Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.582.21.0003

Руководитель: Гаричев Сергей Николаевич

Должность руководителя: генеральный директор

Докладчик: Горбачев Роман Александрович, Исполнительный директор

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
система управления, автоматическая система управления, монорельсовый транспорт, надземный общественный транспорт, транспортная система

Цель проекта:
Целью ПНИЭР является получение комплекса научных и научно-технических результатов для проектирования и строительства новых для России надземных пассажирских транспортных систем типа H-Bahn, соединяющих строящиеся крупные жилые микрорайоны в ближнем Подмосковье с концевыми станциями Московского метрополитена и транспортно-пересадочными узлами. Проектирование первой в России транспортной системы по технологии H-Bahn ведется группой компаний Мортон. Планируется, что первая пилотная транспортная система подобного типа в России будет строиться в ближнем 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 «моно-рельс» 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 50 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 таких территорий. 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. Одной из ключевых задач при этом является разработка безопасной системы автоматического управления, обеспечивающей автоведение спаренных вагонов по сложной трассе с малым интервалом движения с одновременным автоматическим управлением напольной инфраструктурой и автоматизацию центрального диспетчерского управления. 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 для каждой из подсистем: диспетчерского управления, управления подвижным составом, управления напольной инфраструктурой (путевым хозяйством) с обеспечением безопасности на каждом уровне управления. При этом разработка программ и методик проведения испытаний является отдельной задачей.

Основные планируемые результаты проекта:
Транспортная система H-Bahn, «Hängebahn» или «Hangingrailway» - подвесная железная дорога работает без машиниста. Транспортные проекты на основе технологии H-Bahn требуют меньшего объема инвестиций, чем проекты других видов надземного транспорта. Первый этап экономии наступает при подготовке коридоров под трассы за счет снижения затрат на снос зданий и вынос инженерных сетей, так как H-Bahn гибко вписывается в ландшафты и практически не нарушает городскую инфраструктуру, а легкие опоры с переменным шагом не требуют больших землеотводов. Второй этап экономии происходит в период строительства, так как не требуется создания тяжелых эстакад и мостовых переходов. Автоматическая система управления позволяет обходиться без машинистов и стационарных служащих, что значительно снижает затраты на выплату заработной платы. Подвижной состав имеет срок эксплуатации 30-40 лет, стальные конструкции путевой структуры с покрытием, обеспечивающим их защиту на протяжении 20 лет сводят к минимуму затраты на текущие ремонты. Гибкая автоматизированная система управления режимом движения подвижного состава и применяемый принцип рекуперации электроэнергии позволяют значительно снизить энергозатраты.
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.
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 Индустриальный партнер проекта построит экспериментальный участок трассы длиной около 1 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.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
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 Никольское-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.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
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:
Разработана прогнозная модель загрузки транспортных сетей с включением пилотной надземной транспортной системы типа H-Bahn, содержащей перечень значимых параметров моделируемого объекта (потокообразующие факторы, характер транспортной сети, поведенческие факторы, дни недели, время суток).Определены некоторые значимые параметры пилотной трассы и внешние исходные для разработки системы автоматического управления, способной обеспечить прогнозируемый пассажиропоток.
Проведён анализ существующих реализаций систем управления рельсовым транспортом, включая H‑Bahn. Рассмотрена специфика российского пилотного проекта. Разработаны архитектурные решения построения системы управления движением, позволяющие реализовать задачу автоматического управления на сложной трассе и обеспечить безопасность пассажироперевозок, как основа для дальнейшей разработки технических решений и их аппаратно-программной реализации.
Разработан проект общих технических требований к системе автоматического управления транспортной системой типа H-Bahn. Создана основа разработки нормативно-технической базы, необходимой для проектирования систем управления перспективных транспортных систем типа Н-Bahn и реализации пилотного проекта по трассе Ильинское-Усово- станция метро Мякинино
Разработаны и сопоставлены различные варианты технических решений, выбран и обоснован оптимальный вариант системы управления напольной инфраструктурой (путевым хозяйством). Для реализации системы управления путями предложено два варианта технических решений для организации движения между двумя промежуточными пунктами (станция А и станция Б) и вариант технического решения по управлению путями со стрелками. Для реализации системы управления электроснабжением предложено три варианта технических решений для организации электроснабжения объектов напольной инфраструктуры станции и прилегающих перегонов. Для реализации системы управления станцией предложено три варианта технических решений.
Разработаны и сопоставлены варианты возможных технических решений, выбран и обоснован оптимальный вариант системы управления подвижным составом в части: бортовой системы управления подвижным составом, включая электроснабжение и связь «подвижной состав-система диспетчерского управления», системы позиционирования подвижного состава на протяжении линии и на станции, системы автоведения с возможностью задания и корректировки расписания движения и скоростного режима из пункта диспетчерского управления.
Разработаны и сопоставлены варианты возможных технических решений, выбран и обоснован оптимальный вариант системы диспетчерского управления транспортной системой в части: системы диспетчерской централизации и управления движением поездов, системы беспроводной и проводной связи с подвижным составом и станциями, системы мониторинга для обеспечения безопасности на линии.
Разработан и обоснован комплекс моделей системы управления напольной инфраструктурой в составе: компьютерные 3D модели трассы и путей надземной транспортной системы, математическая и имитационная модели управления путями, имитационная модель системы управления электроснабжением линии, имитационная модель системы управления на станции. Выпущен комплект технической документации на математические и имитационные модели.
Разработан и обоснован комплекс моделей системы управления подвижным составом: имитационная модель бортовой системы управления подвижным составом, включая электроснабжение и связь «подвижной состав-система диспетчерского управления», имитационная модель системы позиционирования подвижного состава на протяжении линии и на станции, имитационная модель системы автоведения с возможностью задания и корректировки расписания движения и скоростного режима из центра диспетчерского управления. Комплекс моделей системы управления подвижным составом позволяет дать количественную оценку технических характеристик составных частей системы управления подвижным составом, для разработки макетов и стендов, для моделирования и исследовательских испытаний.
Разработан и обоснован комплекс моделей системы диспетчерского управления транспортной системой позволяющий дать количественную оценку технических характеристик составных частей системы диспетчерского управления, для разработки макетов и стендов, для моделирования и исследовательских испытаний. Разработаны математические и имитационные модели системы диспетчерской централизации и управления движением поездов, системы беспроводной и проводной связи с подвижным составом и станциями, системы мониторинга для обеспечения безопасности на линии, позволяющие составлять и оптимизировать расписание движения, имитировать управление и вести мониторинг в реальном времени.
Разработана конструкторская документация и изготовлен стенд, как совокупность специального оборудования и программно-алгоритмического обеспечения для полунатурного моделирования (имитации) системы управления напольной инфраструктурой. При этом предполагается, что данный стенд будет сопряжен со стендом управления подвижным составом и со стендом диспетчерского управления. Эскизная конструкторская документация на стенд представлена отдельным документом.
Разработана конструкторская документация и изготовлен стенд, как совокупность специального оборудования и программно-алгоритмического обеспечения на базе опытного образца вагона для полунатурного моделирования (имитации) системы управления подвижным составом, которая представлена в отдельном документе. При этом данный стенд будет сопряжен с опытным образцом вагона, который будет оснащен двигателями и необходимой автоматикой для отработки различных режимов управления. На этапе выполнения экспериментальных работ в натуре на экспериментальном участке пилотной трассы данный опытный образец вагона будет использован как действующая путевая лаборатория.
Разработана конструкторская документация и изготовлен стенд, как совокупность специального оборудования и программно-алгоритмического обеспечения для полунатурного моделирования (имитации) системы диспетчерского управления.
На основе полученных результатов сформированы и выданы Индустриальному партнеру исходные данные для проектирования и строительства экспериментального участка пилотной транспортной системы длиной 1,3 км с двумя станциями и технологическим подвижным составом в районе массовой застройки жилья в поселке Ильинское-Усово. На данном этапе Индустриальным партнером выполнено проектирование 1-го пускового комплекса (экспериментального участка) и начата подготовка к строительству первого пути перегона на участке станция «Мортонград» - станция «Главкино» в поселке Ильинское-Усово. Также разработана рабочая проектная документация на технологический вагон подвижного состава, на объекты инфраструктуры транспортной системы типа H-Bahn включая депо, предназначенное для производства монтажных и ремонтных работ, эксплуатации подвижного состава, станции, тяговую подстанцию, сооружения путевой инфраструктурой (опоры и путевые балки). Начаты инженерные изыскания и подготовительные работы на участке строительства экспериментального участка пилотной транспортной системы H-Bahn. Утвержден план-график работ по поставкам комплектующих и монтажу экспериментального участка с окончанием строительства в I квартале 2016 года.