НАУКА


Системы обеспечения безопасности движения поездов с учетом киберзащищенности

На XVII международной научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» первый заместитель генерального директора ОАО «НИИАС», д.т.н., профессор Ефим Наумович Розенберг выступил с докладом на тему: «Стратегические задачи развития системы обеспечения безопасности движения поездов с учетом киберзащищенности».

Комплексная инновационная система управления и обеспечения безопасности движением поездов является элементом интегрированной интеллектуальной системы управления на железнодорожном транспорте и основой будущей Цифровой железной дороги.

Старейший транспортный вуз России – Московский государственный университет путей сообщений Императора Николая II (МИИТ) – в семнадцатый раз становится хозяином проведения научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». Этот представительный форум, ежегодно собирающий сотни участников из многих стран мира, позволяет обсудить наиболее актуальные проблемы обеспечения безопасности движения поездов. Так совпало, что сегодня ОАО «НИИАС» исполнилось 60 лет. Институт прошел большой путь от специализированного конструкторского бюро ЦШ до крупного дочернего акционерного общества ОАО «РЖД», занимая ведущие позиции в создании автоматизированных систем управления перевозочным процессом, обеспечения безопасности движения и связи. Ученые ОАО «НИИАС», МИИТ, ЛИИЖТ являются основоположниками создания платформы современных систем управления и обеспечения безопасности движения поездов, еще в 90-х годах заложив основы микропроцессорной системы автоматической локомотивной сигнализации. Значимость этой работы для ОАО «РЖД» огромна.

Сегодня системы железнодорожной автоматики и телемеханики представляют собой наиболее высокий интеллектуальный уровень технических средств, обеспечивающих безопасность движения поездов.

Отечественная система управления и обеспечения безопасности движения поездов охватывает весь комплекс сопутствующих технологических процессов путевого и энергетического хозяйства, систем телекоммуникаций и связи, проведения ремонтных и восстановительных работ и др.

В целом, систему автоматики как низовой уровень информационно-управляющих систем следует рассматривать в виде неразрывно связанных трех уровней управления.

На верхнем уровне обеспечивается формирование управляющих команд для оптимизации реализации графиков движения поездов с учетом решения конфликтных ситуаций.

Второй уровень обеспечивает доведение данных технологических решений до непосредственного формирования маршрутов на станциях, передачу информации на локомотивы об изменении графика движения и получения информации от всех подвижных единиц о параметрах движения и их координатах. На современном этапе к данному уровню следует отнести и средства диагностики инфраструктуры с подвижного состава.

Третий, наиболее ответственный уровень – это системы обеспечения безопасности интервального регулирования движения поездов и управления стрелками и сигналами на станциях.

На современном этапе развития технических средств все три уровня представляют собой аппаратно-программные вычислительные комплексы с повышенными требованиями в части обеспечения безопасности движения. При этом все процессы взаимоувязаны, выполняются с минимальным участием человека, каналы передачи информации дублированы, предусмотрено функциональное резервирование систем автоматики, самодиагностика и передача дополнительной информации. Также определена необходимость открытости исходных кодов программного обеспечения и инструментальных средств, проверки на киберзащищенность. Кроме того, обеспечивается логический контроль технологических процессов. Контроль технологической дисциплины в перевозочном процессе становится автоматическим.

В сфере управления и обеспечения безопасности движения поездов ОАО «НИИАС» концентрирует свои усилия на создании комплексной системы управления.

На Московском центральном кольце (МЦК) внедрен комплекс автоматизированного управления движением поездов в условиях высокой интенсивности движения с использованием систем «Автодиспетчер» и «Автомашинист». Он стал логическим продолжением эффективно работающих систем на участке Сочи – Адлер – Роза-Хутор.

Комплекс позволяет в автоматизированном режиме вести управление движением по нормативному графику, контролировать движение поезда в реальном времени с помощью системы позиционирования на основе спутниковой навигации, используемой в бортовой системе безопасности, выявлять конфликтные ситуации, осуществлять автоматизированный расчет и применять вариантный график движения поездов для выхода из конфликтных ситуаций и восстановления планового графика в реальном масштабе времени.

В системе реализованы режим автоведения поездов, использование цифровых систем связи, высокоточной координатной сети и цифровой модели пути, обеспечивающих высокую точность позиционирования электропоезда, внедрение криптозащищенной безбумажной технологии передачи на борт ответственной информации, что позволяет организовать движение электропоездов в режиме «Автомашинист» в соответствии с установленными требованиями безопасности движения.

Ускоренный пропуск пригородных поездов с интервалом попутного следования до 2 мин. 40 с реализован за счет высочайшего уровня разработок применения подвижных блок-участков, расширения информации о состоянии впередилежащего маршрута следования, в том числе на станциях с исключением проездов маневровых сигналов, применения электронных карт маршрутов движения с учетом использования высокоточной координатной системы дифференциальных поправок. Кроме того, передача на подвижные объекты графиков движения поездов с учетом энергоэффективности, управляющих команд на остановку поездов и проследование запрещающих сигналов, сокращения количества сбоев системы передачи информации на локомотивы посредством дублирования каналов, переход к управлению движением потоков поездов путем централизации функции автоведения.

Мы первые в мире в перспективе решили отказаться от путевых датчиков, заменив их на спутниковые системы определения координат.

При разработке алгоритмов приборов безопасности были учтены дополнительные требования к интерфейсу «человек – машина». Для комплексной системы разработан интеллектуальный дисплей, с помощью которого машинист получает большой объем оперативной информации. Поэтому удалось сосредоточить основное внимание машиниста на управлении поездом.

Система обеспечивает два режима работы: светофорной сигнализации для движения грузовых поездов установленной массы и длины, а также бессветофорной сигнализации для ускоренного движения пригородных поездов. Гибкая технология позволяет перевозить 300 тыс. пассажиров в сутки. Это наземное метро.

В целом, внедренная на МЦК комплексная система показала свою высокую эффективность в вопросах организации движения поездов и обеспечения безопасности. На уровне МСЖД данная технология признана и рекомендована как основная. Мы долго шли к технологии многоуровневой системы. Сегодня аналогов такой системы нет, и наши зарубежные коллеги готовы применять в совместных проектах такие технологические решения. Кроме того, перед нами стоит и ряд задач стратегического характера. Первая – это создание гибкой системы управления движением на ВСМ.

Утвержденная ОАО «РЖД» функциональная стратегия обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса определила задачи перехода к новой системе обеспечения безопасности движения, основанной на анализе показателей рисков, формируемых по оперативным данным о состоянии технических средств и технологической дисциплины персонала. Основным органом управления в новой системе обеспечения безопасности, на котором сконцентрировано решение задач по получению, последующей обработке данных мониторинга объектов железнодорожного транспорта и выработке управленческих решений, является ситуационный центр ЦРБ ОАО «РЖД».

Новые условия технологии управления и обеспечения безопасности, такие, как переход на большие полигоны, обеспечение необходимой пропускной способности в узких местах, перевод на ключевых направлениях на комплексные системы управления, проектирование и строительство ВСМ определяют задачи, которые мы предъявляем информационным и автоматическим системам, поскольку они диктуют условия для создания инновационных технических средств. При этом нельзя забывать высокую роль спутниковых технологий.

Для повышения уровня безопасности на станциях сегодня внедряются спутниковые средства навигации GPS/ГЛОНАСС, предназначенные для обеспечения координатно-временной информацией и автоматического контроля местоположения маневрового локомотива. Эти технологии основаны на использовании цифровых моделей путевого развития, что необходимо для эффективного управления процессами в автоматическом режиме. Применение спутниковых технологий позволяет формировать повагонную динамическую модель размещения вагонов на путях станции. Одно из таких технических решений, которое мы считаем лучшим достижением РЖД в части применения спутниковых технологий и цифровых карт это маневровая автоматическая, локомотивная сигнализация МАЛС. Зарубежных аналогов системы не существует.

Устройства спутниковой навигации в составе постовых и бортовых устройств МАЛС обеспечивают автоматическое позиционирование каждого маневрового локомотива не только на границе станции, но и районах, не оборудованных системами централизованного управления стрелками и сигналами. Они обеспечивают также мониторинг перестановок вагонов и заполнения путей в парках приема и отправления; обеспечивают автоматическое определение в режиме реального времени скорости и местоположения на путевом развитии (номер пути, пикет) технологических объектов вне зависимости от времени суток и погодных условий.

Специалисты института разработали и внедрили на станции Лужская систему автоматического управления горочным локомотивом без машиниста при заезде под состав и при надвиге и роспуске составов. В перспективе предполагается увеличить число технологических операций, выполняемых без машиниста. Также в планах – развитие систем радиодистанционного управления локомотивами.

Выполнение современных требований по обеспечению безопасности движения поездов возможно лишь при интеграции систем связи и глобальных навигационных спутниковых систем, что дает возможность решить ряд принципиально новых задач. В частности, вести мониторинг инфраструктуры, технических и автотранспортных средств, тягового и самоходного подвижного состава, контролировать местоположения и состояния пассажирских поездов на любом маршруте. Такие интегрированные информационные системы используются для передачи необходимых данных для работы систем оповещения и предупреждения работников железнодорожного транспорта и пассажиров.

Важным этапом обеспечения гарантированной безопасности движения является создание технических средств, обеспечивающих контроль работы наиболее ответственных узлов подвижного состава. Одной из причин аварий и крушений поездов является разрушение элементов конструкции ходовой части вагонов, вызванное развитием скрытых дефектов и появлением усталости трещин. Вероятность образования и скорость развития таких дефектов напрямую зависит от циклических напряжений, возникающих в элементах ходовой части под воздействием различных сил в процессе движения вагонов.

Своевременное обнаружение дефектов элементов ходовой части вагона, а также передача этих данных для оперативного принятия решения является актуальной задачей, для решения которой специалистами ОАО «НИИАС» разработан пост комплексного контроля ПКК, современная автоматизированная система для своевременного и достоверного обнаружения сверхнормативных дефектов поверхности катания колесных пар.

Уже имеется успешный опыт проведения мониторинга и диагностики на скоростных поездах «Сапсан», где все это ведется в условиях реального взаимодействия эксплуатируемого подвижного состава с путевой инфраструктурой и контактной сетью. Контроль параметров осуществляется на скорости до 200 км/ч. Это современная технология, позволяющая обеспечивать устойчивость графиков движения и иметь резерв пропускной способности при определении места отклонения параметра с помощью системы ГЛОНАСС.

Решение задач комплексной безопасности требует единого подхода к математическому описанию объектов железнодорожной инфраструктуры. Этот подход реализован в цифровой координатной модели, обеспечивающей описание местоположения и конфигурации объекта в заданной координатной системе. Эта система представляет собой сочетание цифровой координатной модели, полученной тем или иным способом измерения на данный момент времени, и эталонной проектной координатной модели, представляющей, как правило, совокупность проектных параметров объекта и ряда предыдущих результатов измерений объекта.

Для геоинформационной системы РЖД используются не только данные, полученные на дорожном уровне, но данные спутникового позиционирования, аэрокосмического, бортового и наземного зондирования с применением съемочных систем, регистрирующих сигналы в разных спектрах электромагнитного излучения, включая лазерное и радиолокационное сканирование. Комплексное использование результатов дистанционного зондирования позволяет получать снимки высокого пространственного и спектрального разрешения и на этой базе оценивать состояние и прогнозировать динамику развития обнаруженных дефектов пути, оползневых, карстовых и других процессов и в целом на новом качественном уровне производить работы по текущему содержание пути.

Еще одним приоритетным направлением является внедрение в практику разработанной ОАО «НИИАС» комплексной технологии формирования электронных карт локомотивных устройств безопасности на основе обработки первичных данных диагностических комплексов «ЭРА» и материалов мобильного лазерного сканирования, накапливаемых в комплексной системе пространственных данных инфраструктуры.

Это стратегия развития всей нашей инфраструктуры, потому что это и ремонт, и строительство, и технология последующего обслуживания. Автоматизация этого процесса позволяет создавать очень быстро электронные карты, и это позволит перейти на новый технологический уровень.

В целом разрабатываемая в ОАО «РЖД» идеология многоуровневой системы является основным принципом высокой живучести систем управления. Она основывается на анализе рисков. Если говорить о риске как элементе управления, то мы научились разрабатывать матрицы рисков и продвинулись дальше, чем это определено в европейских стандартах. Необходимо и дальше развивать стандарты методологии УРРАН по управлению надежностью, готовностью, ремонтопригодностью, безопасностью и стоимостью жизненного цикла железнодорожных систем, в том числе применять критерии материального ущерба от железнодорожных транспортных происшествий для развития системы их классификации и учета. Это позволит повысить эффективность систем управления и сократить влияние на безопасность «человеческого фактора».

Обеспечение безопасности движения, особенно при скоростном и интенсивном движении поездов, требует использования усовершенствованных сетей поездной радиосвязи. Например, применение канала спутниковой связи с подвижными единицами (локомотивами) и работниками железнодорожного транспорта предоставляет широкие возможности для создания надежных систем. Средства подвижной спутниковой связи, в том числе системы ГОНЕЦ обеспечивают: голосовую связь, передачу текстовых сообщений и аудио/ видеоинформации, определение местоположения движущихся объектов.

Вместе с тем необходимо отметить, что широко используемые технические средства автоматизированного, автоматического управления различными технологическими процессами и диагностики активно внедряемые программно-управляемые системы на основе микропроцессоров и робототехнические комплексы с элементами искусственного интеллекта существенно увеличивают вероятность проведения сетевых кибернетических и компьютерных атак.

Хочу обратить внимание на то, как мы иногда очень легко подходим к отказу от рельсовых цепей (РЦ) или к отказу от технологического резервирования. Весь предыдущий опыт и исторический подход к многоуровневым системам безопасности показал, что этого делать нельзя. Разумное сочетание, проверенных временем РЦ и радиоканала, РПЦ и МПЦ обеспечат защиту от кибератак.

ОАО «НИИАС» как головное предприятие по разработке информационно-управляющих систем и комплексных систем безопасности для ОАО «РЖД» с большой ответственностью подходит к изучению вопросов киберзащиты. Особенно это касается областей, связанных с обеспечением перевозочного процесса, управления инфраструктурой.

При этом при разработке и внедрении новых инновационных решений на базе микропроцессорной техники учитываются дополнительные вопросы киберзащищенности на основе специально разработанного отраслевого стандарта СТО 02.049-2014. Изложенные в данном нормативном документе подходы киберзащищенности одобрены представителями смежных отраслей в РФ – атомная промышленность, энергетика и др., а также получили одобрение у наших международных коллег Австрии, Швейцарии, Италии, Германии. Современные технологии киберзащищенности будут решающими при организации высокоскоростного движения и построении интеллектуальных центров управления, особенно с учетом расширенного числа угроз и потенциальной подверженности информационной инфраструктуры компьютерным атакам.

© Евразия Вести XII 2016

www.eav.ru