Моделирование факторов, влияющих на безопасность движения в зоне скрещивания транспортных потоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 656.216.2:681.518.52:621.397.7

Моделирование факторов, влияющих на безопасность движения в зоне скрещивания транспортных потоков

Чепцов М.Н., к.т.н., доцент (УкрГАЖТ)

Германенко О.А., инженер (Донецкая ж.д.)

Введение, анализ состояния проблемы и постановка задачи исследования. Безопасность пересечения транспортными потоками одного пространственного уровня определяется очередностью проследования подвижными единицами зоны скрещивания [1]. С целью обеспечения этого процесса с минимальной вероятностью возникновения опасных ситуаций применяются специализированные средства ограждения и сигнализации - переезды [2]. Следует отметить, что их техническая оснащенность (ТОс) зависит от необходимого уровня обеспечения безопасности движения, причем на магистральном железнодорожном транспорте предусмотрена соответствующая классификация (таблица 1) [3].

Таблица 1 - Классификация переездов по категориям

Как следует из таблицы, классификация по категориям учитывает только максимальные значения количества подвижных единиц на момент проектирования устройств ограждения и сигнализации. При этом не берутся в расчет динамические свойства транспортных потоков, скорости движения, тормозные режимы и другие факторы [4], что приводит к следующему:

- увеличению материальных затрат при уменьшении интенсивности движения через переезд;

- ухудшению показателей безопасности при увеличении количества подвижных единиц.

Такие явления в значительной мере обусловлены малым числом возможных уровней ТОс, которые соответствуют категориям переездов. Решение этой проблемы возможно за счет разработки средств, направленных на нивелирование границ уровней ТОс. При этом в первую очередь необходимо выполнить синтез и анализ моделей для оценки факторов, влияющих на безопасность движения в зоне скрещивания транспортных потоков, что и является целью данной работы.

Основной материал. Как известно [5], безопасность движения в зоне скрещивания транспортных потоков зависит от автодорожного и железнодорожного факторов. Обозначим соответствующие количества подвижных единиц как N_АС и N_П и рассмотрим множество допустимых значений данных показателей.

Естественно, что N_АС.min = 1 и N_П.min = 1, так как при равенстве нулю хотя бы одного из них переезда как объекта не существует. Текущие значения N_АС и N_П определяются исходя из нормативной документации и соответствуют приведенной классификации (таблица 1).

Теоретические максимальные значения N_АС.max и N_П.max определяются возможной пропускной способностью железнодорожных переездов. Так, для переезда, расположенного на однопутном участке, N_АС.max = 86 400 шт. (длина опасной зоны переезда l_пер = 10,3 м, расчетная скорость автотранспортных средств v_АСmax ? 60 км/ч [4]). В свою очередь N_П.max = 2 057 шт. (расчетная длина участка приближения l_оп = 1415 м, максимальная скорость движения поездов v_Пmax = 120 км/ч [4]).

Введем обозначения факторов, учитывающих суточное количество транспортных единиц в зоне скрещивания:

, (1)

, (2)

где з_АС и з_П - логарифмическое представление показателей N_АС и N_П, обусловленное их значительной разрядностью.

С учетом максимальных значений N_АС.max и N_П.max коэффициенты, учитывающие опасность процесса скрещивания:

, (3)

. (4)

где k_АС - коэффициент опасности от движения автотранспортных средств, k_П - от движения поездов.

Тогда выражение, в соответствии с которым определяется опасность процесса скрещивания, зависящая от количества подвижных единиц, является произведением соответствующих коэффициентов:

, (5)

где - коэффициент опасности в зоне скрещивания транспортных потоков.

В результате факторного анализа, произведенного на основе нормативной документации [3, 4], выполнена классификация переездов по категориям (рисунок 1).

Следует отметить, что на переездах первой и второй категории, наряду с техническими средствами, предполагается наличие дежурного персонала [3]. Это переводит автоматические системы ограждения и сигнализации в класс эргодических и, как следствие, к необходимости учета влияния человеческого фактора на безопасность движения.

Результаты комплексного анализа устройств ограждения, с учетом различий и сложности применяемого оборудования, приведены в виде их классификации в работе [6], где представлены пять возможных уровней технической оснащенности ограждающих устройств.

Рисунок 1 - Классификация переездов по категориям в зависимости от значений факторов и

В соответствии с данной классификацией, введем следующие коэффициенты:

а) коэффициент опасности ограждающих устройств (обозначим как );

б) логарифмический относительный коэффициент материальных затрат (обозначим как k_МЗ) [7].

Данные коэффициенты принимают значения, приведенные ниже в таблице 2 [6], где каждому уровню технической оснащенности соответствуют материальные затраты, которые складываются из стоимости оборудования и затрат на эксплуатацию указанных устройств.

Таблица 2 - Классификация ограждающих устройств по уровню технической оснащенности с учетом коэффициентов и k_МЗ

Анализ таблицы 2 показывает, что оборудование переездов автоматической световой сигнализацией не гарантирует полной безопасности движения, при этом коэффициент зависит от количества железнодорожных транспортных потоков. Установка автоматической переездной сигнализации с автоматическими шлагбаумами требует значительных материальных затрат и способствует уменьшению коэффициента , однако не позволяет полностью исключить въезд автотранспортных средств в зону переезда при приближении поезда.

С учетом наличия на переезде систем ограждения и сигнализации, модель оценки факторов, влияющих на безопасность движения в зоне скрещивания транспортных потоков, преобразуется к следующему виду:

, (6)

переезд транспортный ограждение

где k_о - коэффициент опасности в зоне скрещивания транспортных потоков с учетом наличия на переезде систем ограждения и сигнализации.

Тогда задача оптимизации коэффициента оснащенности устройств ограждения переездов (обозначим как ), по критерию минимизации материальных затрат на их обслуживание, будет выглядеть следующим образом:

Зависимость оснащенности и опасности переездов от уровня материальных затрат представлена на рисунке 2, где значения факторов и определены в зависимости от величины коэффициента опасности .

Анализ графиков, приведенных на рисунке 2, позволяет сделать предварительный вывод, что решение оптимизационной задачи коэффициента оснащенности устройств ограждения переездов является затруднительным, т.к. графики не имеют ярковыраженных максимумов и минимумов. Для уменьшения коэффициента опасности k_о необходимо минимизировать величину фактора . Тогда:

> _П, при > 0, (10)

где _П - некоторое номинальное значение поезов, следующих через рассматриваемый участок пути с соблюдением графика движения.

Рисунок 2 - Зависимость оснащенности и опасности переездов от уровня материальных затрат

В этом случае области представленные на рисунке 2 могут быть минимизированы до прямых линий параллельных горизонтальной оси.

Выводы и практические рекомендации. На основе изложенного следует сделать вывод, что существующее разделение технической оснащенности переездов на 5 дискретных уровней не в достаточной мере обеспечивает потребности железнодорожного транспорта. Это связано со значительными динамическими изменениями интенсивности железнодорожного и автотранспортных потоков. Если при снижении интенсивности одного из потоков затраты на обслуживание останутся неизменными, то они окажутся неоправданными. При временном увеличении потоков, для уменьшения коэффициента k_о, потребуются дополнительные расходы для повышения уровня оснащенности мест транспортного скрещения, что в последствии также может быть неоправданным.

В то же время, разработаны и находятся в эксплуатации устройства дистанционного визуального наблюдения за состоянием удаленных территорий и объектов [8-11]. Их применение для решения рассматриваемой задачи позволит, при сравнительно небольших материальных затратах, уменьшить коэффициент опасности k_о не зависимо от динамического изменения транспортных потоков. Мировой опыт применения подобных устройств показывает, что опасность зоны скрещивания от влияния автотранспортных средств может быть сведена к минимальному значению.

Устройства визуального наблюдения дают возможность передавать видеоданные не только работникам правоохранительных органов, но и локомотивным бригадам приближающихся поездов, что позволит влиять на дисциплинированность водителей автотранспортных средств и своевременно обеспечивать локомотивные бригады поездов информацией о состоянии впереди расположенных переездов. В обоих случаях имеется возможность минимизировать коэффициент оснащенности мест скрещивания транспортных потоков и уменьшить затраты на содержание, ремонт и обслуживание устройств сигнализации, при условии обеспечения нормативного уровня безопасности.

Список литературы

1. Поддубняк В. И. Определение перемещений посторонних объектов в опасной зоне переезда с помощью систем видеонаблюдения / В. И. Поддубняк, О. А. Германенко // Зб. наук. праць. - Донецк: ДонИЖТ, 2005. - № 3. - С. 32-39.

2. Бойник А. Б. Видеоконтроль опасной зоны железнодорожных переездов / А. Б. Бойник, О. А. Германенко // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2001. - № 4. - С. 24-27.

3. Інструкція з улаштування та експлуатації залізничних переїздів № ЦП 0174. Міністерство транспорту та зв'язку України. Державна адміністрація залізничного транспорту України. Головне управління колійного господарства Укрзалізниці. - Київ: ТОВ «ВД Мануфактура», 2007. - 67с.

4. Германенко О.А. Определение времени вступления поездов на переезд в зависимости от скорости их движения. Часть 3 / О. А. Германенко // Зб. наук. праць. - Донецк: ДонИЖТ, 2006. - № 7. - С. 61-70.

5. Германенко О.А. Основные ситуации, возникающие в зоне переезда и уровни их опасности для движения железнодорожного транспорта / О. А. Германенко // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2009. - № 4. - С. 146-151.

6. Бойник А.Б. Теоретические основы эффективной эксплуатации систем управления ограждающими устройствами: дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук: 05.22.20 / Бойник Анатолий Борисович. - Харьков, 2003. - 336 с.

7. Шелобаев С.И. Математические методы и модели в экономике, финансах, бизнесе: учебное пособие для вузов / С.И. Шелобаев. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 367 с.

8. Інструкція з дослідної експлуатації переїзду без чергового, обладнаного автоматичними шлагбаумами та системою відеоспостереження, розташованого на перегоні Рудно-Мшана 16 км + 224 м. - Львів, 2005. - 10 с.

9. Обеспечение безопасности движения на переездах железных дорог мира // Автоматика телемеханика и связь. - 1997. - № 11. - С. 30-31.

10. Косилов Р.А. Телевидение на железнодорожном транспорте: опыт и перспектива / Р.А. Косилов // Автоматика телемеханика и связь. - 1990. - № 5. - С. 26-27.

11. Телевизионные системы контроля на Государственных железных дорогах ФРГ // Железные дороги мира. - 1985. - № 3. - С. 28-36.

Размещено на Allbest.ru