Спутниковая связь. Спутниковая Связь. Основные цели и задачи внедрения спутниковых технологий на железных дорогах
 Скачать 1.27 Mb.
|
|
Оглавление Введение 2 1. Основные цели и задачи внедрения спутниковых технологий на железных дорогах 3 2. Основные направления применения спутниковых технологий на железнодорожном транспорте 4 2.1 Назначение системы мониторинга и управления в сфере железнодорожных перевозок 4 3. Глобальные навигационные спутниковые системы 8 4. Система спутниковой навигации GPS 10 4.1 Принцип работы GPS 11 5. Система спутниковой навигации ГЛОНАСС 14 6. Разница между GPS и ГЛОНАСС 16 Заключение 18 Библиографический список 19 Введение Железнодорожные системы широко используют спутниковые технологии ГЛОНАСС для отслеживания движения локомотивов, вагонов, при техническом обслуживании транспортных средств и в оборудовании перегонных станций. В сочетании с другими датчиками, компьютерами и системами связи, спутниковые системы повышают уровень безопасности и эксплуатационной эффективности на железнодорожном транспорте. Спутниковые технологии ГЛОНАСС позволяют снизить количество аварий, задержек, а также эксплуатационные расходы при одновременном повышении пропускной способности железнодорожного пути, удовлетворенности клиентов и экономической эффективности. 1. Основные цели и задачи внедрения спутниковых технологий на железных дорогах Основная цель внедрения спутниковых технологий - достижение качественно более высокого уровня обеспечения безопасности движения и управления перевозками, за счет принципиальных изменений в сфере координатно-временного обеспечения железнодорожного транспорта. Основная задача - предоставить службам и хозяйствам ОАО «РЖД» с помощью спутниковых технологий гарантированную возможность знать в любой точке на сети железных дорог, в любое время суток и при любой погоде, с высокой точностью дислокацию пассажирских и грузовых поездов, включая специальные и опасные грузы, специальных самоходных подвижных средств, путейских бригад, контролировать их движение, параметры состояния бортовых систем и интегрировать эти данные в диспетчерских центрах управления движением и центрах управления перевозками. 2. Основные направления применения спутниковых технологий на железнодорожном транспорте  Рисунок – 1. Применение спутниковых связей на железнодорожном транспорте.2.1 Назначение системы мониторинга и управления в сфере железнодорожных перевозок Регулярный мониторинг местонахождения цистерн и танк-контейнеров с грузом Регулярный мониторинг параметров состояния груза (давление, температура, уровень) и определение степени тревожности с ним Контроль состояния цистерны и танк-контейнера с грузом (герметичность) Оперативное определение местоположения цистерн и танк-контейнеров с повышенной точностью при нахождении на путях станций (где происходит большая часть краж и несанкционированных сливов) Оперативное определение параметров состояния груза при приближении к предельным значениям Оперативная передача мониторинговой информации в удалённый Диспетчерский центр (ДЦ) перевозчика из любой точки маршрута (значительная часть маршрута может находиться вне зоны действия наземных коммуникаций) Оперативная сигнализация и передача сигнала тревоги в ДЦ, экстренные службы и локально, при выходе параметров состояния груза за заданные пределы  Рисунок – 2. Системы мониторинга и управления.Основные результаты, достигаемые за счет мониторинга железнодорожного транспорта: Повышение оборачиваемости вагонов Снижение эксплуатационных расходов на содержание и ремонт подвижного состава и путей Повышение оперативности управления промышленным железнодорожным транспортом Разработаны и находятся в стадии массового внедрения спутниковые системы обеспечения безопасности и связи пассажирских поездов. На основе использования координатно-временной информации, получаемой со спутников ГЛОНАСС, разработаны и внедрены интеллектуальные системы диспетчерского управления. Применение спутниковых систем диспетчерского управления дает возможность оптимизировать работы путевой ремонтной техники «в окнах», увязав ее с управлением поездной работой и обеспечив максимальную пропускную способность железных дорог. Также в целях повышения безопасности работы путевых бригад на объектах железнодорожной инфраструктуры планируется обеспечить их устройствами оповещения на основе спутниковой навигации. На железных дорогах России внедряются средства маневровой и горочной автоматической локомотивной сигнализации, использующие спутниковые навигационные приемники ГЛОНАСС. Точность определения местоположения локомотива на этих объектах – не более одного метра. Использование технологий ГЛОНАСС на железнодорожном транспорте дает ряд следующих преимуществ: повышение безопасности движения на железнодорожном транспорте; обеспечение автоматического определения местоположения, направления и скорости движения локомотивов в режиме реального времени на цифровой карте путевого развития станций и перегонов; обеспечение управления движением локомотивов на малодеятельных линиях и станциях, не оборудованных средствами сигнализации, централизации и блокировки; снижение затрат, связанных с содержанием и эксплуатацией подвижного состава за счёт повышения эффективности использования локомотивного парка, контроля за расходом топлива; автоматизация и повышение качества процессов управления движением и сокращения влияния человеческого фактора; снижение затрат на выполнение маневровых работ на станциях. Ёмкость российского рынка ГЛОНАСС железнодорожного назначения порядка 210 тыс. шт., в т.ч. более 20 тыс. локомотивов. Более 14 000 ед. российской железнодорожной техники оснащено ГНСС-технологиями. 3. Глобальные навигационные спутниковые системы Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) – основные средства координатно-временного обеспечения в любой точке Земли. Спутниковые системы навигации стали развиваться сразу же после запуска первого спутника. Именно наблюдения за ним и его сигналами послужили основой для создания геолокации. В 1960 году была запущена первая в мире группировка космических аппаратов Tranzit. Она использовалась сначала ВМС США, а после и гражданскими судами. Чуть позднее в СССР запустили две аналогичные системы «Циклон» и «Цикада» для гражданских и военных кораблей. Сейчас в мире используются две глобальные системы: американская GPS и российская глобальная навигационная система ГЛОНАСС. Китайские и европейские спутники пока только разворачиваются и конкуренцию не составляют. Основная функция любой навигации – определение точных координат объекта. Зная эти данные и время на перемещение от одной точке к другой, можно вычислить и скорость. Эти свойства находят свое применение в геодезии, логистике, спасении людей. Постепенное развитие автоматизации и систем связи позволило использовать спутниковую навигацию как базу для организации отслеживания транспорта, состояния техники, обеспечения безопасности людей.  Рисунок – 3. Глобальные навигационные спутниковые системы.К системам спутниковой навигации относятся: GPS – самая распространенная в мире американская система, принадлежащая Министерству обороны США. ГЛОНАСС – российская система, принадлежит Министерству обороны России. По заявлениям разработчиков, система будет обладать техническими преимуществами по сравнению с американской. Бэйдоу – китайская навигационная система, которая на данный момент используется только в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Galileo – европейская система, разработана по совместному проекту Европейского Союза и Европейского космического агентства. В настоящее время находится на этапе создания спутниковой группировки. IRNSS – система принадлежит Индии, находится в состоянии разработки. Первый спутник был выведен на орбиту в 2008 г. Предполагается для использования только в Индии. 4. Система спутниковой навигации GPS Global Positioning System (Глобальная Система Позиционирования) – уникальная разработка, которая позволяет измерять расстояние, определять скорость и местоположение объектов. С помощью GPS-приемника можно увидеть нахождение транспортных средств на электронной карте. Кроме того, особенностью системы является возможность прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, разрешенных поворотов и пробок. Идея создания спутниковой системы GPS мониторинга возникла еще в далекие 50-е годы, однако реализована была значительно позже. Изначально она носила иное название – DNSS и Navstar-GPS. Несмотря на первоначальные военные цели проекта, навигационную систему стали использовать во многих торговых объектах, GPS-приемники появились в телефонах, смартфонах и др. Кроме того, потребителям были представлены всевозможные программные продукты и устройства, благодаря которым можно быстро выявить местоположение интересующего объекта в реальном времени. Как у любой другой спутниковой системы навигации, у GPS есть недостатки, которые выражаются в искажении и задержке определения сигнала. Также при определенных условиях приемник не получает сигнала: из-за большой облачности и наземных радиоисточников. При этом рабочая частота лежит в дециметровом диапазоне радиоволн. Помимо этого, к ухудшению приема сигнала приводит местонахождение внутри железобетонного здания, в подвальном помещении, тоннеле или квартире. Принимая во внимание то, что наклон орбиты у системы GPS мониторинга составляет 55, сигнал в приполярных районах плохо улавливается. Учитывая все вышеперечисленные неточности в работе, на данный момент система совершенствуется с целью сведения к минимуму радиопомех и получения более мощного сигнала. 4.1 Принцип работы GPS Принцип работы GPS основан на эффекте Допплера — уменьшении частоты получаемого приемником сигнала при отдалении спутника и ее увеличении при приближении. В GPS три сегмента: спутники, наземные управляющие станции и приемники. Управляющие станции осуществляют контроль за работой спутников и при необходимости отправляют им корректирующие сигналы. Приемник получает сигнал со спутников и корректирующих наземных станций. Свои координаты GPS-приемник определяет с помощью измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от спутников с учетом их местоположения.  Рисунок – 4. Принцип работы GPS.Для нормального функционирования GPS достаточно всего 24 спутников. Каждый из них движется по собственной траектории на высоте примерно 20 тысяч километров от Земли со скоростью около 14 тысяч километров в час. Чтобы система работала без сбоев, запускают дополнительные спутники, в настоящий момент их более тридцати. Срок жизни спутника - от 7,5 до 15 лет. Координаты GPS-приемника определяются с точностью до шести метров, а в некоторых странах - благодаря использованию корректирующих наземных станций - до одного метра. На точность позиционирования влияет несколько параметров: число видимых приемником спутников и их расположение, погодные условия, помехи от радиоволн. Сигнал GPS лежит в дециметровом диапазоне волн и не проникает сквозь бетонные стены, поэтому в зданиях система навигации чаще всего не работает. 5. Система спутниковой навигации ГЛОНАСС ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система, англ. GLONASS) – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту. Система предназначена для обслуживания военных и «гражданских» пользователей. Для работы глобальной сети используется наземное оборудование и спутники — сегодня их 24. С конечными пользователями они взаимодействуют через клиентские устройства — навигаторы, трекеры, «маяки» и так далее. Спутники, которые используются в ГЛОНАСС: находятся на высоте 19,4 тыс. км; развернуты по трем орбитальным плоскостям и наклонены на 64,8 градуса — это сделано для более полного охвата полярной области, в которой находится немалая часть РФ; передают сигнал с направленностью в 38 градусов, круговая поляризация правая. Чтобы определить гео-координаты с достаточной степенью точности, достаточно соединения хотя бы с четырьмя спутниками. Система устанавливает долготу и широту, высоту объекта и время, в которое сняты эти параметры, сообщение с показателями отправляется на принимающие клиентские устройства. Они, сопоставляя время отправки и получения, определяют дистанцию до спутников и, благодаря этому — местонахождение объекта, на котором установлены. Так осуществляется мониторинг движущейся техники, устанавливаются координаты. Погрешность измерений отличается на 10 и более метров, в зависимости от климатических факторов, ограничений по безопасности, качества техники для приема и других факторов. Пользовательские устройства принимают два типа сигналов — FDMA и CDMA. Они, в свою очередь, могут быть открытыми и защищенными, особо точными, передавать сообщения в разных сигнальных форматах.  Рисунок – 5. Эволюция спутниковой системы ГЛОНАСС.6. Разница между GPS и ГЛОНАСС Система GPS использует методику кодированных сигналов множественного доступа CDMA. Главное достоинство здесь – уменьшенные требования к ресурсам для передачи радиосигнала и точное определение координат с погрешностью всего в 2-4 метра. Позиционирование GPS в сравнении с ГЛОНАСС выше, что позволяет системе активно использоваться в сфере картографии и геодезии. Система ГЛОНАСС функционирует с помощью метода «выделенных линий» FDMA. Технология, в сравнении с GPS, считается более затратной, но зато обеспечивает лучшую защиту от возможных помех. С учетом того, что на передачу спутникового радиосигнала может влиять множество факторов, среди которых искусственные инженерные строения, облачность и погодные осадки, помехи от наземных источников радиовещания – ГЛОНАСС в качестве основной системы мониторинга за транспортом считается более перспективной. Дополнительными преимуществами ГЛОНАСС можно назвать: Высоту орбиты спутников у российской системы выше. Покрытие ГЛОНАСС способно захватывать северные широты. Низкое расположение спутников GPS дает неточные результаты в этих регионах. Для работы не требуется постоянная синхронизация с вращением Земли. Скорость обработки и передачи данных в режиме реального времени у ГЛОНАСС выше, поскольку спутники вращаются независимо от планеты.  Рисунок – 6. Количество спутников ГЛОНАСС и GPS.Если говорить о расположении и количестве спутников, то здесь цифры у обеих систем одинаковы. Работу GPS и ГЛОНАСС обеспечивают по 24 спутника. Отличие заключается в количестве отслеживаемых плоскостей. Зона покрытия GPS делится на 4 плоскости с 6-ю спутниками в каждой, а у ГЛОНАСС – 8 спутников на 3 плоскости. Заключение Подводя итоги, можно прийти к выводу, что две системы являются практически идентичными с точки зрения обычных пользователей систем слежения. Даже разница погрешности в 1-2 метра у ГЛОНАСС будет компенсирована за счет большего количества спутников на плоскости. Современные терминалы слежения позволяют принимать сигналы с каждой из систем. Аргументированным решением в пользу выбора ГЛОНАСС можно назвать его адаптацию к северным широтам и регионам, с которыми GPS справляется только на 70%. Железнодорожная отрасль получает большой эффект от внедрения спутниковых технологий: Увеличение пропускной способности и безопасности движения за счет совершенствования систем управления движением и перевозками; Повышение скорости и плотности движения; Снижение брака пути и повышение его надежности; Снижение затрат на капитальный ремонт железнодорожного полотна и его геодезическое обеспечение; Снижение затрат на ликвидацию последствий крушений и аварий; Снижение затрат на инвентаризации земельных участков и расположенных на них зданий, строений и сооружений; Повышение уровня информационного взаимодействия между службами железных дорог и внешними информационными системами. Библиографический список 1. Сайт: www.eav.ru 2.Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р) 3. Официальный сайт ОАО «РЖД» - http://rzd.ru/ |