Вперше розроблено комплексних підхід до моделювання фільтраційних процесів в областях з вільними ділянками меж та алгоритм розв'язування відповідних крайових задач, що включає можливість передбачення різних типів ситуаційних станів залежно від конструктивних параметрів гідроспоруд. Побудовано математичну модель фільтрації до шахтних створів, націлену на прогнозування процесу руйнування за рахунок суфозійних явищ. Розроблено новий програмний комплекс для розрахунку положення вільної поверхні фільтраційної течії в тілі дамби за умови швидкого підняття (до деякої висот) води перед нею, а також розрахунку гідродинамічної сітки й інших характеристик процесу.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі проведено дослідження електромагнітного впливу рухомого складу на рейкові кола і розроблено методи підвищення функціональної безпеки рейкових кіл.Наукова новизна дисертаційної роботи полягає у вирішенні науково-практичного завдання підвищення функціональної безпеки рейкових кіл в умовах експлуатації нових типів рухомого складу шляхом забезпечення їх електромагнітної сумісності.Вперше:розроблено математичну модель поширення електричних завад від декількох одиниць ЕРС в поздовжньо неоднорідній несиметричній рейковій лінії, яка дозволяє визначити ступінь впливу завад на рейкові кола; розроблено метод підвищення функціональної безпеки рейкових кіл, заснований на використанні вейвлет-аналізу сигнального струму і класифікатора на основі штучних нейронних мереж, що дозволяє своєчасно виявити появу наднормативних завад і спотворень сигнального струму і попередити небезпечні збої ТРК; розроблено метод підвищення функціональної безпеки ТРК шляхом моніторингу сигнального струму з використанням адаптивної нечіткої нейронної мережі, що дозволяє виявити і контролювати розвиток дефектів рейкового кола, починаючи з їх зародження, в результаті чого стає можливим своєчасне запобігання переходу системи в граничний стан, а в подальшому можливий перехід до обслуговування ТРК з урахуванням їх фактичного стану.Удосконалено: математичну модель апаратно-програмного комплексу для вимірювання електричних завад від ЕРС в рейках, яка відрізняється від існуючих тим, що враховує взаємний вплив компонентів системи, що дозволяє науково-обґрунтувати вибір параметрів комплексу для забезпечення необхідного динамічного діапазону, точності і роздільної здатності за амплітудою, частотою і тривалістю електричних завад; математичну модель впливу гармонійних завад на колійний приймач тонального рейкового кола, яка відрізняється від існуючих тим, що враховує амплітуду, частоту і фазу гармонік тягового струму, що дозволяє визначити граничні параметри електричних завад, перевищення яких може викликати збій в роботі РК в нормальному, шунтовому і контрольному режимах роботи.У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета, завдання дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення результатів дисертації, відомості про апробацію та публікації результатів досліджень.У першому розділі проведений аналіз функціональної безпеки рейкових кіл і електромагнітної сумісності (ЕМС) систем залізничної автоматики з тяговою мережею, зокрема, з електрорухомим складом залізниць, а також розглянуто вплив електромагнітних завад від електрорухомого складу на функціональну безпеку рейкових кіл. У другому розділі удосконалено математичну модель апаратно програмного комплексу (АПК) для вимірювання електромагнітних завад від ЕРС в рейках. Проблема раціонального вибору параметрів АПК полягає в жорстких вимогах нормативних документів щодо точності вимірювання параметрів гармонік тягового струму (ТС).Проведені теоретичні і експериментальні дослідження дозволили науково обґрунтувати вибір параметрів вимірювального комплексу, що дозволило забезпечити необхідну роздільну здатність і точність визначення параметрів гармонічних завад, а також розробити математичну модель поширення електричних завад від декількох одиниць рухомого складу в поздовжньо неоднорідній несиметричній рейковій лінії.У третьому розділі розроблено математичну модель протікання електричних завад від ЕРС в несиметричній рейковій лінії. Необхідність в такій моделі обумовлена тим, що дослідити вплив різних чинників на ЕМС нових типів рухомого складу з рейковими колами при експлуатаційних випробуваннях практично неможливо, до того ж таке тестування є досить дорогим.У четвертому розділі наведено модель впливу гармонічних завад на приймач тонального рейкового кола. В результаті дослідження визначено граничний струм завад на вході колійного приймача ТРК з частотою в смузі ±(0..0,5) Гц відносно частоти сигнального струму.У п'ятому розділі розглянуто методи підвищення функціональної безпеки рейкових кіл в умовах впливу електромагнітних завад. В роботі запропоновано два методи вирішення цієї задачі, а саме метод моніторингу ТРК з використанням вейвлет перетворення і класифікатора на основі штучних нейронних мереж і метод безперервного моніторингу сигнального струму ТРК для виявлення спотворень на початкових стадіях їх виникнення з використанням адаптивної нечіткої нейронної мережі. Розробка методу моніторингу дефектів в процесі їх розвитку дозволяє перейти у подальшому до обслуговування рейкових кіл з урахуванням фактичного стану.^UIn the dissertation work the research of electromagnetic influence of rolling stock on rail circuits is carried out and methods of increase of functional safety of rail circuits are developed.The scientific novelty of the dissertation is to solve the scientific and practical problem of improving the functional safety of rail circuits in the operation of new types of rolling stock by ensuring their electromagnetic compatibility.For the first time: developed a mathematical model of the propagation of electrical noise from several units of EMF in a longitudinally inhomogeneous asymmetric rail line, which allows to determine the degree of influence of noise on the rail circuits; developed a method of improving the functional safety of rail circuits, based on the use of wavelet analysis of signal current and classifier based on artificial neural networks, which allows to detect excessive noise and distortion of signal current and prevent dangerous failures of broadcasters; developed a method to increase the functional safety of broadcasting by monitoring the signal current using an adaptive fuzzy neural network, which allows to detect and control the development of rail circuit defects, starting from their origin, resulting in timely prevention of system transition to the limit state transition to maintenance of broadcasting stations taking into account their actual condition.Improved: mathematical model of hardware and software complex for measuring electrical interference from EMF in rails, which differs from existing ones in that it takes into account the mutual influence of system components, which allows to scientifically substantiate the choice of complex parameters to ensure the required dynamic range, accuracy and resolution amplitude, frequency and duration of electrical interference; mathematical model of the influence of harmonic interference on the track receiver of the tonal rail circuit, which differs from the existing ones in that it takes into account the amplitude, frequency and phase of traction current harmonics, which allows to determine the limiting parameters of electrical interference, exceeding which can cause failure in normal and control modes of operation.The introduction substantiates the relevance of the topic, formulates the purpose, objectives of the study, outlines the scientific novelty, the practical significance of the results of the dissertation, information about testing and publication of research results.The first section analyzes the functional safety of rail circuits and electromagnetic compatibility (EMC) of railway automation systems with traction network, in particular, with the electric rolling stock of railways, and also considers the impact of electromagnetic interference from electric rolling stock on the functional safety of rail circuits.In the second section, the mathematical model of the hardware-software complex (APC) for measuring electromagnetic interference from EMF in rails is improved. The problem of rational choice of parameters of agro-industrial complex consists in strict requirements of regulatory documents concerning accuracy of measurement of parameters of harmonics of traction current (TS). Theoretical and experimental studies allowed to scientifically substantiating the choice of parameters of the measuring complex, which allowed to provide the necessary resolution and accuracy of determining the parameters of harmonic interference, as well as to develop a mathematical model of electrical interference from several units of rolling stock in longitudinally inhomogeneous asymmetric line.In the third section, a mathematical model of electrical interference from EMF in an asymmetric rail line is developed. The need for such a model is due to the fact that to investigate the influence of various factors on the EMC of new types of rolling stock with rail wheels during operational tests is almost impossible, in addition, such testing is quite expensive. The fourth section presents a model of the effect of harmonic interference on the receiver of the tonal rail circuit. As a result of research the limiting current of disturbances at an input of the track receiver of TRK with frequency in a band ± (0..0,5) Hz concerning frequency of a signal current.The fifth section considers methods for improving the functional safety of rail circuits under the influence of electromagnetic interference. The paper proposes two methods for solving this problem, namely the method of monitoring TRC using wavelet transform and classifier based on artificial neural networks and the method of continuous monitoring of signal current of TRC to detect distortions in the initial stages of their occurrence using adaptive fuzzy neural network. The development of a method for monitoring defects in the process of their development allows to move further to the maintenance of rail circuits, taking into account the actual condition.

Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладного завдання удосконалення технології обслуговування автоматичної локомотивної сигналізації шляхом розробки і наукового обґрунтування методу моніторингу сигнального струму з використанням спектрального вейвлет-аналізу для своєчасного виявлення дефектів кодового струму АЛС та методу і засобу автоматизованого контролю технічного стану локомотивних пристроїв АЛС на контрольному пункті. В першому розділі розглянуті системи безпеки руху поїздів, що експлуатуються в Україні та закордоном. Проведений статистичний аналіз кількості збоїв і відмов всіх пристроїв залізничної автоматики. Проаналізовані та класифіковані основні причини, що впливають на передавальну та приймальну апаратуру системи і обумовлюють появу великої кількості завад, а також методи і засоби захисту від них. У другому розділі отримав подальший розвиток метод контролю впливу електромагнітних завад від ЛЕП на роботу локомотивних пристроїв АЛСН, який відрізняється від існуючих вимірюванням електричних завад в кодових сигналах АЛСН різного виду (З, Ж, ЧЖ) з одночасним вимірюванням електромагнітного поля вздовж залізничної колії на дільниці зближення з ЛЕП з наступним проведенням спектрального аналізу. Розроблена комплексна математична модель каналу зв'язку між рейковим колом та вхідними пристроями АЛСН в середовищі Simulink пакету MatLAB. Наведена математична модель сигнало-завадової суміші, що діє на вході локомотивного приймача системи, аналітично описані імпульсні завади від локальних магнітних неоднорідностей рейкової лінії, квазігармонічна завада від ліній електропередач і стаціонарна випадкова завада, які адитивним чином об'єднані між собою. В третьому розділі розглянуто методи удосконалення аналізу сигнального струму АЛС з використанням комплексного перетворення Фур'є та короткочасного перетворення Фур'є (віконне Фур¢є перетворення). Розроблено і науково обґрунтовано новий метод моніторингу сигнального струму локомотивної сигналізації, в основу якого покладено дешифрацію сигналів з завадами за допомогою спектрального вейвлет-аналізу, що дозволяє оперативно виявляти дефекти кодового струму АЛС і надає можливість отримати інформацію про локальні особливості сигналу. Вейвлет-аналіз отриманих даних показав, що різні відхилення в роботі самої системи АЛС від норм внаслідок невиконання або недотримання технології обслуговування і ремонту, раптово виниклого пошкодження чи відмови безпосередньо в процесі руху поїзда впливають на часову залежність і спектральну складову струму, тим самим надаючи змогу їх розпізнавання. Метод вейвлет-аналізу може бути використаний для фільтрації кодів АЛС перед їх декодуванням з метою зменшення впливу завад на сигнальний струм, як додатковий метод обробки сигналу. Даний метод також може бути покладений в основу розробки динамічної моделі цифрового фільтра та дешифратора АЛС з підвищеною вірогідністю прийому зашумлених сигналів, що дозволить значно підвищити завадозахищеність локомотивних пристроїв АЛС і підняти показники надійності роботи системи на новий рівень. У четвертому розділі якість перевірки АЛС пропонується підвищити шляхом удосконалення технічного обслуговування системи за рахунок автоматизації процесу реєстрації змін показань локомотивного світлофору та алгоритму перевірки каналу АЛС на контрольному пункті. Запропоновано спосіб контролю технічного стану локомотивних пристроїв АЛС, який забезпечує автоматичну реєстрацію фотоприймачем показань локомотивного світлофору, вимірює час горіння ламп світлофору, відповідну послідовність зміни показань та, завдяки ЕОМ, автоматично аналізує працездатність системи. Розроблено дослідний зразок даного пристрою, що являє собою автоматизований апаратно-програмний комплекс, який контролює достовірність передачі і декодування сигналів АЛС в кабіні машиніста на контрольному пункті шляхом порівняння їх з сигналами від колійних пристроїв та автоматизує процес перевірки зміни показань локомотивного світлофора при плановому технічному обслуговуванні локомотивних пристроїв на контрольному пункті. Основні результати досліджень дисертаційної роботи передані для використання в Запорізьку дистанцію сигналізації та зв'язку та впроваджені в навчальному процесі Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. Таким чином, в роботі запропоновано дієві методи удосконалення технології обслуговування автоматичної локомотивної сигналізації, які покращують якість обслуговування локомотивних пристроїв, збільшують продуктивність праці та вдосконалюють завадозахищеність системи, позитивно впливаючи на безпеку руху на залізниці, що стає особливо важливим в умовах підвищення швидкості руху поїздів.^UThe dissertation is devoted to the solution of a scientific and applied problem of improvement of service technology for automatic locomotive signaling by development and scientific substantiation of a method for monitoring the signal current by the spectral wavelet analysis for the detection defects of code current ALS and method of automation periodic control the ALS locomotive devices at the checkpoint. In the first section the traffic safety systems of trains operated in Ukraine are considered. A statistical analysis of the number of failures and malfunctions of all railway automation devices was performed. The main defects which affect the transmitting and receiving equipment of the system and cause a large number of interferences, as well as methods and means of protection against them are analyzed and classified. In the second section the method of controlling the influence of electromagnetic interference from PL on the operation of locomotive devices ALSN received further development, which differs from existing methods by measuring electrical interference in different types of ALSN code signals (green, yellow, red-yellow) with simultaneous measurement of the electromagnetic field along the railway track at the convergence section with PL followed by spectral analysis. The complex mathematical model of the communication channel between the rail circuit and ALSN input devices in the Simulink environment of the MatLAB package has been developed. The mathematical model of the signal-interference mixture operating at the input of the locomotive receiver of the system is given, pulse interference from local magnetic inhomogeneities of the rail line, quasi-harmonic interference from PL and stationary random interference, which are additively combined with each other, are analytically described. In the third section the methods of improving the analysis of ALS signal current using complex Fourier transform and short-term Fourier transform (window Fourier transform) are considered. The new method of monitoring the signal current of locomotive signaling has been developed and scientifically substantiated. It is based on the decoding the signal-noise mixture by means of spectral wavelet analysis, which allows to quickly detect defects of ALS code current and provides information about local signal features. Wavelet analysis of the obtained data showed that various deviations in the operation of the ALS system from the norms due to non-performance or non-compliance with maintenance and repair technology, sudden damage or failure directly in the process of train movement affects the time dependence and spectral component of the current, making it possible to recognize them. The wavelet analysis method can be used to filter ALS codes before decoding them in order to reduce the effect of interference on the signal current, as an additional method of signal processing. This method can also be used as a basis for developing the dynamic model of digital filter and ALS decoder with increased probability of receiving signals with interference, which will significantly increase the immunity to interference of ALS locomotive devices and bring the reliability of the system to a new level. In the fourth section it is proposed to improve the quality of ALS inspection by improving the maintenance of the system by automating the registration process of the changes in the readings of the locomotive traffic light and the algorithm for checking the ALS channel at the checkpoint. A method for monitoring the technical condition of ALS locomotive devices is proposed, which provides automatic registration of the readings of locomotive traffic lights by photo detector, measures the glowing time of traffic light lamps, the corresponding sequence of readings and, automatically analyzes the efficiency of system using a computer. A prototype of this device was developed, which is an automated hardware and software complex that controls the accuracy of transmission and decoding of ALS signals in the driver's cab at the checkpoint by comparing them with signals from track devices. The main results of the research of the dissertation are transferred for use in the distance of signaling and communication in Zaporizhzhia and introduced in the educational process of the Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan. Thus, the dissertation proposes effective methods for improvement of service technology of automatic locomotive signaling, which improve the quality of service locomotive devices, increase productivity and improve system immunity to interference, positively affecting railway safety, which becomes especially important in the conditions of the increased speeds of trains movement.