 |
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Symulator prowadzenia ruchu kolejowegoSpis treści:1. Wprowadzenie 2. Informacje ogólne 3. Zarys działania symulacji 4. Perspektywy rozwoju i zastosowania w dydaktyce Powiązane strony: 1. WprowadzenieSymulacja, jako technika imitowania istniejącego bądź projektowanego systemu przy pomocy jego modelu, pojawiła się jako narzędzie badawcze już w latach pięćdziesiątych[1], a jej szerokie zastosowanie umożliwiły komputery. Obecnie jest używana również w kolejnictwie, gdzie służy do wspomagania projektowania, planowania i eksploatacji, a także do celów szkoleniowych. Zależnie od przeznaczenia, symulacja ruchu kolejowego może obejmować fragmenty sieci kolejowej o różnej wielkości i różnym poziomie szczegółowości. Wyróżnić można pod tym względem[8]:
Zadaniem symulacji makroskopowej jest odwzorowanie ruchu kolejowego na dużym obszarze, np. na całej sieci kolejowej lub jej części. Modele makroskopowe charakteryzują się dużym uogólnieniem z uwagi na potrzebną do wprowadzenia ilość danych i czas trwania obliczeń. Posterunki ruchu mogą być traktowane jako proste obiekty, bez rozpatrywania ich układów torowych, a symulacja ruchu może opierać się o dane statystyczne. Zastosowaniem modeli makroskopowych jest m.in. planowanie przewozów czy analizy obciążenia sieci. Przykładem takiego modelu jest NEMO[5].  Rys. 1. Poziom szczegółowości modeli w symulacji makro- i mikroskopowej (prostokąty i kwadraty oznaczają elementarne obiekty infrastruktury w symulacji) Symulacja mikroskopowa pozwala na szczegółowe odwzorowanie działania niewielkiego fragmentu infrastruktury, np. układu torowego jednej lub kilku stacji, z dokładnością do pojedynczych rozjazdów i sygnalizatorów (rys. 1). Ruch każdego pociągu symulowany jest osobno, z uwzględnieniem jego długości, masy i charakterystyk trakcyjnych. Symulacje mikroskopowe znalazły szereg zastosowań, do których należą:
Przykładami symulatorów przeznaczonych do analiz projektów infrastruktury i rozkładów jazdy są OpenTrack i RailSys, natomiast w szkoleniach dyżurnych ruchu stosowane są m.in. symulatory BEST i TRESim. Istnieją również systemy symulacyjne, w których symulatory do szkolenia dyżurnych ruchu współpracują z symulatorami prowadzenia pociągu. Do grupy symulatorów mikroskopowych zalicza się symulator ISDR. 2. Informacje ogólneCelem programu ISDR - Symulator prowadzenia ruchu kolejowego jest możliwie dokładne odwzorowanie działania urządzeń srk i pracy dyżurnego ruchu. Symulacja działania urządzeń srk obejmuje urządzenia stacyjne, blokady liniowe oraz urządzenia na przejazdach kolejowo-drogowych (w tym działanie urządzeń SSP). Symulacja kierowania ruchem kolejowym obejmuje uproszczone porozumiewanie się z pracownikami innych posterunków (np. telefoniczne zapowiadanie pociągów, powiadamianie dróżników przejazdowych) oraz z obsadą pojazdów trakcyjnych (np. podawanie sygnałów, wydawanie rozkazów pisemnych), obsługę Systemu Wspomagania Dyżurnego Ruchu, kierowanie pracą manewrową itp. Ruch pociągów generowany jest na podstawie zadanego rozkładu jazdy, przy czym możliwe jest tworzenie własnych rozkładów jazdy przy pomocy dołączonego do programu edytora. Symulowane mogą być rozmaite sytuacje awaryjne, takie jak usterki urządzeń, zamknięcia torów czy defekty pojazdów trakcyjnych, zmuszające dyżurnego ruchu do zastosowania odpowiednich procedur i awaryjnej obsługi urządzeń.  Rys. 2. Wygląd okna programu  Początki projektu sięgają 2007 roku, kiedy opublikowana została pierwsza wersja symulatora urządzeń stacyjnych typu E na stacji Osielec. Symulator ten w podstawowym zakresie odzwierciedlał działanie urządzeń stacyjnych i blokad liniowych, z symulacją ruchu pociągów według rozkładu jazdy i uproszczoną współpracą z sąsiednimi posterunkami zapowiadawczymi. Kolejna wersja symulatora, z fikcyjną i mającą charakter demonstracyjny stacją Testowo (rys. 2), obejmowała symulację różnych typów blokad liniowych i urządzeń przejazdowych a także bardziej dokładne odwzorowanie ruchu pociągów i działania sąsiednich posterunków zapowiadawczych, z możliwością symulowania szeregu usterek i innych zdarzeń nietypowych. Obecnie dostępnych kilka odwzorowanych stacji i posterunków rzeczywistych, a kolejne są w trakcie opracowania. Program powstał jako projekt niekomercyjny i jego podstawowa, ogólnodostępna wersja kierowana jest do wszystkich osób zainteresowanych ruchem kolejowym i techniką srk. Przewidziane są ponadto wersje do zastosowań dydaktycznych i szkoleniowych, których założenia i funkcjonalność dostosowane są do określonych potrzeb. 3. Zarys działania symulacjiInfrastruktura wraz z ruchem kolejowym stanowią duży i skomplikowany system, którego model symulacyjny musi składać się z szeregu współpracujących ze sobą modeli składowych o różnych charakterystykach. W programie modele te w większości funkcjonują jako odrębne moduły programowe, których układ połączeń w przybliżeniu odpowiada sposobowi powiązania elementów rzeczywistego systemu ruchu kolejowego (rys. 3).  Rys. 3. Uproszczony schemat architektury programowej symulatora Podstawą działania programu jest moduł symulacji ruchu kolejowego, odpowiadający za działanie zewnętrznych urządzeń srk i ruch taboru. W przeciwieństwie do większości symulatorów, w których układ torowy zapisany jest w formie grafu, ISDR wykorzystuje dokładny, dwuwymiarowy model odwzorowujący układ geometryczny poszczególnych odcinków i rozjazdów a także rozmieszczenie obiektów i urządzeń zewnętrznych, budowany na bazie planów lub zdjęć satelitarnych. Urządzenia zewnętrzne mogą być urządzeniami sterowanymi i kontrolowanymi, których stan ustalany jest na podstawie sygnałów z innych modułów (np. z urządzeń stacyjnych) lub tylko kontrolowanymi, pełniącymi rolę detektorów. W modelu ruchu taboru uwzględniane są parametry takie jak masa i moc pojazdów, dzięki czemu uzyskano realistyczne czasy jazdy. Sterowanie pojazdami trakcyjnymi odbywa się na podstawie sygnałów na sygnalizatorach przytorowych i wskaźnikach oraz sygnałów i poleceń otrzymywanych bezpośrednio od użytkownika. Działanie modułu można obserwować przy pomocy podglądu sytuacji w terenie. Z urządzeniami zewnętrznymi powiązane są urządzenia wewnętrzne, do których należą urządzenia stacyjne z modułem zależnościowym i pulpitem nastawczym oraz blokady liniowe. Działanie przekaźnikowych urządzeń stacyjnych typu E w pierwszych wersjach symulatora odwzorowane było przy pomocy szeregu równań logicznych, w których operandy odpowiadały zestykom przekaźników, przycisków i innych kontrolowanych w obwodzie elementów, a wynik równania określał stan przekaźnika, którego cewka zasilana była w danym obwodzie (rys. 4). Rozwiązanie takie zapewnia wierne odwzorowanie działania urządzeń, jednak przygotowanie i sprawdzanie równań dla dużych stacji jest czynnością pracochłonną. Działanie innych obwodów i urządzeń, np. blokad liniowych, odwzorowano w sposób uproszczony, definiując warunki przejść pomiędzy określonymi stanami.  Rys. 4. Odwzorowanie obwodów zależnościowych w postaci równań logicznych W nowszych wersjach zastosowane zostało alternatywne rozwiązanie, polegające na wykorzystaniu tzw. schematu geograficznego obiektów odpowiadających poszczególnym urządzeniom, takim jak zwrotnice, sygnalizatory, tory i blokady liniowe, które połączone są ze sobą zgodnie z topologią układu torowego (rys. 5). Przebiegi dla zadanego układu torowego są wyszukiwanie i realizowane automatycznie na podstawie schematu. Analogiczna zasada działania stosowana jest również w rzeczywistych systemach przekaźnikowych opierających się na blokach przekaźnikowych, np. JZH-111. Poprzez konfigurację działania obiektów schematu geograficznego rozwiązanie to może imitować różne typy systemów urządzeń stacyjnych, w tym urządzenia komputerowe.  Rys. 5. Odwzorowanie systemu zależnościowego przy pomocy schematu geograficznego Symulacja obejmuje także funkcjonowanie sąsiednich posterunków zapowiadawczych oraz posterunków dróżników przejazdowych i Skp, znajdujących się w obrębie odwzorowanego posterunku zapowiadawczego i na przyległych do niego szlakach. Moduły sąsiednich posterunków zapowiadawczych przyjmują oraz wyprawiają pociągi na końcach szlaków według zadanego rozkładu jazdy oraz statusu danego toru, aktualizowanego na podstawie stanu blokady liniowej oraz otrzymanych od użytkownika informacji (poprzez urządzenia łączności telefonicznej). Moduły posterunków dróżników przejazdowych i Skp przyjmują informacje o jeździe pociągów od użytkownika lub sąsiednich posterunków zapowiadawczych i sterują urządzeniami przejazdowymi, względnie potwierdzają wjazd pociągu ze szlaku. Komunikacja ze współpracującymi posterunkami polega na wymianie określonych telefonogramów, w których podawany jest numer pociągu, numer toru, godzina lub inne informacje. 4. Perspektywy rozwoju i zastosowania w dydaktyceDalsze prace nad projektem obejmować będą w pierwszej kolejności odwzorowanie kolejnych rzeczywistych posterunków ruchu z urządzeniami typu E, bez istotnych zmian w funkcjonalności symulatora. W przyszłości przewidywane jest również rozszerzenie o symulację innych urządzeń stacyjnych, w tym urządzeń z pulpitami komputerowymi oraz starszych urządzeń mechanicznych lub elektromechanicznych, a także innych współpracujących systemów srk lub łączności. Równolegle do wersji ogólnodostępnej symulatora rozwijana jest wersja przeznaczona do zastosowań dydaktycznych i szkoleniowych, np. w szkołach technicznych, z połączeniem kilku stanowisk w sieci lokalnej. Użytkownicy stanowisk prowadzą ruch kolejowy współpracując ze sobą, mając do dyspozycji wiernie odwzorowane stanowisko dyżurnego ruchu, w tym urządzenia telefonicznej łączności ruchowej działające w technologii Voice over IP. Symulacja nadzorowana jest przez instruktora przy pomocy dodatkowego stanowiska, pozwalającego na podgląd sytuacji ruchowej, stanu urządzeń i działań użytkowników, a także ingerencję w przebieg symulacji, np. symulowanie usterek lub zakłóceń w ruchu.  b)  Fot. 1. Laboratorium Inżynierii Ruchu Kolejowego: a) widok ogólny, b) stanowisko instruktora Oprogramowanie ISDR po raz pierwszy zostało zastosowane w roli dydaktycznej w rozwijanym od 2014 roku Laboratorium Inżynierii Ruchu Kolejowego na Politechnice Krakowskiej, w którym urządzono 12 współpracujących ze sobą stanowisk symulatora z odwzorowaniem stacji i posterunków z różnymi typami urządzeń przekaźnikowych i komputerowych (fot. 1). Laboratorium wykorzystywane jest przy kształceniu studentów na kierunku Transport, a zwłaszcza na specjalizacji Transport Kolejowy[2]. Symulator ISDR wykorzystywany jest jako narzędzie szkoleniowe także w kilku innych szkołach technicznych i uczelniach. Bibliografia
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(c) Paweł Okrzesik 2004-2021. Wykorzystywanie materiałów bez wiedzy i zgody autora niedozwolone. |
