mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2024-22-5-6mirtr-2770Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGСистема периодического мониторинга объектов железнодорожной автоматики и телемеханики на основе беспилотных летательных аппаратовSystem for Periodic Monitoring of Railway Automation and Remote Control Facilities Based on Unmanned Aerial Vehicleshttps://orcid.org/0000-0002-4563-6411ЕфановД. В.EfanovD. V.

Ефанов Дмитрий Викторович – доктор технических наук, профессор, действительный член Международной Академии транспорта, член Института инженеров электротехники и электроники; профессор Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта; заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе; профессор кафедры автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте; профессор кафедры автоматики и телемеханики 

Web of Science Researcher ID: A‑1096–2017; Scopus Author ID: 36349091500; Math-Net.Ru person60606; РИНЦ AuthorlD: 320051. 

Санкт-Петербург;Москва;Ташкент

Efanov, Dmitry V., D.Sc. (Eng), Professor, Full Member of the International Academy of Transport, Member of the Institute of Electrical and Electronic Engineers; Professor of Higher School of Transport of the Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport; Deputy Director General for Research and Development; Professor at the Department of Railway Automation, Remote Control and Communications; Professor at the Department of Automation and Remote Control 

St. Petersburg;Moscow;Tashkent

TrES-4b@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9171-234XПогодинаТ. С.PogodinaT. S.

Погодина Татьяна Сергеевна – аспирант Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта 

Санкт-Петербург

Pogodina, Tatiana S., Ph.D. Student at Higher School of Transport of the Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport 

St. Petersburg

pogodina-ts@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ Петра Великого); Научно-исследовательский и проектный институт транспортной и строительной безопасности; Российский университет транспорта; Ташкентский государственный транспортный университетРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Research and Design Institute of Transport and Construction Safety; Russian University of Transport; Tashkent State Transport UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ Петра Великого)РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation2024250620262253950Copyright © Ефанов Д.В., Погодина Т.С., 20262026Ефанов Д.В., Погодина Т.С.Efanov D.V., Pogodina T.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2770

Современные системы сбора диагностической информации не позволяют получать полное множество диагностических данных о напольном технологическом оборудовании железнодорожной автоматики и телемеханики. Это связано с техническими особенностями самих объектов железнодорожной автоматики и телемеханики, условиями их эксплуатации и технологиями безопасного получения данных. В исследовании внимание сосредоточено на совершенствовании принципов получения первичной диагностической информации об объектах железнодорожной автоматики и телемеханики с использованием беспилотных летательных аппаратов. Используя методы дискретной математики, теории графов, булевой алгебры и технической диагностики, разработаны и научно обоснованы принципы получения диагностической информации о напольном технологическом оборудовании железнодорожной автоматики и телемеханики с использованием беспилотных летательных аппаратов. Беспилотный летательный аппарат снабжается полезной нагрузкой для получения диагностической информации об объектах железнодорожной автоматики и телемеханики, расположенных в непосредственной близости к железнодорожному полотну. В системе решается сразу же несколько диагностических задач применительно ккомплексу железнодорожной автоматики и телемеханики: собираются объективные данные о технических состояниях напольного технологического оборудования (в том числе, дефектах), автоматизируется некоторая доля операций по регламентному техническому обслуживанию, осуществляется проверка фактов выполнения работ по обслуживанию силами специализированного персонала дистанций сигнализации, централизации и блокировки. Решение этих задач способствует повышению надежности и безопасности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики за счет своевременного определения зарождающихся постепенных отказов и оперативной фиксации уже возникших отказов, не проявившихся в штатной эксплуатации железнодорожного комплекса. Предложено данные от всех действующих систем мониторинга интегрировать в едином корпоративном облачном хранилище для дальнейшей обработки с применением безопасной интеллектуальной платформы аналитики данных, а также автоматически передавать результаты технического диагностирования участникам перевозочного процесса для оперативного их учета в регулировании движения поездов.

Modern diagnostic information collection systems do not allow obtaining a complete set of diagnostic data on the floor-mounted technological equipment of railway automation and remote control. This is due to the technical features of the railway automation and remote control facilities themselves, the conditions of their operation and the technologies of safe data acquisition. The study focuses on improving the principles of obtaining primary diagnostic information on railway automation and remote control facilities using unmanned aerial vehicles. Using methods of discrete mathematics, graph theory, Boolean algebra and technical diagnostics, the study has developed and scientifically substantiated the principles of obtaining diagnostic information on the floor-mounted technological equipment of railway automation and remote control using unmanned aerial vehicles. The unmanned aerial vehicle is equipped with a payload for obtaining diagnostic information on railway automation and remote control facilities located in close proximity to the railway track. The system solves several diagnostic problems at once in relation to the railway automation and remote control system: it collects objective data on the technical conditions of the floor-mounted process equipment (including defects), automates a certain share of routine maintenance operations, and verifies the facts of maintenance work performed by specialised personnel of signalling, interlocking, and blocking divisions. The solution to these problems helps to increase the dependability and safety of railway automation and remote control devices thanks to the timely detection of incipient gradual failures and the prompt identification of already occurred failures that did not manifest themselves during the normal operation of the railway system. It is proposed to integrate data from all existing monitoring systems in a single corporate cloud storage for further processing using a secure intelligent data analytics platform, as well as automatically transfer the results of technical diagnostics to participants in the transportation process for their prompt consideration in train traffic control.

устройства и системы железнодорожной автоматики и телемеханикинапольное технологическое оборудованиебеспилотный летательный аппараттехническое диагностированиесистема автоматизированного мониторинганадежность и безопасность устройств железнодорожной автоматики и телемеханикиrailway automation and remote control devices and systemsfloor-mounted process equipmentunmanned aerial vehicletechnical diagnosticsautomated monitoring systemdependability and safety of railway automation and remote control devicesReferencesГавзов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем // Автоматика и телемеханика. – 1994. – № 8. – С. 3–50. EDN: YZNRGT [Ограниченный доступ].Gavzov, D. V., Sapozhnikov, V. V., Sapozhnikov, Vl. V. Methods of ensuring the safety of discrete systems [Metody obespecheniya bezopasnosti diskretnykh sistem]. Automation and Telemechanics, 1994, Iss. 8, pp. 3–50. EDN: YZNRGT [Limited access].Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Христов Х. А., Гавзов Д. В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. – Под ред. Вл. В. Сапожникова. – М.: Транспорт, 1995. – 272 с. ISBN 5-277-01690-2.Sapozhnikov, V. V., Sapozhnikov, Vl. V., Khristov, Kh. A., Gavzov, D. V. Methods of constructing safe microelectronic systems of railway automation [Metody postroeniya bezopasnykh mikroelektronnykh system zheleznodorozhnoi avtomatiki]. Ed. By Vl. V. Sapozhnikov. Moscow, Transport publ., 1995, 272 p. ISBN 5-277-01690-2.Theeg, G., Vlasenko, S. Railway Signalling & Interlocking: 3rd Edition. Germany, Leverkusen PMC Media House GmbH, 2020, 552 p. ISBN 978-3-96245-169-1.Theeg, G., Vlasenko, S. Railway Signalling & Interlocking: 3rd Edition. Germany, Leverkusen PMC Media House GmbH, 2020, 552 p. ISBN 978-3-96245-169-1.Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов. – М.: Наука, 2021. – 229 с. ISBN 978-5-02-040877-7.Sapozhnikov, Vl. V. Synthesis of train control systems at railway stations with elimination of dangerous failures [Sintez system upravleniya dvizheniem poezdov na zheleznodorozhnykh stantsiyakh s isklyucheniem opasnykh otkazov]. Moscow, Nauka publ., 2021, 229 p. ISBN 978-5-02-040877-7.Шубинский И. Б., Розенберг Е. Н. Функциональная безопасность систем управления на железнодорожном транспорте. – М.: Инфра-Инженерия, 2023. – 360 с. ISBN 978-5-9729-1553-8.Shubinsky, I. B., Rosenberg, E. N. Functional safety of control systems in railway transport [Funktsionalnaya bezopasnost sistem upravleniya na zheleznodorozhnom transporte]. Moscow, Infra-Inzheneriya publ., 2023, 360 p. ISBN 978-5-9729-1553-8.Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Основы теории надежности и технической диагностики. – СПб.: Изд-во «Лань», 2019. – 588 с. ISBN 978-5-8114-3453-4.Sapozhnikov, V. V., Sapozhnikov, Vl. V., Efanov, D. V. Fundamentals of reliability theory and technical diagnostics [Osnovy teorii nadezhnosti i tekhnicheskoi diagnostiki]. St. Petersburg, Lan publ., 2019, 588 p. ISBN 978-5-8114-3453-4.Ефанов Д. В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. – СПб.: ПГУПС, 2016. – 171 с. ISBN 978-57641-0933-6.Efanov, D. V. Functional control and monitoring of railway automation and telemechanics devices [Funktsionalniy kontrol i monitoring ustroistv zheleznodorozhnoi avtomatiki i telemekhaniki]. St. Petersburg, PGUPS publ., 2016, 171 p. ISBN 978-5-7641-0933-6.Ефанов Д. В., Осадчий Г. В. Микропроцессорная система диспетчерского контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: изд. 3‑е., стер. – СПб.: Изд-во «Лань», 2023. – 180 с. ISBN 978-5-50746132-5.Efanov, D. V., Osadchiy, G. V. Microprocessor system for dispatch control of railway automation and remote control devices: 3rd ed., ster. [Mikroprotsessornaya Sistema dispetcherskogo kontrolya ustroistv zheleznodorozhnoi avtomatiki i telemekhaniki: izd.3‑e, ster.]. St. Petersburg, Lan publ., 2023, 180 p. ISBN 978-5-507-46132-5.Ефанов Д. В., Богданов Н. А. Автоматизация контроля на стрелках // Мир транспорта. – 2011. – Т. 9. – № 2 (35). – С. 54–59. EDN: NXBUST.Efanov, D. V., Bogdanov, N. A. Automation of control at turnout switches [Avtomatizatsiya kontrolya na strelkakh]. World of Transport and Transportation, 2011, Vol. 9, Iss. 2 (35), pp. 54–59. EDN: NXBUST.Иванов А. А., Легоньков А. К., Молодцов В. П. Передача данных с устройств оборудования переезда аппаратурой АПК-ДК при отсутствии физической линии и круглосуточного дежурства // Автоматика на транспорте. – 2016. – Т. 2. – № 1. – С. 65–80. [Электронный ресурс]: https://izvestiapgups.editorum.ru/ru/storage/viewWindow/151945. Доступ 17.05.2024.Ivanov, A. A., Legonkov, A. K., Molodtsov, V. P. Data transmission from crossing equipment devices using APK-DK equipment in the absence of a physical line and round-the-clock duty [Peredacha dannykh s ustroistv oborudovaniya pereezda apparaturoi APK-DK pri otsutstvii fizicheskoi linii i kruglosutochnogo dezhurstva]. Automation on transport, 2016, Vol. 2, Iss.1, pp. 65–80. [Electronic resource]: https://izvestiapgups.editorum.ru/ru/storage/viewWindow/151945. Last accessed 17.05.2024.Ефанов Д. В., Седых Д. В., Гордон М. А. Особенности автоматизации проектирования аппаратных средств для непрерывного мониторинга аналоговых сигналов в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. – 2017. – № 3. – С. 14–23. DOI: 10.20291/1815-9400-2017-3-14-23.Efanov, D. V., Sedykh, D. V., Gordon, M. A. Features of design automation of hardware for analog signals health monitoring in railway signalling devices. Transport of the Urals, 2017, Iss. 3, pp. 14–23. DOI: 10.20291/1815-94002017-3-14-23.Fritz, C. Intelligent Point Machines. Signal+Draht, 2018, Iss. 12 (110), рp. 12–16. [Электронный ресурс]: https://disk.yandex.ru/i/RcTitnLn_04hhA. – [полный текст выпуска]. Доступ 17.05.2024.Fritz, C. Intelligent Point Machines. Signal+Draht, 2018, Iss. 12 (110), рp. 12–16. [Electronic resource]: https://disk.yandex.ru/i/RcTitnLn_04hhA. – [full text of the issue]. Last accessed 17.05.2024.Kassa, E., Skavhaug, A., Kaynia, A. M. Monitoring of Switches & Crossing (Tornouts) and Tracks. Decision Support Tool for Rail Infrastructure, EU Project, No. 636285, 41 p.Kassa, E., Skavhaug, A., Kaynia, A. M. Monitoring of Switches & Crossing (Tornouts) and Tracks. Decision Support Tool for Rail Infrastructure, EU Project, No. 636285, 41 p.Sheikh, M., Örtengren, A. UAVs for Railway Infrastructure Operations and Maintenance Activities. Degree Project Design and Product Realisation, Second Cycle, 30 Credits. Stockholm, Sweden, 2018, 47 p. [Электронный ресурс]: https://www.essays.se/essay/dddc24967e/. Доступ 17.05.2024.Sheikh, M., Örtengren, A. UAVs for Railway Infrastructure Operations and Maintenance Activities. Degree Project Design and Product Realisation, Second Cycle, 30 Credits. Stockholm, Sweden, 2018, 47 p. [Electronic resource]: https://www.essays.se/essay/dddc24967e/. Last accessed 17.05.2024.Алтынцев М. А., Щербаков И. В., Третьяков С. А. Применение беспилотных летательных аппаратов для исполнительной съемки железных дорог // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. XV Международный научный конгресс, 24–26 апреля 2019 г., Новосибирск: сб. материалов в 9 т., Т. 1: Международная научная конференция «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия». – Новосибирск: СГУГиТ, 2019. – № 1. – С. 111–118. DOI: 10.33764/2618981Х‑2019-1-1-111-118.Altyntsev, M. A., Shcherbakov, I. V., Tretyakov, S. A. Application of unmanned aerial vehicles for the AS-built survey of railways // Interexpo GEO-Siberia. XVInternational Scientific Congress, April 24–26, 2019, Novosibirsk: collection of materials in 9 volumes, Volume 1: International Scientific Conference «Geodesy, Geoinformatics, Cartography, Mine Surveying». Novosibirsk, SGUGiT, 2019, Iss. 1, pp. 111–118. DOI: 10.33764/2618-981Х‑2019–1–1–111–118.Kochan, A., Rutkowska, P., Wójcik, M. Inspection of the railway infrastructure with the use of unmanned aerial vehicles. Transport Systems Telematics Conference, Kraków, Polska, 2018, pp. 1–14. [Электронный ресурс]: https://www.academia.edu/101013479/Inspection_of_the_railway_infrastructure_with_the_use_of_unmanned_aerial_vehicles. Доступ 17.05.2024.Kochan, A., Rutkowska, P., Wójcik, M. Inspection of the railway infrastructure with the use of unmanned aerial vehicles. Transport Systems Telematics Conference, Kraków, Polska, 2018, pp. 1–14. [Electronic resource]: https://www.academia.edu/101013479/Inspection_of_the_railway_infrastructure_with_the_use_of_unmanned_aerial_vehicles. Last accessed 17.05.2024.Lesiak, P. Inspection and Maintenance of Railway Infrastructure with the Use of Unmanned Aerial Vehicles. Problemy Kolejnictwa Railway Report, 2020, Iss. 188, рp. 115–127. DOI: 10.36137/1883E.Lesiak, P. Inspection and Maintenance of Railway Infrastructure with the Use of Unmanned Aerial Vehicles. Problemy Kolejnictwa Railway Report, 2020, Iss. 188, рp. 115–127. DOI: 10.36137/1883E.Ефанов Д. В. Информационные платформы комплексной интеллектуальной аналитики данных для управления безопасностью перевозочного процесса и прогнозирования природно-техногенных аварий и катастроф // Проблемы безопасности на транспорте: материалы XII международной научно-практ. конференции, посвященной 160‑летию Белорусской железной дороги (24–25 ноября 2022 г.): в 2 ч. Ч. I / Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь, Белорусская ж. д., Белорусский государственный университет транспорта; под общей редакцией Ю.И. Кулаженко. – Гомель: БелГУТ, 2022. – С. 331–333.Efanov, D. V. Information platforms for integrated intelligent data analytics for managing the safety of the transportation process and forecasting natural and man-made accidents and disasters [Informatsionnie platformy kompleksnoi intellektualnoi analitiki dannykh dlya upravleniya bezopasnostyu perevozochnogo protsessa i prognozirovaniya prirodno-tekhnogennykh avarii i katastrof]. Problems of safety in transport: materials of XII international scientific and practical conference dedicated to the 160th anniversary of the Belarusian Railway (November 24–25, 2022): in 2 parts. Part I. Ministry of Transport and Communications of the Republic of Belarus, Belarusian Railway, Belarusian State University of Transport; under the general editorship of Yu. I. Kulazhenko. Gomel, BelSUT, 2022, pp. 331–333.Лебедев П. Д., Казаков А. Л. Построение оптимальных покрытий выпуклых плоских фигур кругами различного радиуса // Труды института математики и механики УрО РАН. – 2019. – Т. 25. – № 2. – С. 137–148. DOI: 10.21538/0134-4889-2019-25-2-137-148.Lebedev, P. D., Kazakov, A. L. Construction of optimal covers by disks of different radii for convex planar sets. Trudy Inst. Mat. i Mekh. UrO RAN, 2019, Vol. 25, Iss. 2, pp. 137–148. DOI: 10.21538/0134-4889-2019-25-2-137-148.Костроминов А. М., Тюляндин О. Н. Динамическая диагностика средств радиочастотной идентификации системы бесконтактной привязки пути метрополитена // Автоматика на транспорте. – 2019. – Т. 5. – № 4. – С. 467–477. DOI: 10.20295/2412-9186-2019-5-4-467-477.Kostrominov, A. M., Tyulyandin, O. N. The dynamic diagnostics of radio frequency identification systems of noncontact binding to the underground track. Automation on transport, 2019, Vol. 5, Iss.4, pp. 467–477. DOI: 10.20295/2412-9186-2019-5-4-467-477.Абрамян В. Л., Вишневский В. М., Ларионов А. А. Применение радиочастотной идентификации на транспорте // Проблемы управления. – 2024. – № 1. – С. 3–16. DOI: 10.25728/pu.2024.1.1.Abramian, V. L., Vishnevsky, V. M., Larionov, A. A. Radio frequency identification in transport applications. Control Sciences, 2024, Iss. 1, pp. 3–16. DOI: 10.25728/pu.2024.1.1.Wang, J., Schluntz, E., Otis, B. A New Vision for Smart Ob-jects and the Internet of Things: Mobile Robots and Long-Range UHF RFID Sensor Tags. arXiv:1507.02373, 2015. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.02373.Wang, J., Schluntz, E., Otis, B. A New Vision for Smart Ob-jects and the Internet of Things: Mobile Robots and Long-Range UHF RFID Sensor Tags. arXiv:1507.02373, 2015. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.02373.Efanov, D. V., Khóroshev, V. V., Osadchy, G. V. Principles of Safety Signalling and Traffic Control Systems Synthesis on Railways. Proceedings of 9th International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIE), Sochi, Russia, May 15–19, 2022, pp. 634–638. DOI: 10.1109/ICIEAM57311.2023.10139292.Efanov, D. V., Khóroshev, V. V., Osadchy, G. V. Principles of Safety Signalling and Traffic Control Systems Synthesis on Railways. Proceedings of 9th International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIE), Sochi, Russia, May 15–19, 2022, pp. 634–638. DOI: 10.1109/ICIEAM57311.2023.10139292.Ефанов Д. В., Хорошев В. В., Осадчий Г. В. Концептуальные основы синтеза безопасных систем управления движением поездов // Мир транспорта. – 2022. – Т. 20. – №3 (100). – С. 50–57. DOI: 10.30932/1992-3252-2022-20-3-6.Efanov, D. V., Khoroshev, V. V., Osadchy, G. V. Conceptual Foundations of the Synthesis of Safe Train Traffic Control Systems. World of Transport and Transportation, 2022, Vol. 20, Iss. 3 (100), pp. 50–57. DOI: 10.30932/19923252-2022-20-3-6.Ефанов Д. В., Михайлюта Е. М. Управление надежностью и безопасностью перевозочного процесса с применением систем непрерывного мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры // Мир транспорта. – 2023. – Т. 21. – № 2 (105). – С. 84–94. DOI: 10.30932/1992-3252-2023-21-2-10.Efanov, D. V., Mikhailyuta, E. M. Reliability and Safety Management of the Transportation Process Using Systems for Continuous Monitoring of Railway Infrastructure Facilities. World of Transport and Transportation, 2023, Vol. 21, Iss. 2 (105), pp. 84–94. DOI: 10.30932/1992-3252-202321-2-10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.