации выявля‑ ются как непосредственно измери‑ тельной системой, так и в процессе обработки результатов измерений. Такие ситуации классифицируются по трем категориям: требующие не‑ медленной остановки поезда, допу‑ скающие следование поезда до бли‑ жайшей станции и допускающие
Детекторы греющихся букс Мониторинг профиля колеса Акустический мониторинг букс Всего 24 ДЦ Участок взвешивания Инженерный анализ
Датчики состояния токоприемника
ДЦ ПирамидЮжный Стационарная сеть дальней передачи данных и сеть сотовой связи
Детекторы греющихся букс Участок взвешивания
ДЦ Ричардсбей
Датчики перекоса тележек
ДЦ Эрмело ДЦ Салдана
Мониторинг профиля колеса
ДЦ Кимберли
Детекторы греющихся букс Терминал для приема тревожных сообщений в депо
Акустический мониторинг букс Участок взвешивания
Детекторы греющихся букс
Рис. 1. Схема централизованной обработки данных мониторинга подвижного состава
следование в ремонтное депо. Ин‑ формация по первым двум катего‑ риям передается в соответствую‑ щий центр управления движением и ремонтное депо. Поскольку информация с изме‑ рительных комплексов может быть использована для различных це‑ лей, автоматизация ее обработки и распределения имеет приоритетное значение. Поэтому были объедине‑ ны в единый комплекс многочис‑ ленные источники данных, выдаю‑ щие ретроспективную информацию о выполненных ремонтах, техниче‑ ском состоянии подвижного соста‑ ва, сведения коммерческого харак‑ тера, например сопроводительные документы и т. п. Кроме того, разра‑ ботаны алгоритмы автоматизиро‑ ванной обработки входных данных с целью выдачи отчетов для пользо‑ вателей различных категорий. На‑ пример, выходная информация мо‑ жет отображаться на мониторах в режиме реального времени, отправ‑ ляться в виде тревожных предупре‑ ждений эксплуатационным и ре‑ монтным службам, а также предо‑ ставляться в виде стандартных пе‑ риодических отчетов. Отправлять вагон в ремонт по предупреждению, относящемуся к одному или двум его компонентам, экономически невыгодно. Накопле‑ ние результатов измерений параме‑ тров технического состояния вагона позволяет применять многомерную оценку перед принятием решения о выводе его из эксплуатации. Пе‑ речень единиц подвижного соста‑ ва, подлежащих направлению в ре‑ монт, формируется и отправляется в автоматическом режиме, возмож‑ но также детализированное графи‑ ческое оформление предоставляе‑ мой информации. По результатам обработки данных могут формиро‑ ваться различные отчеты, например по износу колесных пар в конкрет‑ ном парке вагонов. Такие возмож‑ ности создают благоприятные усло‑ вия для организации технического обслуживания подвижного состава
52 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3
Мониторинг подвижного состава
в соответствии с его фактическим состоянием. Оценить качество работы изме‑ рительных систем позволяет ана‑ лиз на точность и непротиворечи‑ вость принимаемых от них данных. Персонал, отвечающий за техниче‑ ское обслуживание и ремонт этих систем, получает обратную связь, позволяющую оценить необходи‑ мость выполнения корректировки, калибровки или выявить харак‑ терные недостатки в конструкции оборудования. Данные, поступающие от систе‑ мы динамического взвешивания грузовых вагонов, служат для вы‑ явления в пути следования случаев перегруза или неправильных разме‑ щения и крепления груза в вагоне. Эта информация особенно востре‑ бована на линиях с тяжеловесным движением, по которым в ЮАР пе‑ ревозят руду и каменный угль в оке‑ анские порты. Единая информационная модель в Австралии Данные о техническом состоя‑ нии подвижного состава, получен‑ ные до и после выполнения техни‑ ческого обслуживания или ремон‑ та, могут быть противоречивы и вызывать затруднения при их ана‑ лизе. Так, контрольные данные ка‑ кого‑либо компонента подвижного состава становятся ненужными по‑ сле замены этого компонента. Воз‑ можны ситуации, при которых ком‑ понент отремонтирован для после‑ дующей установки на другой вагон. Поэтому необходимо знать «исто‑ рию» компонента в течение всего срока службы. Данные оперативного контроля технического состояния подвижно‑ го состава уязвимы с точки зрения ошибок считывания информации с датчиков, погрешностей переда‑ чи данных, воздействий окружаю‑ щей среды, изменений в составе по‑ езда и влияния человеческого фак‑ тора. Поэтому в целях повышения
качества и достоверности информа‑ ции применяются трендинг и нор‑ мализация поступающих данных с исключением при анализе резко от‑ клоняющихся значений. Получаемые от систем WTMS данные используются при иденти‑ фикации отказов, оценке эксплуа‑ тационных рисков, планировании технического обслуживания и ре‑ монта подвижного состава, прове‑ дении научных исследований. Эф‑ фективность использования таких систем подтверждается быстрым ростом их числа на железных до‑ рогах мира. Как следствие, лави‑ нообразно растет объем доступных для использования данных. В этих условиях объективная целевая ин‑ терпретация данных при использо‑ вании их для принятия управленче‑ ских решений представляет собой довольно сложную задачу. На практике имеет место опре‑ деленная несогласованность в рабо‑ те систем, регистрирующих данные от измерительных комплексов и от‑ слеживающих проведение техниче‑ ского обслуживания или ремонта подвижного состава. Эта несогласо‑ ванность может стать причиной не‑ правильной интерпретации тревож‑ ных и аварийных сообщений, что может повлечь за собой неадекват‑ ные действия ремонтных предприя‑ тий, такие как повторное направле‑ ние подвижного состава в ремонт, неэффективное использование про‑ изводственных мощностей и увели‑ чение расходов. Для минимизации влияния этих факторов может при‑ меняться сопоставление данных си‑ стем WTMS и ремонтных служб и сведение их в единую базу данных. Единая информационная модель позволит однозначно привязать ре‑ зультаты измерений к конкретным компонентам, предотвращая тем самым неправильную интерпрета‑ цию информации. Это сопоставле‑ ние даст возможность отслеживать перемещение компонентов между различными вагонами и их параме‑ тры в течение всего срока службы в
целях выявления тенденций, свой‑ ственных парку в целом. Опыт австралийских специали‑ стов по разработке методов реше‑ ния перечисленных проблем охва‑ тывает также вопросы взаимодей‑ ствия автоматизированных инфор‑ мационных систем со сторонними ремонтными предприятиями, а так‑ же формирование крупных центров по хранению и обработке данных.
Перспективные разработки Европейский проект D-Rail Основной целью финансируемо‑ го комиссией Европейского союза проекта D-Rail является сокраще‑ ние случаев схода подвижного со‑ става с рельсов и уменьшение влия‑ ния сходов на работу железных до‑ рог. Для этого исследуются пара‑ метры, способствующие сходу, с использованием моделей взаимо‑ действия поезда и пути. Внимание исследователей сконцентрировано на возможности схода подвижно‑ го состава на прямых участках и в кривых, на стрелочных переводах и крестовинах, а также в результа‑ те возникновения обезгрузки коле‑ са вследствие колебаний жидкости в цистерне. Установлено, что при движении по прямому пути и стрелочным пе‑ реводам дисбаланс нагрузки на ко‑ леса является определяющим фак‑ тором возможности схода вагона. Применительно к сходам на стрелочных переводах и кресто‑ винах рассматривался сценарий с подъемом гребня колеса при дви‑ жении по стрелочному переводу с малым радиусом переводной кри‑ вой. Были выполнены четыре раз‑ личных исследования 25 пара‑ метров пути и подвижного соста‑ ва с проведением экспериментов по взаимодействию контактирую‑ щих поверхностей. При этом выяв‑ лено, что на сход в основном влия‑ ют взаимодействие в пятне контак‑ та колесо — рельс, воздействие на
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3 53
Мониторинг подвижного состава
ходовую часть при продольных и поперечных колебаниях жидкости в цистернах, а также вращающий момент, возникающий при прохо‑ ждении неровности и в особенности при перекосе пути. В целях опреде‑ ления ориентировочных предель‑ ных показателей была получена трехмерная диаграмма условий схо‑ да (рис. 2). Каждая точка поверхно‑ сти диаграммы соответствует опре‑ деленной комбинации показателей продольных и поперечных коле‑ баний жидкого груза в цистерне и вращающего момента, действующе‑ го на ходовую часть вагона. Кроме того, определены соотношения про‑ дольной, поперечной и диагональ‑ ной сил в смоделированных усло‑ виях и усредненных вертикальных сил, передаваемых от колес. Эти ве‑ личины определяют местоположе‑ ние каждой из точек поверхности трехмерного графика. Цвет каждой точки соответству‑ ет значению подъема колеса при прохождении стрелочного перево‑ да и имеющих место неровностях пути. Очевидно, что подъем колеса,
а следовательно, и риск схода уве‑ личивается с увеличением совокуп‑ ности сил, но зависит от их соотно‑ шения. Поэтому для точного опре‑ деления предрасположенности по‑ движного состава к сходу с рельсов необходимо учитывать соотноше‑ ние сил на всех его колесах. Полу‑ ченные результаты могут исполь‑ зоваться при разработке критери‑ ев риска схода как следствия дис‑ баланса нагрузок на колеса вагона, измеренных в пунктах динамиче‑ ского взвешивания. Режим обмена грузовыми ва‑ гонами регламентируется евро‑ пейским соглашением RIV, в ко‑ тором определены нормы номи‑ нальной полезной загрузки грузо‑ вых вагонов. Поскольку указанные в этих правилах предельные вели‑ чины получены на основе статиче‑ ских расчетов, они не учитывают такие факторы, как жесткость под‑ вески и ее нелинейность у грузово‑ го вагона. Условно-расчетные вели‑ чины распределения нагрузки мо‑ гут значительно отличаться от тех, что фиксируются измерительными
комплексами на колесах реальных вагонов. На основе номинальных пре‑ дельных значений сил, вызываемых колебаниями жидкости в цистернах, и графика определяются граничные значения, при превышении кото‑ рых должно выдаваться аварийное предупреждение по коэффициенту нагрузки. Для поперечного дисба‑ ланса вагона соотношение нагрузок составляет 1:1,35, а для продольно‑ го — 1:3. Предельное значение для одной оси колесной пары, при ко‑ тором будет выдаваться аварийное предупреждение, может быть 1:1,7, что соответствует действующим нормам Федеральных железных до‑ рог Швейцарии и может быть при‑ знано приемлемым исходя из ре‑ зультатов моделирования. Если при движении грузового вагона в порожнем состоянии со‑ отношение диагонального дисба‑ ланса составляет 1:1,3, это должно быть основанием для техническо‑ го осмотра ходовой части, а с дис‑ балансом 1:1,7— для остановки по‑ езда. Результаты моделирования
Измеренное распределение нагрузки (планарный критерий)
∆y/2b
0,1 Величина подъема колеса над рельсом более 20 мм
от6 до 20 мм от менее 6 мм
0,05 0 –0,05 Пределы:
Коэффициент диагональных сил
∆xlim = a/2 ∆ylim = b/9
–0,1
1,4
–0,15 –0,3
1,3
–0,2
–0,1
0
0,1
0,2
∆x/2a
Измеренное распределение нагрузки (эллипсоидный критерий)
1,2
∆y/2b
1,1 1 1 Коэ
0,1
2 ици ент
фф
1,4 1,3 л и с 1,2 ных реч е п по ент
про
3 дол ьны
1,1 х си
л
4 1
ици
фф
Коэ
0,05 0 –0,05
Пределы:
∆xlim = a/2 ∆ylim = b/9
–0,1 –0,15 –0,3
–0,2
–0,1
0
0,1
0,2
∆x/2a
Рис. 2. Трехмерный график условий схода вагона
54 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3
Мониторинг подвижного состава
показывают, что такое соотноше‑ ние является критическим с точки зрения опасности схода. В рамках программы также рас‑ сматриваются вопросы точности измерений в пунктах контроля осе‑ вых нагрузок, анализа данных для оценки дисбаланса нагрузок на ко‑ леса грузовых вагонов, а также вы‑ дачи информации о средних значе‑ ниях нагрузки на колеса для кон‑ троля их дисбаланса и о макси‑ мальных значениях этих нагрузок для идентификации повреждения колесных пар. Интеграция систем WTMS в комплекс управления перевозками Дистанционные системы изме‑ рений и мониторинга приобретают все большее значение на железно‑ дорожном транспорте. Ужесточе‑ ние требований к безопасности и эксплуатационной готовности по‑ ездов и железнодорожной инфра‑ структуры требует использования современных технических средств и методов автоматического контроля. Несмотря на то что во всем ми‑ ре железнодорожный транспорт считается самым безопасным, еже‑ годно случаются несколько круп‑ ных железнодорожных катаст‑ роф. Большая их часть, особенно это относится к грузовому движе‑ нию, происходит по причинам не‑ исправности буксовых подшипни‑ ков и тормозов, дисбаланса загруз‑ ки вагона, несоблюдения габарита погрузки, возгораний и дефектов пути. Системы WTMS способны осу‑ ществлять контроль критически важных параметров в режиме ре‑ ального времени. Это позволяет предотвращать аварийные ситуа‑ ции и смягчать последствия аварий (рис. 3). Итальянская компания Ansaldo STS осуществляет разработку плат‑ формы T&IMP, позволяющей инте‑ грировать в единый комплекс раз‑
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3
Сервер с базой данных о поездах
Сканирование колес
Сканирование тормозов Напольное электронное оборудование
Рис. 3. Схема работы напольной системы контроля технического состояния ходовой части подвижного состава компании KLDLab
нообразные напольные системы WTMS, поставляемые самой компа‑ нией и сторонними изготовителями. Платформа интегрирует в еди‑ ный комплекс системы контро‑ ля соответствия поездов требова‑ ниям безопасности перевозочно‑ го процесса на железной дороге (TCCS), взвешивания подвижно‑ го состава в движении (WIM), кон‑ троля ударных нагрузок, переда‑ ваемых от колес на рельсы (WILD), контроля перегретых букс и ко‑ лес (HABD/HWD), обмера колес (WMS), акустического контроля роликовых буксовых подшипни‑ ков (ABD) и контроля нагрева рель‑ сов (RHT). Основная задача систем WTMS в области обеспечения безопасности движения поездов состоит в том, чтобы выдавать аварийные преду‑ преждения, соответствующие ви‑ дам выявленных дефектов, имею‑ щих критическое значение для без‑ опасности движения, с целью свое‑ временной остановки поезда и предотвращения аварии. Очевидно, что реализация этих функций да‑ ет и реальный экономический эф‑ фект, проявляющийся в уменьше‑ нии ущерба от аварий, повышении уровня готовности железнодорож‑ ных путей и предотвращении сбоев
в движении по причинам аварий и внеплановых остановок поездов. Ряд дефектов, выявляемых си‑ стемами WTMS, хотя и не являются критически важными с точки зре‑ ния безопасности движения, но мо‑ гут приводить к ускоренному изно‑ су компонентов железнодорожной инфраструктуры. При этом свое‑ временное устранение подобных дефектов косвенно способствует повышению безопасности за счет предотвращения развития дефектов некоторых видов, например дли‑ тельного негативного воздействия дефектов поверхности катания ко‑ леса на элементы тележки. Еще одно важное свойство си‑ стем WTMS — это возможность ис‑ пользования данных измерений со‑ вместно с результатами моделиро‑ вания износа и отказов в целях про‑ гнозирования оптимальных сроков проведения конкретных мероприя‑ тий технического обслуживания и ремонта подвижного состава. Платформа T&IMP обеспечи‑ вает возможность сбора, анализа и доставки информации на рабочие места дежурных операторов, на‑ ходящихся на значительном уда‑ лении от систем контроля и изме‑ рений. Каждая система отвечает за контроль конкретного параметра,
55
Мониторинг подвижного состава
Центральный пост управления системы мониторинга подвижного состава
Охранные и противопожарные системы
Типовой подход к организации международного обмена данными
Системы безопасности (примеры)
Детекторы греющихся букс и заклиненных тормозов
Системы безопасности в тоннелях
и изучения информации. Это по‑ зволяет перейти от системы, про‑ сто реагирующей на отклонения от нормы, к системе, способной пла‑ нировать упреждающие действия.
Управление обогревом стрелок
Измерение скорости Колонки и направления экстренной ветра телефонной связи
Рис. 4. Принцип работы системы DB MAS
привязывая результаты измере‑ ний к конкретному поезду и ваго‑ ну. Точность привязки позволяет операторам при отклонении како‑ го‑либо параметра от нормы иден‑ тифицировать неисправный объект, проверить информацию и принять эффективные меры в соответствии со сложившейся ситуацией. Кроме того, ретроспективный анализ дан‑ ных обеспечивает эффективную ин‑ формационную поддержку плани‑ рования технического обслужива‑ ния и ремонта, поскольку стано‑ вится возможным прогнозировать сроки проведения профилактиче‑ ских мероприятий подвижного со‑ става и пути. Платформа T&IMP обеспечи‑ вает возможность сбора информа‑ ции, строго соответствующей те‑ кущей задаче, и позволяет опера‑ торам опрашивать периферийные системы в целях исследования со‑ стояния поездов, вагонов и их ком‑ понентов при проследовании ими систем контроля, а также анализи‑ ровать тенденции изменения пока‑ зателей контролируемых объектов. На основе этой информации и ста‑ тистических данных можно про‑ гнозировать отказы и оптимизи‑ ровать планирование техническо‑ го обслуживания и ремонта для сокращения затрат без ущерба для безопасности движения поездов.
DB переходят на систему DB MAS Сеть железных дорог Германии (DB) активно используется для ме‑ ждународного транзита. Поэтому решения, принимаемые DB, оказы‑ вают влияние на условия междуна‑ родных перевозок и требуют тща‑ тельной подготовки. Разработка системы DB MAS, в основе которой лежат перспектив‑ ные решения в области централи‑ зованных систем контроля состоя‑ ния подвижного состава и которая пришла на смену прежней системе MAS 90, преследует цель последо‑ вательно применять открытые ин‑ терфейсы и стандартные протоко‑ лы (рис. 4). Интерфейс пользователя хоро‑ шо адаптирован для решения раз‑ личных производственных задач. Он поддерживает несколько уров‑ ней сети, способен обеспечить со‑ гласование системы с разнообраз‑ ными видами линейного оборудо‑ вания, реализует функцию сжатия данных для использования в цен‑ трах управления перевозочным процессом высшего уровня. При этом никакие данные не отсеива‑ ются, информация легко отслежи‑ вается и остается доступной в тече‑ ние длительного времени. Перечисленные особенности DB MAS создают условия для анализа
Одним из аспектов рассмотрен‑ ного выше европейского проекта D-Rail является организация охва‑ тывающего всю Европу обмена дан‑ ными оперативного контроля тех‑ нического состояния подвижного состава между различными заинте‑ ресованными сторонами и пользо‑ вателями. Это необходимо для вы‑ явления на ранних стадиях состоя‑ ний, предшествующих отказам по‑ движного состава, и организации упреждающего вмешательства на основе анализа тенденций измене‑ ния измеряемых параметров. Об‑ щеевропейский обмен данными, кроме того, позволит операторам инфраструктуры оптимизировать внедрение новых систем WTMS. В европейских странах эти систе‑ мы широко используются для кон‑ троля параметров подвижного со‑ става, способных повлиять на без‑ опасность движения. К таким па‑ раметрам относятся, в частности, температура буксовых подшипни‑ ков и тормозов, величина осевой нагрузки, дисбаланс нагрузки на ко‑ леса вагона, несоблюдение габари‑ та погрузки. Системы различаются принципами, по которым выполня‑ ются измерения и расчеты, качест‑ вом, содержанием и форматами дан‑ ных. Например, широко используе‑ мые в Европе датчики нагрева букс отличаются по числу сканирующих лучей и сканируемой поверхности буксы. Структура необработанных данных, поступающих от инфра‑ красного датчика, зависит от типа и конфигурации измерительной си‑ стемы, поэтому использовать дан‑ ные измерений можно, только зная тип измерительного оборудования.
56 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3
Мониторинг подвижного состава
По мере развития прогресса в области измерительной техники и подвижного состава, а также изме‑ нения требований, предъявляемых к контролю параметров, будут вос‑ требованы все новые виды и типы систем WTMS. Стандартизация в области об‑ мена данными ориентирована на гибкую интерпретацию информа‑ ции, получаемой от различных дей‑ ствующих или перспективных си‑ стем контроля. Чтобы оценить по‑ ступающие извне данные рекомен‑ дованным методом, пользователям необязательно знать характеристи‑ ки системы. С другой стороны, если требования к передаваемой инфор‑ мации у пользователя и владельца системы различны, зная характери‑ стики системы, пользователь может модифицировать механизм оценки получаемых данных. Разнообразие возможностей интерпретации дан‑ ных расширяет круг потенциаль‑ ных пользователей и будет стиму‑ лировать развитие процесса инте‑ грации измерительных систем на европейском уровне. Концепция стандартизации ба‑ зируется на следующих основопо‑ лагающих принципах: • использование существующих систем контроля независимо от ор‑ ганизации вывода данных; • открытость для интеграции пер‑ спективных систем; • обязательное предоставление данных операторам железнодорож‑ ной инфраструктуры; • в озможность самостоятель‑ ной интерпретации данных пользователями; • облегчение условий получения данных от различных систем кон‑ троля владельцем информации и пользователем; • выбор в пользу более подроб‑ ных данных, если информация доступна с различной степенью детализации. Типовой подход к организации международного обмена данны‑ ми предполагает не ограничивать
передачу между операторами же‑ лезнодорожной инфраструктуры и пользователями только результа‑ тами измерений. Это должно быть сочетание предварительно проана‑ лизированных результатов изме‑ рений и рекомендуемого алгорит‑ ма их оценки, включая пороговые величины. При этом данные из‑ мерений и алгоритм должны быть представлены в унифицированном формате с заранее определенными типами данных и математических операций. В результате пользова‑ тели данных всегда смогут адекват‑ но интерпретировать и корректи‑ ровать полученную информацию в соответствии с собственными тре‑ бованиями к различным сущест‑ вующим и будущим системам кон‑ троля, не создавая при этом новых интерфейсов или специфических форматов данных. В зависимости от назначения информацию можно разделить на три класса: • класс 1 — предварительно обра‑ ботанные отчеты и алгоритм в уни‑ фицированном формате. К данно‑ му классу относится обязательная информация, необходимая, чтобы отчеты систем контроля могли ис‑ пользоваться во всех странах Ев‑ ропы. Для передачи предваритель‑ но проанализированных данных пригодны все их виды, в том числе определенные значения, векторы и двухмерные матрицы приемлемого размера. Пользователи данных мо‑ гут применять менее трудоемкие рекомендуемые алгоритмы оцен‑ ки полученных данных или моди‑ фицировать алгоритмы в соответ‑ ствии с собственными критериями, зависящими, например, от характе‑ ристик пути или пороговых значе‑ ний параметров, для принятия ре‑ шения о необходимости техниче‑ ского обслуживания; • к ласс 2 — отдельные значе‑ ния в унифицированном форма‑ те, применимые для анализа тен‑ денций, но относящиеся к необя‑ зательным, хотя и рекомендуемым.
Анализ тенденций изменения воз‑ можен только в отношении отдель‑ ных значений, поэтому возника‑ ет необходимость объединить в та‑ ком формате все характеристики каждой единицы подвижного со‑ става. Таким образом, информация этого класса относится к расширяе‑ мому перечню характеристик гру‑ зовых вагонов, используемых по‑ всеместно в Европе. Для представ‑ ления данных и расчетов отдельных значений используется тот же уни‑ фицированный формат, что и для класса 1. Располагая информацией класса 2, пользователи могут вы‑ полнять анализ тенденций измене‑ ния параметров. При этом они мо‑ гут выбирать, какие системы вклю‑ чать в этот анализ. Если имеются алгоритмы преобразования дан‑ ных, позволяющие добиться совме‑ стимости с другими аналогичными системами, может быть выполнена специальная адаптация, позволяю‑ щая увеличить число систем в целях более глубокого комплексного ана‑ лиза тенденций. Применение этого приложения возможно только для унифицированной номенклатуры подвижного состава; • класс 3 — в этом классе пред‑ ставлены специфические необрабо‑ танные данные. Несмотря на то что данные класса 3 ориентированы на обмен между немногочисленными структурами, они должны доводить‑ ся до всех пользователей, которые смогут интерпретировать их инди‑ видуально. В результате у всех поль‑ зователей данных имеется возмож‑ ность применения комплексного ал‑ горитма оценки, предполагающего наличие больших объемов данных. Пока такой подход связан с высокой трудоемкостью для пользователей и не находит широкого применения. Реализация концепции зави‑ сит от возможности использования идентификаторов вагонов. Без на‑ дежной идентификации междуна‑ родный обмен данными будет огра‑ ничен информацией о поездах по‑ стоянной составности.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3 57
Мониторинг подвижного состава
Компания А
Компания Б
Действующая система без общего интерфейса
LS
LS
LS
LS
Брандмауэр
LS
Брандмауэр LS Применение общего интерфейса
Общий интерфейс LS
API API API
LS
API
Уровень Уровень преобразования безопасности и верификации и транспортный уровень Приватные, общие и совместные метаданные
Общий интерфейс
Безопасная передача (Https) Брандмауэр
Общедоступная сеть на базе IP-протокола
Брандмауэр
Уровень Уровень безопасности преобразования и транспортный и верификации уровень Приватные, общие и совместные метаданные
LS API
LS
API API
LS
API LS
Рис. 5. Возможности передачи данных по единому интерфейсу: LS — локальные хранилища данных; API — интерфейс прикладного программирования
Единый интерфейс для обмена стандартизованными данными В соответствии с предписаниями ЕС 62/2006 «Технические требова‑ ния эксплуатационной совместимо‑ сти железных дорог — применение телематики в грузовых перевозках (TAF TSI)» и 454/2011 «Примене‑ ние телематики в пассажирских пе‑ ревозках» (TAP TSI) железнодорож‑ ный транспорт обязан поддерживать основные бизнес-процессы участи‑ ем в стандартизованном электрон‑ ном обмене данными. При этом ос‑ новные требования в части единых стандартов относятся к единому ин‑ терфейсу (CI), который является обязательным условием для присо‑ единения к единому европейскому сообществу железных дорог (рис. 5). Единый интерфейс предусма‑ тривает возможность: • форматировать исходящие со‑ общения в соответствии с метадан‑ ными; • шифровать исходящие сообще‑ ния и подписывать электронной подписью; • отправлять исходящие сообще‑ ния по адресам; • подтверждать подлинность вхо‑ дящих сообщений; • дешифровать входящие сооб‑ щения;
• осуществлять проверку входя‑ щих сообщений на соответствие ме‑ таданным; • обеспечивать доступ к различ‑ ным базам данных. В соответствии с европейским планом стратегического разверты‑ вания (SEDP) в качестве общего решения были определены единые компоненты для сектора железно‑ дорожного транспорта, в том числе единый интерфейс для всех участ‑ ников TAF/TAP, единый домен цен‑ трального хранилища, технология сертификации открытых ключей для обеспечения защиты переда‑ ваемой информации по стандарту Х-509, сертификат TAP TSI. В настоящее время железно‑ дорожные компании большин‑ ства европейских стран обменива‑ ются информацией со своими биз‑ нес-партнерами, используя старые форматы МСЖТ-40711, Hermes 30, МСЖТ-912, а также txt, csv и xml. Для передачи информации между железнодорожными компаниями используются транспортные про‑ токолы FTP, WMO и IP. Разработанный во исполне‑ ние спецификаций TAF TSI и TAP TSI единый интерфейс уже сего‑ дня может использоваться для обеспечения защищенной пере‑ дачи данных между операторами
железнодорожной инфраструк‑ туры и перевозок, а также и для обмена нерегламентированной информацией. Предлагаемое решение основа‑ но на применении ПО с открытым исходным кодом. Комплекс разработанной систе‑ мы допускает обмен сообщения‑ ми между старыми приложения‑ ми в автоматизированных систе‑ мах железнодорожных компаний с использованием стандартных протоколов FTP, WMQ/JMS, JMS, IP, электронной почты и др. Лю‑ бое старое приложение может иметь связь с локальным единым интерфейсом (LI) с использова‑ нием одного из поддерживаемых стандартных протоколов и различ‑ ных форматов сообщений. Инфор‑ мационный обмен между желез‑ нодорожными компаниями стан‑ дартизирован на основе единых форматов сообщений или форма‑ тов сообщений совместного ис‑ пользования двумя или более компаниями. Железнодорожным компаниям предлагается устанавливать у се‑ бя единые интерфейсы CI/LI как отдельную систему. По получе‑ нии сообщения система CI/LI дол‑ жна произвести его предваритель‑ ную проверку и преобразовать в
58 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3
Мониторинг подвижного состава
нормализованный формат XML. После того как сообщение норма‑ лизовано, оно подвергается струк‑ турированию в зависимости от вида сообщения, а затем преобразуется в стандартный формат метаданных xml. Далее сообщение шифруется, при необходимости подписывается электронной подписью и передает‑ ся в систему CI/LI принимающей компании по одной из сетей (Inter‑ net, Intranet, VPN). Локальный единый интерфейс получателя при передаче защи‑ щенной информации производит ее дешифрацию, распаковку и про‑ верку электронной подписи. После этого сообщение из стандартно‑ го формата XML переводится об‑ ратно в его исходный стандартный формат и рассылается приложени‑ ям по принадлежности. Если суще‑ ствующая система LS уже работает с форматами сообщений TAF/TAP, перевод сообщений из формата старого приложения может быть заблокирован. Группа единых компонентов TAF TSI должна представить сер‑ тификаты для защищенной связи
с использованием формата X509, включая шифрование и использо‑ вание электронной подписи. Система имеет ряд очевидных преимуществ: железнодорожные компании могут обмениваться дан‑ ными в формате TAF/TAP, не из‑ меняя своих старых приложений; внедрение в полном объеме тех‑ нологии открытых ключей косвен‑ но позволяет сократить суммарные эксплуатационные затраты; систе‑ ма CI/LI может быть адаптирована для работы с различными стандар‑ тами и форматами данных, участ‑ вующих в информационном обме‑ не; обеспечивается высокая про‑ изводительность информационно‑ го обмена (порядка 100 сообщений в секунду); приложение является масштабируемым с использовани‑ ем различных стратегий внедрения; достигнута совместимость с различ‑ ными платформами при работе под операционными системами Win‑ dows и Linux RedHat. Под эгидой ERA единый интер‑ фейс был подвергнут комплексу ис‑ пытаний, по итогам которых было отмечено, что предложенную схему
обмена стандартизированными со‑ общениями настоятельно реко‑ мендуется использовать в телема‑ тических системах, задействован‑ ных в отрасли железнодорожного транспорта.
Заключение Растущий интерес разработчи‑ ков и пользователей к напольным системам мониторинга техническо‑ го состояния подвижного состава и инфраструктуры железнодорожного транспорта обусловлен многозадач‑ ностью и перспективностью исполь‑ зования таких систем. За счет про‑ гнозируемого и предупреждающего технического обслуживания и ре‑ монта достигается улучшение техни‑ ческого состояния и эксплуатацион‑ ной готовности подвижного состава и железнодорожного пути, что пози‑ тивно влияет на экономические по‑ казатели железных дорог и безопас‑ ность движения. Повышение эффек‑ тивности и производительности же‑ лезных дорог в целом выливается в значительный экономический эф‑ фект от внедрения сиcтем WTMS.
НОВОСТИ Расширение депо на станции Хоф Компания DB Regio Nordostbayern, входящая в состав холдинга железных дорог Германии (DB), построила в депо Хоф (Бавария) новый цех, оборудованный станком для обточки бандажей без выкатки колесных пар. Объем инвестиций в строительные работы и оснащение депо составил 3,8 млн евро. Цех длиной 70 м и общей площадью 815 м2 оборудован краном грузоподъемностью 5 т, а также измерительным путем с вагонными весами. До сих пор подвижной состав, приписанный к депо Хоф, для обточки бандажей на-
правляли в депо Нюрнберга, Лейпцига или Эрфурта. В рамках модернизации депо изменено путевое развитие и уложен дополнительный путь отстоя. Благодаря проведенным мероприятиям значительно снизились затраты времени на техническое обслуживание подвижного состава в депо. Замена привода дверей на поездах SJ2000 Шведский пассажирский оператор SJ заключил с компанией Faiveley Transport контракт стоимостью 10 млн евро, предусматривающий замену привода дверей на 36 элек-
тропоездах SJ2000. Пневматический привод всех дверей будет заменен на электрический, что позволит повысить их надежность и безопасность. Двери оснастят датчиками, устройствами блокировки и экстренного открывания. В то же время рамы и створки менять не планируется. Предприятие компании Faiveley Transport в г. Сен-Пьер‑де-Кор (Франция) проведет проектные работы и изготовит необходимое оборудование. Обязанности по управлению проектом, монтажу и поддержке заказчика возложены на подразделение Faiveley Transport Nordic, расположенное в Швеции.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2014, № 3 59