Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 96340 10.20295/1815-588X-2025-1-7-18 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Implementation of an Automatic Control System to Improve the Operation Accuracy and Energy Efficiency on High-Speed Electric Trains Внедрение системы автоведения для повышения точности управления и энергоэффективности высокоскоростного электропоезда Валинский Олег Сергеевич Valinsky Oleg Sergeevich rector@pgups.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Марикин Александр Николаевич Marikin Aleksandr Nikolaevich marikin_s@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Калинин Николай Павлович Kalinin Nikolay Pavlovich nikolaykalinin1997@gmail.com Суханов Евгений Владимирович Suhanov Evgeniy Vladimirovich geneek123@gmail.com Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State University of Railway Engineering St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State University of Railway Engineering St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation 21 03 2025 21 03 2025 22 1 7 18 18 03 2025 https://pgups.editorum.ru/en/nauka/article/96340/view

Цель: Разработка и исследование алгоритма системы автоведения для высокоскоростных поездов с учетом требований энергоэффективности, точности соблюдения графика движения, повышения безопасности и комфорта пассажиров. Методы: Применен аналитический и программно-расчетный подходы к проектированию алгоритма автоведения. Для моделирования движения электропоезда использован метод конечных элементов. Алгоритм реализован на языке Python с использованием библиотек NumPy, Pandas и Matplotlib. Проанализированы данные движения высокоскоростного поезда «Сапсан», проведен сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных. Результаты: Разработан алгоритм системы автоведения, позволяющий повысить энергоэффективность и точность соблюдения графика движения, а также снизить субъективное влияние машинистов на энергозатраты. Зафиксирован эффект экономии электроэнергии на 11 % и более при различной интенсивности движения от внедрения системы. Представлены результаты моделирования кривой движения в сравнении с экспериментальными эксплуатационными данными. Практическая значимость: Внедрение предложенного алгоритма автоведения позволит повысить энергоэффективность работы высокоскоростных поездов, улучшить эксплуатационные характеристики, увеличить точность соблюдения графиков движения и повысить уровень комфорта пассажиров. Разработанная система может быть применена на магистралях с высокой интенсивностью движения для повышения пропускной способности без модернизации инфраструктуры.

To develop and evaluate an automatic train control algorithm for high-speed trains aiming at energy efficiency, timetable accuracy and increased passenger safety and comfort. Methods: An analytical and computer-based approach was used to design an automatic control algorithm. The finite element method was used to simulate an electric train movement. The algorithm has been implemented in Python language using NumPy, Pandas and Matplotlib libraries. The Sapsan high-speed train operation data have been analysed and a comparative analysis of experimental and computational data has been carried out. Results: The automatic train control algorithm has been developed to improve energy efficiency and timetable accuracy, as well as to reduce the train driver impact on energy consumption. The effect of energy savings up to more than 11% in conditions of different traffic volumes due to the implementation of the system has been recorded. The results of the motion curve simulation compared with experimental operating data are presented. Practical significance: The implementation of the proposed automatic control algorithm will improve the energy efficiency of high-speed trains, enhance their operational characteristics, increase the train timetable accuracy and upgrade the level of passenger comfort. The developed system can be used on railways with high traffic intensity to increase railway capacity without upgrading the infrastructure.

 Высокоскоростной поезд система автоведения энергоэффективность автоматизированное управление алгоритм автоведения оптимизация движения железнодорожный транспорт High-speed train automatic control system energy efficiency automated control automatic control algorithm traffic optimization railway transport

Валинский О. С. Оценка энергоэффективности скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта / О. С. Валинский, Н. П. Калинин // Бюллетень результатов научных исследований. — 2024. — № 4. — С. 7–14. Valinskiy O. S. Ocenka energoeffektivnosti skorostnogo i vysokoskorostnogo zheleznodorozhnogo transporta / O. S. Valinskiy, N. P. Kalinin // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. — 2024. — № 4. — S. 7–14. Гапанович В. А. Энергосбережение на железнодорожном транспорте: справ.-метод. изд. / В. А. Гапанович, В. Д. Авилов, Б. И. Иванов и др.; под ред. В. А. Гапановича. — М.: Интехэнергоиздат, Теплоэнергетик, 2014. — 304 с. Gapanovich V. A. Energosberezhenie na zheleznodorozhnom transporte: sprav.-metod. izd. / V. A. Gapanovich, V. D. Avilov, B. I. Ivanov i dr.; pod red. V. A. Gapanovicha. — M.: Intehenergoizdat, Teploenergetik, 2014. — 304 s. ГОСТ Р 70059—2022. Системы управления и контроля железнодорожного транспорта для перевозок пассажиров в пригородном сообщении. Принципы построения и основные функциональные требования. — М.: Российский институт стандартизации, 2022. — 150 с. GOST R 70059—2022. Sistemy upravleniya i kontrolya zheleznodorozhnogo transporta dlya perevozok passazhirov v prigorodnom soobschenii. Principy postroeniya i osnovnye funkcional'nye trebovaniya. — M.: Rossiyskiy institut standartizacii, 2022. — 150 s. Авдиенко Е. Г. Обоснование функциональных возможностей системы автоведения электроподвижного состава при реализации беспилотных технологий на основе искусственного интеллекта / Е. Г. Авдиенко, Е. А. Третьяков // Молодая наука Сибири. — 2022. — № 2(16). — С. 55–62. Avdienko E. G. Obosnovanie funkcional'nyh vozmozhnostey sistemy avtovedeniya elektropodvizhnogo sostava pri realizacii bespilotnyh tehnologiy na osnove iskusstvennogo intellekta / E. G. Avdienko, E. A. Tret'yakov // Molodaya nauka Sibiri. — 2022. — № 2(16). — S. 55–62. Баранов Л. А. Автоматическое управление движением поездов метрополитена / Л. А. Баранов // Мир транспорта. — 2018. — Т. 16. — № 3(76). — С. 156–165. Baranov L. A. Avtomaticheskoe upravlenie dvizheniem poezdov metropolitena / L. A. Baranov // Mir transporta. — 2018. — T. 16. — № 3(76). — S. 156–165. Авдиенко Е. Г. Сравнительный анализ критериев оптимального движения электроподвижного состава с системой автоведения / Е. Г. Авдиенко, Е. А. Третьяков // Техника и технологии: пути инновационного развития: сборник научных статей 11-й Международной научно-практической конференции, Курск, 30 июня 2022 года. — Курск: Юго-Западный государственный университет, 2022. — С. 24–27. Avdienko E. G. Sravnitel'nyy analiz kriteriev optimal'nogo dvizheniya elektropodvizhnogo sostava s sistemoy avtovedeniya / E. G. Avdienko, E. A. Tret'yakov // Tehnika i tehnologii: puti innovacionnogo razvitiya: sbornik nauchnyh statey 11-y Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii, Kursk, 30 iyunya 2022 goda. — Kursk: Yugo-Zapadnyy gosudarstvennyy universitet, 2022. — S. 24–27. Зарифьян А. А. Оценка энергоэффективности электрической тяги методами компьютерного моделирования / А. А. Зарифьян, Н. В. Гребенников, В. В. Зак и др. // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. — 2013. — № 1(65). — С. 24–37. Zarif'yan A. A. Ocenka energoeffektivnosti elektricheskoy tyagi metodami komp'yuternogo modelirovaniya / A. A. Zarif'yan, N. V. Grebennikov, V. V. Zak i dr. // Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektno-konstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya. — 2013. — № 1(65). — S. 24–37. Разработка требований к программному обеспечению. 3-е изд., дополненное / Пер. с англ. — М.: Русская редакция; СПб.: БХВ-Петербург, 2014. — 736 с. Razrabotka trebovaniy k programmnomu obespecheniyu. 3-e izd., dopolnennoe / Per. s angl. — M.: Russkaya redakciya; SPb.: BHV-Peterburg, 2014. — 736 s. Плакс А. В. Анализ точности алгоритмов автоведения электропоездов: дисс. ... д-ратехн. наук / А. В. Плакс. — Л.: ЛИИЖТ, 1974. Plaks A. V. Analiz tochnosti algoritmov avtovedeniya elektropoezdov: diss. ... d-ratehn. nauk / A. V. Plaks. — L.: LIIZhT, 1974. Ие О. Н. Имитационное моделирование транспортных систем: программные средства и направления их совершенствования / О. Н. Ие // Актуальные вопросы современной экономики. — 2020. — № 5. — С. 428–439. Ie O. N. Imitacionnoe modelirovanie transportnyh sistem: programmnye sredstva i napravleniya ih sovershenstvovaniya / O. N. Ie // Aktual'nye voprosy sovremennoy ekonomiki. — 2020. — № 5. — S. 428–439. Ефремов А. Ю. EO-PTC: расширение функциональности системы управления движением поездов PTC / А. Ю. Ефремов // Железные дороги мира. — 2020. — № 3. — С. 61–65. Efremov A. Yu. EO-PTC: rasshirenie funkcional'nosti sistemy upravleniya dvizheniem poezdov PTC / A. Yu. Efremov // Zheleznye dorogi mira. — 2020. — № 3. — S. 61–65. Каменев С. В. Основы метода конечных элементов в инженерных приложениях: учебное пособие / С. В. Каменев. — Оренбург: ОГУ, 2019. — 110 с. Kamenev S. V. Osnovy metoda konechnyh elementov v inzhenernyh prilozheniyah: uchebnoe posobie / S. V. Kamenev. — Orenburg: OGU, 2019. — 110 s. Свид. 2024688117 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Управляющая программа для системы автоведения высокоскоростного электропоезда ЭВС 1 и оптимизации его основных параметров движения / О. С. Валинский, Н. П. Калинин, Е. В. Суханов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО ПГУПС (RU). — № 2024687168; заявл. 12.11.2024; опубл. 25.11.2024. Svid. 2024688117 Rossiyskaya Federaciya. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registracii programmy dlya EVM. Upravlyayuschaya programma dlya sistemy avtovedeniya vysokoskorostnogo elektropoezda EVS 1 i optimizacii ego osnovnyh parametrov dvizheniya / O. S. Valinskiy, N. P. Kalinin, E. V. Suhanov; zayavitel' i pravoobladatel' FGBOU VO PGUPS (RU). — № 2024687168; zayavl. 12.11.2024; opubl. 25.11.2024. Свид. 2024687177 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Управляющая программа для системы автоведения высокоскоростного электропоезда ЭВС 2 и оптимизации его основных параметров движения / О. С. Валинский, Н. П. Калинин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО ПГУПС (RU). — № 2024690814; заявл. 12.11.2024; опубл. 17.12.2024. Svid. 2024687177 Rossiyskaya Federaciya. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registracii programmy dlya EVM. Upravlyayuschaya programma dlya sistemy avtovedeniya vysokoskorostnogo elektropoezda EVS 2 i optimizacii ego osnovnyh parametrov dvizheniya / O. S. Valinskiy, N. P. Kalinin; zayavitel' i pravoobladatel' FGBOU VO PGUPS (RU). — № 2024690814; zayavl. 12.11.2024; opubl. 17.12.2024. Лутц М. Изучаем Python / М. Лутц; пер. с англ. А. Киселева. 4-е изд. — СПб.: Символ-Плюс, 2011. — 1280 с. Lutc M. Izuchaem Python / M. Lutc; per. s angl. A. Kiseleva. 4-e izd. — SPb.: Simvol-Plyus, 2011. — 1280 s. Вандер Плас Дж. Python для сложных задач. Наука о данных / Дж. Вандер Плас; пер. с англ. Л. Киселевой. — СПб.: Sprint Book, 2024. — 592 с. Vander Plas Dzh. Python dlya slozhnyh zadach. Nauka o dannyh / Dzh. Vander Plas; per. s angl. L. Kiselevoy. — SPb.: Sprint Book, 2024. — 592 s.