Розроблено та реалізовано моделі, методи та засоби інформаційної технології паралельного логічного керування об'єктами залізничної автоматики. Досліджено сучасні інформаційні технології, які використовуються для логічного керування об'єктами залізничної автоматики, виявлено їх недоліки, зокрема, в питаннях швидкодії та вірогідності реалізації логічних функцій, а також трудомісткості програмування алгоритмів керування. Вперше одержано математичну модель логічного керувального автомата паралельної дії, який на відміну від існуючих керується потоком станів входів, що дозволяє підвищити швидкодію та вірогідність реалізації функцій логічного керування. Розроблено універсальний алгоритм функціонування та синтезовано структуру логічного керувального автомата. Запропоновано концепцію створення, розроблено синтаксис і семантику удосконаленої мови програмування паралельного логічного керування ЯПЛК-М. Запропоновано метод програмування алгоритмів паралельного логічного керування, що забезпечує автоматичну трансляцію створеної технологічної мови у мову програмування ПЛІС-контролерів і дозволяє знизити кількість можливих помилок під час розробки керувальних програм. Розроблено HDL-модель логічного керувального автомата паралельної дії, на базі якого синтезовано структуру ПЛІС-контролера паралельної дії як функціонально завершеного пристрою. Наведено експериментальний зразок ПЛІС-контролера паралельної дії.

  Скачати повний текст

Досліджено питання вдосконалення безперервних колійних перетворювачів автоматизованих систем управління рухомим складом залізниць шляхом формування у реальному часі додаткового інформаційного забезпечення про їх стан і умови експлуатації. Проаналізовано структуру та параметри хвильових сигналів безстикових тональних рейкових кіл, що дозволяє обгрунтувати теоретичні положення про можливість побудови та реалізації хвильових методів контролю їх стану. Розроблено математичну модель для установлення впливу руху поїзда на частоту відбитого сигнального струму, що дозволяє визначати реальну швидкість руху та координати рухомого складу на ділянці залізниці за результатами вимірювання зрушення частоти будь-якої з гармонік напруги відбитої хвилі. Удосконалено математичну модель, яка дозволяє впровадити фазовий метод визначення наявності на ділянці залізниці рухомих одиниць шляхом обробки послідовності оцінок осей.

Визначено шляхи удосконалення експлуатаційної діяльності залізниць у контексті відновлення і розвитку систем керування перевізним процесом. Викладено загальну методику розрахунку ефективності від впровадження мікропроцесорних систем залізничної автоматики (СЗА). Увагу приділено питанням розрахунку економічної ефективності впровадження СЗА на базі обчислювальної та мікропроцесорної техніки.

Описано математичні моделі та програми для розрахунків, дослідження й оптимізації процесів руху поїзда з визначенням оптимального режиму його керування, процесів у силовому колі електровоза, в системі автоматичного регулювання (САР) частоти обертання дизеля пересувної електростанції (ДПЕС), електромеханічних приводів технологічного обладнання локомотивних депо. Розглянуто питання розробки алгоритму програми розрахунку оптимальних за витратами енергоресурсів режимних карт, підвищення ефективності використання зчіпної маси локомотива. Висвітлено загальні положення застосування ЕОМ за математичного моделювання для досліджень динаміки САР двигуна внутрішнього згоряння. Наведено функціональну схему САР частоти обертання ДПЕС з паралельним коригувальним пристроєм. Подано розрахункові зовнішні швидкісні характеристики дизеля, паливного насосу високого тиску та регулятора частоти обертання.

Складено формальні моделі у вигляді діаграм станів комутатора у разі ініціалізації та зміни топології комп'ютерної мережі відповідно до алгоритму покривного дерева. Розроблено програмну модель "STA", в основу якої покладено створені формальні моделі відповідно до алгоритму покривного дерева у разі ініціалізації та зміни топології мережі. Вхідні параметри моделі "STA": кількість комутаторів, кількість портів, МАС-адреси комутаторів, пріоритет та індекс портів і комутаторів; вихідні дані моделі "STA": визначення кореневого комутатора, кореневих портів, назначених портів та комутаторів. Досліджено встановлення та зміни конфігурації покривного дерева в комп'ютерній мережі станції Нижньодніпровськ-Вузол на програмній моделі "STA", одержано відповідну конфігурацію покривного дерева в мережі. Запропоновано модифіковану структуру в комп'ютерній мережі на станції Нижньодніпровськ-Вузол з використанням технології VLAN і алгоритму покривного дерева, що включає 2 маршрутизатора і 6 комутаторів. Існуюча структура комп'ютерної мережі є частковим випадком пропонуємої конфігурації мережі. Використання комутації усередині віртуальних локальних мереж забезпечує високошвидкісний зв'язок між станціями, а маршрутизація між віртуальними локальними мережами дозволяє розділити ресурси та скоротити широкомовний трафік до мінімуму.

Доступ к сети интернет с помощью мобильных сетей 3G, в сравнении с другими системами, имеет значительно более низкую стоимость реализации, а также лучшие показатели скорости, что делает его использование более целесообразным. Для организации беспородного доступа к сети интернет на железнодорожном транспорте целесообразно использовать Wi-Fi сеть, к маршрутизаторам которой и подключаются 3G модемы. Проведен расчет энергетики поля Wi-Fi в железнодорожном вагоне и выбор точек установки антенн.

Перехід систем залізничної автоматики та телемеханіки з початку нового століття на мікропроцесорну елементну базу розширює функціональні можливості щодо управління поїздів, підвищує показники надійності та безпечності систем централізації стрілок та сигналів, забезпечує архівування всієї технологічної та діагностичної інформації, знижує габарити апаратури, тим самим, зменшує потребу в приміщеннях, скорочує кількість ручних перевірок та регулювань, покращує умови праці, підвищує престиж професії СЦБіста.

Розглянуто базові технології локальних мереж і можливості їх використання в інформаційних системах залізничного транспорту. Подано інформацію про технології WLAN, VLAN, FDDI, Token Bus, Token Ring, імітаційну модель VG. Наведено класифікацію алгоритмів маршрутизації. Увагу приділено дослідженню протоколів внутрішньої маршрутизації в комп'ютерних мережах Придніпровської залізниці.

Мета дослідження - розробка методики визначення послідовності призначення потоків для розглянутого фрагменту комп'ютерної мережі Укрзалізниці (УЗ). За умов оптимізації управління трафіком в мережах MPLS важливу роль відіграє технологія інжинірингу трафіка (Traffic Engineering, TE). Основний механізм TE в MPLS - використання односпрямованих тунелів (MPLS TE tunnel) для завдання шляху проходження певного трафіку. Складено математичну модель задачі інжинірингу трафіка в комп'ютерній мережі УЗ за технологією MPLS TE. Комп'ютерна мережа УЗ представлена зваженим орієнтованим графом, вершинами якого є маршрутизатори комп'ютерної мережі, а кожна дуга моделює зв'язок між вузлами. Критерієм оптимізації виступає мінімальне значення максимального коефіцієнта використання ТЕ-тунелів. Знайдено шість варіантів призначення потоків, визначено раціональну послідовність потоків, за якої значення максимального коефіцієнта використання ТЕ-тунелів розглянутого спрощеного фрагменту комп'ютерної мережі УЗ не перевищує 0,5. Запропоновано методику розв'язання задачі інжинірингу трафіка в багатопротокольній комп'ютерній мережі УЗ за технологією MPLS ТЕ; для різних класів будується свій шлях у залежності від смуги пропускання та завантаження каналу. Встановлено можливість визначення значення максимального коефіцієнта використання ТЕ-тунелів у комп'ютерних мережах УЗ на основі розробленої програмної моделі "TraffEng". Вхідні параметри моделі: кількість маршрутизаторів, пропускна здатність каналів, кількість потоків, середня швидкість потоків. Як результат роботи моделі "TraffEng" надано варіанти вибору ТЕ-тунелів із відповідними значеннями максимальних коефіцієнтів їх використання.

Для отечественных дизель-поездов c тяговыми асинхронными электродвигателями разработана обобщенная структура бортовой интеллектуальной компьютерной системы поддержки принятия решений машинистом, которая в реальном времени выдает необходимую информацию для ведения поезда по железнодорожному перегону. Предлагаемая система в реальных условиях эксплуатации подвижного состава при возникновении изменений погодных условий или дорожной ситуации выдает машинисту закон управления дизель-поездом, при котором соблюдается график движения и минимизируется расход топлива.

Розглянуто можливості подальшого розвитку комп'ютерних мереж в інформаційних та інформаційно-керувальних автоматизованих системах на трьох рівнях залізничного транспорту: рівні лінійних підприємств (зокрема, сортувальних станцій), рівні залізниці, рівні Укрзалізниці (УЗ). Описано для рівня лінійних підприємств використання базових технологій локальпих мереж, для рівня залізниці - варіанти побудови об'єднаних комп'ютерних мереж, рівня УЗ - організацію відмовостійких комп'ютерних мереж. Обгрунтовано доцільність впровадження на залізничному транспорті гетерогенних комп'ютерних мереж, важливим аспектом яких є маршрутизація.

Викладено огляд ряду методів інтелектуальних систем, що можуть бути використані в системах управління на залізничному транспорті, в розробці і впровадженні яких автори брали безпосередню участь.

Наведено результати аналізу сучасного стану наукових досліджень у сфері інтелектуальної обробки інформації у процесі керування складними електротехнічними об'єктами, показано, що актуальною проблемою є створення математичних моделей і методів визначення суттєвого рівня інформативності стохастичних потоків первинної інформації, що відображають процеси функціонування енергетичних систем. Запропоновано використання математичного апарату диференційних перетворень для представлення первинної інформації у сфері диференційних зображень у вигляді T-спектрів, що надає змогу суттєво визначити рівень інформативності інформаційних даних з метою формування нових знань. Запропоновано методи синтезу диференційних математичних моделей для обробки первинних даних у вигляді T-спектрів, як основи інтелектуалізації інноваційних компіютерних технологій. Розглянуто способи організації T-спектрів первинних даних у вигляді множин і використання їх для організації інтелектуального обчислювального процесу під час реалізації спектрального аналізу на основі інтегрального перетворення Фур'є, для визначення сукупності нових інформаційних компонентів аномальних режимів функціонування систем обладнання локомотивів.

Підвищено безпеку руху та ефективність перевезень за рахунок мінімізації витрат на диспетчерське управління шляхом зниження часу обробки навігаційних даних і прийняття рішень на основі розробки моделей й інформаційної технології диспетчеризації залізничного транспорту (ЗТ). Проведено аналіз основних проблем залізниці України, огляд її сучасного стану. Розроблено формальну модель задачі диспетчеризації руху (ДР), запропоновано класифікацію ситуацій порушення умов безпеки руху, які виникають під час руху ЗТ. Розроблено схему інформаційного обміну системи ДР та імітаційну модель передачі навігаційних даних. Запропоновано схему функціонування підсистеми ДР, розроблено алгоритм визначення множини потягів, що знаходяться в ситуації порушення умов безпеки руху. Розроблено модель ДР диспетчерських зон в паралельному режимі та модель паралельної обробки даних, запропоновано алгоритм визначення ефективності паралельного алгоритму. Запропоновано представлення мультиагентної системи ДР, розроблено алгоритм диспетчеризації з використанням мультиагентного підходу. Наведено результати аналізу економічної ефективності використання інформаційної технології ДР в диспетчерському управлінні ЗТ. Результати впроваджено у діяльність ВП "Основ'янська колійно-машинна станція" регіональної філії "Південна залізниця" ПАТ "Українська залізниця", ТОВ "Сайтосс", а також у навчальний процес кафедри програмної інженерії та інформаційних технологій управління Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".

Запропоновано систему розпізнавання об'єкта на зображенні з камери системи відеоконтролю залізничного переїзду на основі згорткових нейронних мереж. Разроблено систему розпізнавання об'єкта на зображенні з використанням архітектур YOLO та SSD. Використано фреймворк Caffe, та бібліотеку OpenCV.

При вирішенні завдань в рамках геометричної теорії управління виникають проблеми, пов'язані зі складністю виконання розрахунку похідних Лі, перевірки розподілень на інволютивність, пошуку функцій перетворення, які пов'язують змінні та рівняння лінійної та нелінійної моделей. При виконанні цих операцій людиною виникає потреба у виконанні занадто об'ємних аналітичних розрахунків які можуть стати причиною відмови від застосування геометричної теорії управління. Вирішити цю проблему можна за допомогою використання спеціалізованого програмного забезпечення, що розглядається як програмне забезпечення для бортової комп'ютерної системи дизель-потяга, яке здатне автоматизувати необхідні розрахунки, чим істотно скоротити час виконання лінеаризації та пошуку функцій перетворення для математичних моделей за рахунок використання потужностей комп'ютерної техніки та нейронних мереж. Мета роботи - розробка спеціалізованого програмного забезпечення для виконання лінеаризації математичних моделей та пошуку функцій перетворення за рахунок використання нейронних мереж та можливостей мови програмування, що має графічний інтерфейс для взаємодії з користувачем. За допомогою можливостей сучасних мов програмування на основі запропонованих алгоритмів обробки даних та нейронних мереж запропонованої структури, розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для виконання перетворення нелінійних математичних моделей у лінійну форму Бруновського та пошуку функцій перетворення. При використанні розробленого програмного забезпечення збільшується швидкість виконання процесу лінеаризації, пошуку функцій перетворення, а графічний інтерфейс та коментарі, які висвітлює програмне забезпечення в процесі роботи дають можливість оперувати користувачам, які не мають спеціальної підготовки. Порівняння результатів моделювання нелінійної математичної моделі з лінійною математичною моделлю у формі Бруновського показало повне співпадіння та підтвердило правильність теоретичних положень та еквівалентність нелінійної та лінійної моделей. Висновки: розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для автоматизації аналітичних перетворень геометричної теорії управління, вирішення систем рівнянь в часткових похідних, для визначення функцій перетворень, що зв'язують змінні лінійної та нелінійної моделей. Промодельовано ряд об'єктів, які показали працездатність програмного забезпечення.

При вирішенні завдань в рамках геометричної теорії управління виникають проблеми, пов'язані зі складністю виконання розрахунку похідних Лі, перевірки розподілень на інволютивність, пошуку функцій перетворення, які пов'язують змінні та рівняння лінійної та нелінійної моделей. При виконанні цих операцій людиною виникає потреба у виконанні занадто об'ємних аналітичних розрахунків які можуть стати причиною відмови від застосування геометричної теорії управління. Вирішити цю проблему можна за допомогою використання спеціалізованого програмного забезпечення, що розглядається як програмне забезпечення для бортової комп'ютерної системи дизель-потяга, яке здатне автоматизувати необхідні розрахунки, чим істотно скоротити час виконання лінеаризації та пошуку функцій перетворення для математичних моделей за рахунок використання потужностей комп'ютерної техніки та нейронних мереж. Мета роботи - розробка спеціалізованого програмного забезпечення для виконання лінеаризації математичних моделей та пошуку функцій перетворення за рахунок використання нейронних мереж та можливостей мови програмування, що має графічний інтерфейс для взаємодії з користувачем. За допомогою можливостей сучасних мов програмування на основі запропонованих алгоритмів обробки даних та нейронних мереж запропонованої структури, розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для виконання перетворення нелінійних математичних моделей у лінійну форму Бруновського та пошуку функцій перетворення. При використанні розробленого програмного забезпечення збільшується швидкість виконання процесу лінеаризації, пошуку функцій перетворення, а графічний інтерфейс та коментарі, які висвітлює програмне забезпечення в процесі роботи дають можливість оперувати користувачам, які не мають спеціальної підготовки. Порівняння результатів моделювання нелінійної математичної моделі з лінійною математичною моделлю у формі Бруновського показало повне співпадіння та підтвердило правильність теоретичних положень та еквівалентність нелінійної та лінійної моделей. Висновки: розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для автоматизації аналітичних перетворень геометричної теорії управління, вирішення систем рівнянь в часткових похідних, для визначення функцій перетворень, що зв'язують змінні лінійної та нелінійної моделей. Промодельовано ряд об'єктів, які показали працездатність програмного забезпечення.

Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми підвищення ефективності управління рухомим складом залізниць на основі розробки науково обґрунтованих завадостійких методів і засобів передачі, приймання та обробки інформаційних сигналів у каналах зв'язку систем залізничної автоматики. Отримано функції правдоподібності вхідної напруги приймача числових кодів АЛСН в умовах дії двокомпонентної завади з незалежними відліками, двокомпонентної гауссівської марківської завади та трикомпонентної завади. Розроблено математичну модель каналу передачі сигналів АЛСН. Виконано синтез приймача числових кодів АЛСН в умовах впливу імпульсної завади, безперервної завади від лінії електропередач і безперервного гауссівського шуму. Результати передано для впровадження на регіональну філію "Південна залізниця" ПАТ "Укрзалізниця". Впровадження вищевказаних розробок дає можливість зменшити збитки від затримок поїздів внаслідок відмов приладів залізничної автоматики. Очікується, що загальна сума економічного ефекту від впровадження запропонованих методів і засобів побудови завадостійких систем керування залізничним транспортом і застосування їх протягом шести років буде становити 3230,7 тис. грн. Окремі розділи дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі УкрДУЗТ.