name: Обучаемые классификаторы состояний рельсовых линий с самонастройкой решающей функции для автоматизированных систем управления движением поездов
keyword_list: классификатор состояний системы интервального управления движением поездов информативные признаки состояния рельсовой линии самонастройка решающей функции распознавание образов
abstract: Актуальность темы исследования. Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 г., утвержденная Правительством РФ от 17.06.2008 г. № 877-р, предполагает повышение эффективности функционирования транспортного комплекса, повышение безопасности, пропускной способности и переход на новые цифровые технологии контроля и управления. Особая роль при этом отводится системам автоматики и телемеханики, которые являются одними из основных элементов, обеспечивающими безопасность и высокую пропускную способность железных дорог. Одним из целевых параметров Стратегии является разработка и внедрение новых типов классификаторов состояний рельсовых линий с цифровой обработкой информации.
  Надежность действия систем интервального управления движением поездов (ИУДП) определяется безошибочностью классификации состояний рельсовых линий (РЛ), работа которых в решающей степени зависит от её первичных параметров и колебаний параметров согласующих устройств. В связи с увеличением веса и скоростей поездов расширился спектр возмущений, приводящих к ошибочной классификации состояний, и ряд отказов невозможно идентифицировать существующими алгоритмами и устройствами классификации. Это приводит к тому, что увеличивается количество потерь поездо-часов, а также возникают задержки в движении поездов. Несмотря на то, что в области проектирования классификаторов состояний накоплен значительный опыт, все они, как правило, базируются на однопараметральной классификации: по уровню напряжения на выходе рельсовой линии, что в условиях воздействия дестабилизирующих факторов приводит к ложной классификации состояний. Из этого следует, что до настоящего времени не созданы классификаторы, в полной мере отвечающие требованиям безопасности перевозочного процесса.
  Научные достижения, имеющиеся в данной области, требуют дальнейшего развития. В частности, не решены вопросы построения классификаторов с адаптивным алгоритмом самонастройки от дестабилизирующих воздействий – изменений первичных параметров рельсовых линий. Уровень готовности существующих научных разработок и применяемых технических решений не позволяет решить вопрос безошибочности классификации состояний рельсовых линий и обеспечить безопасность функционирования систем ИУДП. Поэтому создание классификатора состояний рельсовых линий с самонастройкой алгоритма классификации и расширенными функциональными возможностями для систем ИУДП является актуальной научно-технической задачей.
  Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетного НИР, финансируемого за счет средств федерального бюджета, согласно «Приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденные Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642 «О стратегии научно-технологического развития Российской Федерации»», код научной темы ПН/2022-02/87, №122022200432-8. Работа выполнена при финансовой поддержке программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») в 2020 – 2022 годах и гранта в рамках областного конкурса «Молодой ученый» в номинации «Аспирант» в 2021 году.
  Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка обучаемых классификаторов состояний РЛ с самонастройкой решающей функции, устойчиво функционирующих в условиях воздействия дестабилизирующих факторов и изменения первичных параметров рельсовых линий, для систем интервального управления движением поездов.
  Для достижения указанной цели в диссертации сформулированы следующие задачи:
  – проведение анализа современного состояния научно-технической проблемы разработки многопараметральных обучаемых классификаторов состояний рельсовых линий, функционирующих в условиях воздействия дестабилизирующих факторов в широком диапазоне самонастраивающимся алгоритмом;
  – разработка математических моделей первичных информативных признаков, определяющих состояния рельсовых линий, и оценка их информативности принципом метрической классификации;
  – разработка структурной схемы обучаемого классификатора с самонастройкой решающей функции при воздействии дестабилизирующих факторов и изменении первичных параметров рельсовых линий;
  – исследование возможностей самонастройки при различных сочетаниях информативных признаков и предельно возможных диапазонах изменения первичных признаков;
  – техническая реализация классификатора состояний РЛ с модулем тестовой подстройки в канале самонастройки в комплексе систем ИУДП.
  Объектом исследования являются устройства автоматики и телемеханики на перегонах и на станциях, устройства, обеспечивающие безопасность движения поездов.
  Предметом исследования являются методы и алгоритмы классификации состояний рельсовых линий для автоматизированных систем управления движением поездов.
  Научная новизна полученных автором диссертации результатов состоит в следующем:
  1. Разработаны обобщенные математические модели первичных информативных признаков в виде комплексных амплитуд напряжений и токов на входе и выходе рельсовой линии, отличающиеся тем, что отражают влияние соседних рельсовых линий, продольную асимметрию сопротивления рельсовых линий и порождают многомерные образы состояний рельсовых линий в пространстве информативных воздействий на рельсовые линии.
  2. Предложена методика ранжирования первичных информативных признаков, заключающаяся в сравнении метрикой Евклида расстояний между классами, сформированных различными сочетаниями признаков, отличающаяся тем, что формирует образы состояний рельсовых линий минимальной длиной описания.
  3. Предложена методика самонастройки решающей функции классификатора, учитывающая изменения дестабилизирующих факторов и первичных параметров рельсовых линий при формирования решающей функции классификации многомерного пространства классов рекуррентным алгоритмом.
  4. Разработан алгоритм тестовой подстройки посредством организации канала искусственной имитации воздействия поездного шунта на рельсовые линии и корректировки коэффициентов полинома решающей функции, обеспечивающий минимальную ошибку классификации.
  Теоретическая и практическая значимость работы. В результате проведенных научно-практических исследований расширены функциональные возможности классификаторов состояний рельсовых линий, а именно, обеспечение инвариантности к дополнительным воздействиям: к изменению полного продольного сопротивления рельсовой линии, обратных входных сопротивлений устройств согласования, наиболее сильно влияющих на правильность функционирования классификаторов состояний, работающих в условиях динамических дестабилизирующих воздействий, что позволяет повысить эффективность перевозочного процесса за счет уменьшения отказов технических средств 1, 2 категории и исключения ложной «занятости» и «свободности» рельсовых линий, тем самым повысить безопасность движения поездов.
  Разработанный и реализованный в работе алгоритм адаптивной самонастройки на основе алгоритмов построения, согласно патенту автора «Самонастраивающийся классификатор рельсовой цепи» № RU206413 от 22.03.2021г., позволяет обеспечить инвариантность к изменению значений первичных параметров рельсовой цепи (r0, L0, C0, g0), обратных входных сопротивлений устройств согласования и обеспечить требуемую точность распознавания по критериям классификации классов нормального-шунтового и шунтового-контрольного режимов подстройкой полинома решающей функции по реакции на искусственную имитацию шунтового режима.
  Предложенный и реализованный трехтактный процесс формирования решающей функции классификатора состояний рельсовых линий позволяет расширить перечень изменяющихся параметров и добиться инвариантности к дестабилизирующим параметрам: изменению порога максимального значения поперечной проводимости изоляции до 4 раз; изменению продольного сопротивления рельсовой линии в пределах от номинального значения до увеличения в 1,55 раза; изменению обратных входных сопротивлений устройств согласования до 30% при длине рельсовой линии до 2,5 км.
chairman_dissertation_council.name: Анатолий
chairman_dissertation_council.surname: Балалаев
chairman_dissertation_council.patronymic: Николаевич
chairman_dissertation_council.position: профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Доцент
chairman_dissertation_council.wos_research_id: D-9246-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6505855568
chairman_dissertation_council.rinc_id: 267860
chairman_dissertation_council.url: https://orcid.org/0000-0003-0839-6858
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0003-0839-6858
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Максим
organization_supervisor.surname: Гаранин
organization_supervisor.patronymic: Алексеевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 73.29.85
rubrics.name: Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте
rubrics.code: 73.29.81
rubrics.name: Автоматизированные системы управления и вычислительная техника на железнодорожном транспорте
oecds.code: 02.02.AC
oecds.name: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
oecds.code: 02.01.YR
oecds.name: TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY
speciality_codes.name: Управление процессами перевозок
speciality_codes.code: 2.9.4.
supervisors.fio: Васин Н.Н.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Годяев А.И.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Управление процессами перевозок
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Лунев С.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Управление процессами перевозок
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ"
protection_organization.ogrn: 1026301504789
protection_organization.supervisor_name: МАКСИМ
protection_organization.supervisor_surname: ГАРАНИН
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Федеральное агентство железнодорожного транспорта
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ"
author_organization.ogrn: 1026301504789
author_organization.supervisor_name: МАКСИМ
author_organization.supervisor_surname: ГАРАНИН
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Федеральное агентство железнодорожного транспорта
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения