Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка проекта, создание и испытание экспериментального транспортного участка и системы автоматического управления движением надземной транспортной системы типа H-Bahn

Докладчик: Горбачев Роман Александрович

Должность: Исполнительный директор

Цель проекта:
Целью данной прикладной научно-исследовательской экспериментальной работы (ПНИЭР) является комплекс научных и научно-технических результатов для последующего проектирования и строительства новых для России надземных пассажирских транспортных систем типа H-Bahn, соединяющих строящиеся Индустриальным партнером крупные жилые микрорайоны в ближнем Подмосковье с концевыми станциями Московского метрополитена и транспортно-пересадочными узлами в направлении важнейших «вылетных» магистралей. Данные проекты и ПНИЭР являются одним из приоритетов и директивно заданы соответствующими Планами развития транспортной инфраструктуры Минстроя России и Правительства Московской области.

Основные планируемые результаты проекта:
Первая пилотная транспортная система подобного типа в России, вероятно, будет строиться в ближайшем Подмосковье и соединит новый жилой микрорайон Ильинское-Усово с транспортно-пересадочным узлом вблизи станции московского метро Мякинино, способная перевозить до 6 000 человек в час и включать: надземное путевое хозяйство типа «монорельс» на опорах с длиной пути около 13 километров, - подвижной состав, состоящий из 20-80 специальных пассажирских вагонов без машиниста вместимостью до 50 человек каждый, подвешенных снизу «монорельса» и движущихся со скоростью до 60 километров в час;- систему автоматического управления транспортной системой, включающей систему диспетчерского управления движением, систему управления подвижным составом, систему управления напольной инфраструктурой, обеспечивающей минимальный интервал движения – 1 минута.
Учитывая сложную инфраструктуру московского региона с его высокой плотностью застройки, сложностью дорожных сетей, дорогой площади земли, транспорт по технологии H-Bahn является очень выгодным решением для развития. Основная проблема состоит в том, что в России отсутствует опыт проектирования и строительства транспорта по технологии H-Bahn, отсутствует нормативная база для этого, отсутствуют научно-обоснованные проекты и исследования эффективности применения данной технологии в конкретных местных условиях Москвы и Подмосковья. Вместе с тем в России накоплен огромный опыт проектирования, строительства и эксплуатации традиционного железнодорожного транспорта, включая метрополитены, который безусловно является хорошей базой для решения новых задач по созданию надземных транспортных систем по технологии H-Bahn в таком сложном регионе как Москва и Московская область. Пилотная транспортная система по технологии H-Bahn имеет ряд важных отличительных особенностей, отражаемых в общих технических требованиях на систему управления, а именно:
- высокую степень кривизны трассы по сравнению с метрополитеном и железной дорогой и большую длину трассы по сравнению с действующими аналогами;
- управление подвижным составом осуществляется без машиниста посредством системы автоведения и высокоточного позиционирования;
- минимальный интервал движения поездов: от одной до трех минут
- каждый вагон имеет собственную электрическую тягу и есть возможность образования «мини поезда» с количеством от одного до четырех вагонов.
Вследствие этого разработка системы автоматического управления требует проведения большого объема специальных исследований и испытаний. Для разработки и апробации технических решений должен быть выполнен достаточный объем математического моделирования на ЭВМ, применения компьютерных технологий, макетирования, полунатурных исследований в лабораторных условиях и натурных испытаний на экспериментальных участках. Разработка программ и методик проведения испытаний является отдельной задачей. В данном случае система автоматического управления движением будет иметь трехуровневую структуру с выделением подсистем: диспетчерского управления, управления подвижным составом, управления напольной инфраструктурой (путевым хозяйством).
В соответствии с этим, одна из основных задач прикладных научных исследований и экспериментальных работ состоит в разработке комплекса математических имитационных моделей подсистем в целом, макетов отдельных составных частей и вычислительно-моделирующих стендов с последующим компьютерным моделированием, в том числе в реальном времени. Для проведения исследований с использований математических моделей и макетов в лабораторных условиях создаются специальные вычислительно-моделирующие стенды на базе высокопроизводительного вычислительного комплекса, а именно:
Вычислительно-моделирующий и испытательный стенд диспетчерского управления транспортной системой предназначен для проведения полунатурного моделирования и исследовательских испытаний моделей и макетов в лабораторных условиях. Строится стенд, который будет состоять из вычислительного комплекса, математических имитационных моделей системы диспетчерского управления макета пункта диспетчерского управления. Стенд должен обеспечить в том числе проведение исследовательских испытаний макета центра диспетчерского управления в плане имитации различных режимов работы систем: ввода/вывода информации, передачи данных, связи и ручного управления, а также должен позволять произвести оценку надежности, эффективности и быстродействия разработанных технических решений системы диспетчерского управления транспортной системой. Вычислительный комплекс стенда строится на программно-аппаратной платформе Инновационной компании ГМК-МФТИ и содержит в своем составе высокопроизводительный кластерIntel-РСК 83 Тфлопс, серверы и облачную инфраструктуру IBM, рабочие станции Dell, средства видеоизображения Samsung и другое периферийное оборудование, базовое системное программное обеспечение IBM, Autodesk, Oracle.
Вычислительно-моделирующий и испытательный стенд системы управления подвижным составом на базе опытного образца вагона предназначен для проведения полунатурного моделирования и исследовательских испытаний моделей и макетов в лабораторных условиях. Строится стенд, состоящий из описанного выше вычислительного комплекса на базе ЭВМ высокой производительности с периферийным оборудованием, комплекса математических и имитационных моделей системы управления подвижным составом, реализованных в виде программного обеспечения на ЭВМ, а также макета системы управления электроприводами на базе опытного образца вагона.
Вычислительно-моделирующий и испытательный стенд системы управления напольной инфраструктурой предназначен для проведения полунатурного моделирования и исследовательских испытаний моделей и макетов в лабораторных условиях. Строится стенд, состоящий из описанного выше вычислительного комплекса на базе ЭВМ высокой производительности с периферийным оборудованием, комплекса математических и имитационных моделей системы управления напольной инфраструктурой, реализованных в виде программного обеспечения на ЭВМ, а также шкафной аппаратуры управления стрелочными механизмами и прототипа специального программного обеспечения управления напольной инфраструктурой
Другой важной задачей является создание макетов(прототипов) основных составных частей подсистем автоматического управления.
Во-первых, это макет пункта диспетчерского управления. Он предназначен для полунатурного моделирования на ЭВМ и исследовательских испытаний моделей и проверки технических решений на стенде в лабораторных условиях, а также для натурных испытаний на экспериментальном участке с целью исследования технических характеристик диспетчерского управления движением и разработки в последующем предварительных технических предложений на систему диспетчерского управления. Макет пункта диспетчерского управления состоит из автоматизированного рабочего места диспетчера, позволяющего контролировать движение поездов в автоматическом режиме и переводить управление в ручной режим при возникновении нештатных ситуаций, видеопанели, позволяющей контролировать обстановку на станциях через видеоизображения от видеокамер, аппаратуры двухсторонней связи диспетчера с подвижным составом и станциями.
Во-вторых, макет блока управления электроприводами вагона. Он предназначен для полунатурного моделирования и исследовательских испытаний моделей и проверки технических решений на стенде в лабораторных условиях, а также для натурных испытаний на экспериментальном участке с целью исследования технических характеристик управления электроприводами и разработки в последующем предварительных технических предложений на систему управления подвижным составом. Макет системы управления электроприводами подвижного состава, состоит из блока управления разгоном, блока управления торможением, блока управления рекуперацией электроэнергии. По условиям эксплуатации макет должен иметь аппаратную реализацию в виде девятнадцати дюймового шкафа аппаратуры
И в-третьих, макет (прототип) специального программного обеспечения управления напольной инфраструктуры(стрелочными механизмами).Он предназначен для полунатурного моделирования и исследовательских испытаний моделей и проверки технических решений на стенде в лабораторных условиях, а также для натурных испытаний на экспериментальном участке с целью исследования технических характеристик системы управления напольной инфраструктуры и разработки в последующем предварительных технических предложений на систему управления напольной инфраструктурой. Специальное (технологическое) программное обеспечение разрабатывается с использованием SWITCH-технологии. При разработке специального программного обеспечения используется открытое программное обеспечение. Специальное программное обеспечение функционирует в UNIX-подобных операционных системах.
По результатам моделирования на стендах дорабатываются макеты и в последующем ставятся на испытания на экспериментальном участке. Предполагается, что в уже 2016 году ГК Мортон построит экспериментальный участок трассы длиной около 1,3 км, как часть будущей транспортной системы. По результатам исследований на моделях и испытаний макетов на экспериментальном участке будут разработаны предварительные технические предложения для использования при проектировании и строительстве системы автоматического управления пилотной транспортной системы по технологии H-Bahn.Предварительные технические предложения для проектирования системы автоматического управления пилотной транспортной системой по технологии H-Bahn (стадия «ПТ») предназначены для формирования технического задания на проектирование и разработки проекта стадии «П» впоследующем и будут включать технические предложения для проектирования системы диспетчерского управления, технические предложения для проектирования системы управления подвижным составом, технические предложения для проектирования системы управления напольной инфраструктурой.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В перспективе в 2017-2020 годах на основе опыта Германии в Дортмунде и Дюссельдорфе и результатов данной ПНИЭР, Группой компаний МОРТОН с участием Получателя субсидии должен быть построен новый для России эффективный вид пассажирского транспорта в ближнем Подмосковье по технологии H-Bahn, а именно пилотная транспортная система, способная перевозить до 6000 человек в час, включающая:
- надземное путевое хозяйство типа «монорельс» на опорах с длиной пути 3-13 км, соединяющее крупный жилой микрорайон ближнего Подмосковья с концевой станцией Московского метрополитена и транспортно-пересадочными узлами с промежуточными станциями «посадки-высадки» пассажиров в направлении одной из важнейших «вылетных» магистралей;
- подвижной состав, состоящий из 20-80 специальных пассажирских вагонов без машиниста вместимостью до 50 человек каждый, подвешенных снизу «монорельса» и движущихся со скоростью до 60 км/час;
- систему автоматического управления транспортной системой, включающей систему диспетчерского управления движением, систему управления подвижным составом, систему управления напольной инфраструктурой, обеспечивающей минимальный интервал движения – 1 минута.
Строительство пилотной надземной транспортной системы H-Bahn в ближнем Подмосковье определяется Индустриальным партнером и, по-видимому, пройдет по трассе, соединяющей строящийся микрорайон Ильинское-Усово и станцию метро «Мякинино» с учетом результатов настоящей ПНИЭР.
Данный вид транспортной системы и результаты выполненной ПНИЭР могут быть применены не только для организации перевозки пассажиров из крупных жилых микрорайонов и «разгрузки» от личного автотранспорта «вылетных» магистралей, но и соединения густонаселенных студенческих и инновационных кампусов и крупных технопарков, строящихся вблизи от них, но с затрудненной наземной транспортной доступностью.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе работ в текущем 2014 году получены следующие основные результаты:
1.Сформирована концепция выполнения научных прикладных и экспериментальных работ по разработке системы автоматического управления надземным транспортом по технологии H-Bahn, включающая анализ пассажиропотоков пилотной трассы и определение основных исходных данных для разработки, формирование общих технических требований и разработка архитектуры системы автоматического управления, имитационное моделирование и макетирование основных подсистем на вычислительно-моделирующих стендах в лабораторных условиях, доработка макетов и моделей по их результатам и проведение натурных испытаний на экспериментальном участке, разработка технических предложений для проектирования. Эта концепция отражена в конкурсной документации а затем и в техническом задании , план- графике ПНИЭР по государственному контракту с Министерством образования и науки РФ и принята индустриальным заказчиком ГК Мортон.
2.Разработаны общие технические требования и архитектура системы автоматического управления надземным транспортом по технологии H-Bahn, cучетом особенностей пилотной трассы «Ильинское-Усово-станция метро Мякинино» и прогнозируемого пассажиропотока, с выделением основных взаимосвязанных подсистем: диспетчерского управления, управления подвижным составом, управления напольной инфраструктурой. В каждой из них ключевым требованием принято обеспечение безопасности. На этой основе сформированы исходные данные для разработки имитационных моделей ,макетов, вычислительно-моделирующих и испытательных стендов и для разработки технических решений по построению подсистем в последующем.
3.Разработаны технические предложения на вычислительно-моделирующие и испытательные стенды, предназначенные для исследований и разработки подсистем диспетчерского управления, управления подвижным составом, управления напольной инфраструктурой в составе: компьютерный комплекс, имитационные модели подсистем, макеты пункта диспетчерского управления, управления электроприводами подвижного состава, управления стрелочными механизмами. Определена спецификация основного оборудования стендов и подготовлены контракты на его поставку.