автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Исследование и разработка необходимых условий для организации движения поездов на железнодорожном транспорте

На правах рукописи

Аунг Хейн Зо

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕОБХОДИМЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ

ТРАНСПОРТЕ (для Республики Союз Мьянма)

Специальность: 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

Москва-2013

005539702

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ) на кафедре «Логистические транспортные системы и технологи».

Официальные оппоненты:

Резер Семён Моисеевич, доктор технических наук, профессор, Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук (ВИНИТИ РАН), заведующий отделом транспорта.

Кондрахина Надежда Викторовна, кандидат технических наук, открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ВНИИЖТ), заведующая отделением «Перспективное развитие сети железных дорог и целевые программы».

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).

Защита состоится 20 декабря 2013 г., в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ).

Автореферат разослан « 19 » ноября 2013 г.

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Левин Дмитрий Юрьевич

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Горелик Александр Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Большое строительство железных дорог в Республике Союз Мьянма по программе создания Трансазиатского железнодорожного коридора в ближайшее время приведет к значительному увеличению объема перевозок. Опыт Российских железных дорог показывает, что рост объема перевозок может привести к трудностям со своевременным пропуском поездов. Анализ планирования и управления перевозочным процессом на железных дорогах мира, в том числе и России показывает, что недостаточно разработать график движения, план формирования поездов и технологические процессы работы станций. Сами по себе они не гарантируют реализации заложенных в них возможностей. Еще необходимо создание условий для их выполнения.

В работе дана характеристика этих условий. Исследованы последствия невыполнения этих условий. Разработаны методики долгосрочного и оперативного создания и поддержания оптимальных условий работы железнодорожных участков. Приведены результаты поездной работы в оптимальных условиях.

Разработка методологических подходов, теоретических положений и методических рекомендаций, направленных на решение вопросов создания и поддержания условий для организации движения поездов на железнодорожном транспорте, и составляет содержание настоящего исследования.

Степень ее разработанности. Исследованиям проблем управления перевозочным процессом посвящены труды многих ученых в разных странах мира, которые внесли крупный вклад в разработку основополагающих документов эксплуатации железных дорог - графика движения поездов, плана формирования, технологических процессов работы станций, нормирования эксплуатационной работы, планирования поездной и грузовой работы.

Вместе с тем работа современного железнодорожного транспорта при высоком уровне использования пропускной способности участков и перерабатывающей способности станций свидетельствует, что для выполнения нормативно-технологических документов требуется создание и поддержание оптимальных условий работы участков и станций.

Для управления движением поездов используется диспетчерский аппарат. Во многих странах мира созданы оснащенные современной вычислительной техникой центры управления перевозками, позволившие сконцентрировать диспетчерское руководство. Широкое развитие получили информационные технологии, международные транспортные коридоры.

Дальнейшее развитие диспетчерских центров связано с переходом от информационно-справочного режима к управляющему, в котором одной из обязанностей диспетчеров более высоких уровней должно стать создание на нижерасположенных уровнях оптимальных условий эксплуатационной работы.

Цели и задачи. Целью работы является разработка теоретических положений и методических рекомендаций по повышению качества и устойчивости движения поездов на участках.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих

задач:

- изучить современные нормативно-технологические документы, регламентирующие движение поездов на железнодорожном транспорте и необходимые условия, обеспечивающие выполнение этих документов;

- установить закономерности поездной работы на участках при различной насыщенности поездами;

- разработать систему управления поездной работой, обеспечивающую создание и поддержание оптимальных условий работы участков;

- исследовать влияние различных факторов на оптимальные условия работы участков.

Научная новизна диссертации состоит в развитии системы планирования и управления поездной работой на участках. На основе проведенных исследований:

- определены условия работы участков, необходимые для достижения максимальных размеров движения поездов и выполнения графика движения;

- разработана технология создания и поддержания оптимальных условий поездной работы участков в долгосрочном и оперативном режимах;

- создана методика прогнозирования подхода поездов к участку;

- разработана система регулирования насыщения участков поездами;

- Разработана технология приведения в соответствие потребностей в перевозках грузов и наличной пропускной способности участков.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке новых теоретических и технологических решений и методических рекомендаций по планированию и управлению поездной работой на участках. Обосновано, что нормативно-технологические документы по организации поездной работы должны быть, не только разработаны, но для реализации их возможностей еще необходимо создавать и поддерживать оптимальные условия работы участков.

Практическое значение полученных результатов заключается в разработке технологи достижении максимальных размеров движения поездов на участках и создании условий для выполнения графика движения и его нормативов. Полученные в работе результаты приняты в ОАО «НИИАС» к применению при создании «Концепции развития и модернизации диспетчерских центров управления перевозками» и будут использованы при создании диспетчерских центров в Республике Союз Мьянма.

Методология и методы исследования. В процессе диссертационных исследований использованы комплексный и системный подход к решению задач. Применены методы теории вероятностей, математической статистики, линейного программирования, систем управления, теории графов и потоков в сетях.

Положения, выносимые на защиту:

- выполнение графика движения и достижение максимальных размеров движения поездов требуют создания оптимальных условий работы участков;

- важным условием нормальной поездной работы участков является не превышение максимального числа поездов, которое одновременно может находиться на участке;

- методы прогнозирования подхода поездов и регулирования насыщения участка поездами;

- системы долгосрочного и оперативного планирования и управления поездной работой.

Степень достоверности и апробации результатов. Результаты исследования и разработки обсуждались и получили одобрение на:

- XII научно-практической конференции « БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ » Москва, МИИТ, 2011 г.

- Научно-практической конференции Неделя науки-2012 « НАУКА МИИТа-ТРАНСПОРТУ » Москва, МИИТ, 2012 г.

- I научно-практической конференции « Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте » Москва, МИИТ, 2012 г.

- XIII научно-практической конференции « БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ » Москва, МИИТ, 2012 г.

- Научно-практическая конференция «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерений (УКИ-10)» ИПУ РАН, 2011 г.

Публикации. Опубликовано 8 печатных работ по материалам диссертации (из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 144 страницы, в том числе 130 страниц основного текста, 23 рисунков, 21 таблиц, 149 наименования источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы исследования; степень ее разработанности; цели и задачи; научная новизна; теоретическая и практическая значимость работы; методология и методы исследования; положения, выносимые на защиту; степень достоверности и апробация результатов.

Первая глава посвящена анализу теоретических исследований и практического опыта развития системы организации перевозок на железных дорогах России и зарубежных железных дорог.

Приоритет разработки и организации движения поездов по графику принадлежит России. График движения поездов непрерывно совершенствовался, приобретал все большее значение, позволил не только четко организовать и обеспечить безопасность движения поездов, но и правильно планировать и распределять технические средства железных дорог.

Российские и советские ученые и специалисты Акулиничев В.М., Апатцев В.И., Батурин А.П., Бернгард К.А., Бестемьянов П.Ф., Без-

родный Б.Ф., Бородин А.Ф., Васильев И.И., Воробьев H.A., Горелик A.B., Каретников А.Д.,' Кобзев В.А, Козлов П.А., Косилов P.A., Кравцов Ю.А., Лисенков В.М., Лецкий Э.К., Осьминин А.Т., Пазой-ский Ю.О., Петров А.П., Повороженко В.В., Резер С.М., Сотников Е.А., Сотников И.Б., Тишкин Е.М., Шаров В.А., Шмулевич М.И. и другие внесли большой вклад в развитие теории графика движения и организации эксплуатационной работы железных дорог, что оказало влияние на техническую политику не только России, но и зарубежных стран. Предложения по уплотнению норм графика движения поездов позволили улучшить использование пропускной способности, повысить показатели использования подвижного состава.

Введение в СССР диспетчерского руководства повысило значение графика движения и уровень его выполнения. График движения поездов стал основным нормативно-технологическим документом в организации плановой эксплуатационной работы участков. Получили распространение график оборота локомотивов, унифицированные весовые нормы поездов, специализация поездов заменена планом формирования, прогрессивные нормативы графика, согласование графиков по стыковым пунктам, пачечная прокладка «ниток» пассажирских поездов, повышение весовых норм и вождение соединенных поездов.

Опыт работы зарубежных железных дорог показывает, что на большинстве из них (кроме дорог США) разработке и выполнению графика уделяется значительное внимание. Дороги ряда государств (Германия, Польша) работают по принципу «жестких расписаний»: для обеспечения выполнения графика стремятся особо тщательно определять устойчивые грузопотоки, для чего пользуются хорошо разработанной системой учета выполненных ваго-нопотоков; осуществляются периодические обследования, устанавливающие корреспонденции вагонопотоков. Для освоения возрастающих объемов перевозок на дорогах США широко используются диспетчерские расписания.

Вторая глава посвящена анализу современного состояния и перспективе развития железнодорожного транспорта Юго-восточной Азии и Республики Союз Мьянма.

Высокие темпы экономического развития стран Азиатского региона вызвали бурные Темпы строительства железных дорог. Перспективы его раз-

вития связаны с созданием трансазиатских железнодорожных коридоров, призванных сократить время доставки грузов до глубоководных морских портов и различных регионов мира.

Динамично развивающийся Китай, кроме развития железных дорог на своей территории, участвует в проекте строительства трансазиатских коридоров, проходящих по многим странам Юго-восточной Азии. На 2015 г. намечено окончание строительства железнодорожного коридора Китай - Мьянма - Таиланд, после чего значительно возрастет объем перевозок.

В Республике Союз Мьянма принимаются меры по ликвидации международной изоляции национального железнодорожного транспорта. Ведутся работы по восстановлению и развитию связей с соседними странами региона. Во многом этому способствует проект создания западного направления трансазиатского коридора, который пройдет через Мьянму. Созданы предпосылки для значительного увеличения объема перевозок. Преобразование железнодорожного транспорта Мьянмы включает не только программу технического переоснащения, но и разработку мер по повышению эффективности эксплуатационной работы железных дорог.

Опыт Российских железных дорог показывает, что рост объема перевозок может привести к трудностям со своевременным пропуском поездов. Анализ планирования и управления перевозочным процессом на железных дорогах России показывает, что недостаточно разработать график движения, план формирования поездов и технологические процессы работы станций. Сами по себе они не гарантируют реализации заложенных в них возможностей. Еще необходимо создание условий для их выполнения.

Третья глава содержит постановку задачи и результаты исследования условий движения поездов.

Изучение опыта организации движения поездов во многих странах мира, в том числе и в России показывает, что основное внимание уделяется разработке графика движения поездов. Значительно меньше изучены вопросы выполнения графика движения поездов. Исследование грузонапряженных линий свидетельствует о том, что для выполнения графика движения поездов и его нормативов, необходимо создание оптимальных условий движения поездов на участках.

Разработке этих условий и посвящена диссертация. Разработка условий выполнения графика движения включает оценку насыщения участков поездами, прогнозирование подхода поездов, решение задачи по регулированию насыщения участка поездами, разработку мер по недопущению и ликвидации заторов в движении поездов, формулирование целей и задач диспетчерского аппарата по вертикали и горизонтали при создании оптимальных условий движения поездов.

Начинать регулировать насыщение участков поездами необходимо задолго до непосредственного управления движением поездов. Поэтому разработка оптимальных условий поездной работы участков предлагается на всех этапах планирования и управления эксплуатационной работы, в том числе при планировании перевозок грузов, нормировании эксплуатационной работы, сменно-суточном и текущем планировании поездной работы.

Для этого в диссертации предлагаются две системы создания условий для выполнения графика движения поездов: долгосрочная, включающая планирование перевозки грузов и нормирование эксплуатационной работы и оперативная, включающая сменно-суточное и текущее планирование поездной работы.

Система создания оптимальных условий движения поездов на железнодорожном транспорте включает заблаговременное сопоставление и приведение в соответствие потребного объема перевозок и перевозочных возможностей железных дорог на стадиях:

1) планирования перевозок (при приеме заявок на перевозки грузов - сопоставление и приведение в плане перевозок соответствия потребностей грузоотправителей с перевозочными возможностями железных дорог);

2) нормирования (сопоставление и приведение в соответствие размеров движения поездов и необходимых ресурсов);

3) сменно-суточного планирования (сопоставление и приведение в соответствие размеров движения поездов и пропускных способностей участков, локомотивов, локомотивных бригад и т.д.);

4) текущего планирования поездной работы (сопоставление и приведение в соответствие размеров движения поездов и пропускных способностей участков).

В оперативном режиме приведение в соответствие размеров движения поездов и пропускных способностей участков достигается решением задачи регулирования насыщения участков поездами.

Долгосрочная система предусматривает приведение в соответствии заявок грузоотправителей на перевозки грузов с пропускными способностями железных дорог.

Эффективность использования железнодорожных линий во многом зависит от насыщения их поездами. Изменение насыщенности участков поездами приводит к существенным изменениям использования пропускной способности и участковой скорости движения. При увеличении на участках числа поездов возрастает их взаимное влияние друг на друга. В этих условиях возникновение даже незначительных помех движению вызывает существенное снижение средней скорости следования всех поездов. Поэтому важной задачей является определение допустимого насыщения участков поездами и установление влияния перенасыщения на показатели эксплуатационной работы.

При увеличении насыщенности участка поездами машинисты снижают скорость для обеспечения безопасности движения (рисунок 1). Для выработки оптимальных условий движения поездов исследована связь между скоростью и плотностью потока поездов.

Пусть х — длина участка. Рассмотрим малый отрезок этого участка между точками х и х + ¿х. Изменение числа поездов на этом отрезке за время Л может быть найдено как разность между количеством поездов, прибывающих в точку х и убывающих из точки х + <1х, т.е. как

Это же самое число поездов может быть выражено через изменение плотности между моментами времени * и / + Л, т.е.

п<А-(п + ^с1х)сЬ.

¿х

Рисунок 1. Влияние плотности потока поездов на скорость движения, средний интервал между поездами на входе и выходе с участка Приравняв эти два выражения, получим

Пусть скорость движения V в точке х определяется только плотностью

/ ¿¿V ¿¿V

Л в х: V = V (Л(х, /)). Пусть также V = —. Примем среднее ускорение — таким, которое соответствует средней скорости потока V. Тогда имеем

сЫ _ с1л> с№ Ах м ~ си ах м '

Разумеется, ^ = V, поэтому

— = V— + V I — ) V (2)

а м \лх/

Из соотношения (1) и п = IV имеем:

ЙЯ _ <1П _ д (IV у —

М йх Лх Ах'

Тогда уравнение (2) преобразуется к следующему виду:

(¿V ., , ¿¡V

— = —Я V —,

(IV ау ал ау ., , ал , ,

а так как — = — —, то — = —Л(у —, где отрицательным коэффици-

(¡V (¿V (¡Я (¿V „ , ,ч7 с!А

£ = ТхТХ>™Тг =

ент — Л(у')2 = /и можно интерпретировать как коэффициент влияния поездов друг на друга. Если предположить, что Я(у')2 = С2Ят или V = С2Я(7П_1>'/2,

¿¿V что <и

— = -С2Ят— (3)

(И <1х

где С - неотрицательная константа с размерностью скорости. Решение уравнения (3):

V = С1п ^ при т = — 1 (4)

У = ^Нт+1)/2 - Я(т+1)/2] при«*!,

где Хс - максимальная плотность потока, при достижении которой все поезда на участке останавливаются, т.е. число поездов на участке равно количеству блок-участков.

Модель, выраженная уравнением (4), достаточно хорошо сходится с результатами наблюдения для плотностей потока, достаточно далеких от 0. Для модели ст> 0 обозначим через Усв скорость при Я = 0, тогда

* = I1 - (Й ) (5)

В уравнении (5) усв представляет собой скорость свободного движения поездов, но эта величина нереализуема даже при небольшой плотности поездов для участков, на которых имеет место ограничение скорости На таком участке можно приблизительно представить эффект ограничения скорости линейной функцией типа

V = ^(1 - л/л;),

где Яс - константа.

В этом случае модель (4) заменяется уравнением

V =

1 ~ 1; 0 < Л < Лг; < Лс < Л'; С/л - < Я < Лс,

а модель (5) уравнением

V =

V, - ; 0 < Л < Л2; Л2 < Лг;

4-м'

Л2<Л<ЯС,

где Л^ и Я2 — константы.

В этих уравнениях для избежания разрывов параметры Л1 и Л2 должны быть корнями соответственно уравнений:

Таким образом, эти модели в действительности имеют только один дополнительный параметр - Я] или Я2.

Полученные результаты показывают, что увеличение плотности потока вызывает разницу величин интервалов между поездами на входе и выходе с участка.

Перенасыщение участка поездами приводит к тому, что увеличение поездов на входе участка вызывает уменьшение участковой скорости и невыполнение нормативов графика движения. Своевременное изменение плотности потока поездов на участках позволяет эффективно управлять поездной работой.

Достижение максимальных размеров движения поездов и выполнения нормативов графика при текущем планировании возможно только при создании оптимальных условий работы участков.

В четвертой главе представлена оперативная система создания оптимальных условий движения поездов с помощью регулирования насыщения участков поездами.

Оптимальные условия работы участков характеризуются максимальным числом поездов, которые одновременно могут находиться на участке, и определяются вертикальным разрезом максимального графика движения (рисунок 2).

Выведена формула для определения максимального числа поездов, которые одновременно могут находиться на участке при параллельном двухпутном графике

где N - максимальное число поездов, которые одновременно могут находиться на участке; Ь - длина участка (вертикальный разрез); /- минимальный межпоездной интервал; Ух- ходовая скорость поездов.

Рисунок 2. Фрагмент максимального параллельного графика движения поездов с вертикальным разрезом

Исследовано влияние различных факторов на максимальное число поездов, которые одновременно могут находиться на участках различной длины (рисунок 3).

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 ¡.-------------------шяюсп посада_____________________________и

Рисунок 3. Зависимость максимального числа поездов, которые одновременно могут находиться на участке (Л/), от максимально допустимой скорости

При повышении скорости движения поездов и увеличении межпоездных интервалов, уменьшается максимально допустимое число поездов на участке. Максимальное число поездов, которые одновременно М01уг находиться на участке, возрастает прямо пропорционально длине участка (рисунок 4).

Рисунок 4. Зависимость максимального число поездов, которые одновременно могут находиться на участке, (Л/) от длины участка (£)

Для недопущения перенасыщения участков поездами, т.е. превышения максимального числа поездов, которые одновременно могут находиться на участке, необходимо регулировать насыщение участков поездами. Эта задача

должна решаться на стадиях сменно-суточного и текущего планирования поездной работы. Для оперативного планирования подхода поездов к каждому участку целесообразно на прилегающих участках строить часовые пояса (рисунок 5),

время хода поездов по которым составляет 1 час. Дислокация поездов в том или ином часовом поясе определяет время хода до рассматриваемого участка и прогноз поступления. Например, на рисунке 5 все поезда, находящиеся в четвертом часовом поясе, определяют прогноз подхода поездов к участку А-В через 4 часа. Такой прогноз позволяет дорожному диспетчеру предвидеть насыщение участков поездами, заблаговременно принимать регулировочные меры.

Пятая глава посвящена долгосрочной системе создания оптимальных условий поездной работы.

В автоматизированной системе согласования заявок на перевозку грузов и перемещение порожних вагонов с учетом перевозочных возможностей инфраструктуры предусмотрено:

- ведение банка данных технологических процессов работы станций и ЕТП работы железнодорожных подъездных путей необщего пользования и станций примыкания;

- ведение инфраструктурной модели сети железных дорог;

- рассмотрение и согласование заявок на перевозку грузов;

- согласование заявок на передислокацию порожних вагонов;

Рисунок 5. Часовые пояса на подходе к участку А-В

- контроль прогнозных затруднений при пропуске вагонопотоков по отдельным объектам инфраструктуры и регионам.

Ведение статистической инфраструктурной модели сети железных дорог производится с учетом максимально возможного числа факторов, влияющих на эксплуатационную работу.

Статистическая инфраструктурная модель сети железных дорог описывается графом:

(7)

где Ук - все г* -тые вершины графа - станции; Д* - все п -тые ребра графа -участки; к - порядковый номер или обозначение вершины или ребра на графе.

Все данные, определяемые как параметры инфраструктурной модели, при изменении обновляются.

Каждому ребру расчетного графа соответствует набор параметров:

я* = {£«, (8)

где ¿я - длина участка, ограниченного станциями (вершинами) Г*, км; -участковая скорость следования грузовых поездов различных категорий // по участку, км/ч;й£ — технологическое время следования по участку поездов категории час (Од =

Условные обозначения параметров модели

Обозначения Объекты, понятия, сущности Соответствие на графах

в Граф железнодорожной сета

V Станции, открытые для выполнения грузовых операций Вершины

1 Участок Ребра

5 Упорядоченное множество заявок

Заявка

И Наличная пропускная способность участка

N Поездопоток на участке

£ Путь следования отправки

/ Текущее число вагонов на участке

т Норма вагонов в составе для участка

Р План перевозок

На станции У) поступает упорядоченное множество заявок. Алгоритм просматривает таблицы заявок и формирует множество S в виде таблицы заявок, упорядоченных по времени. В соответствии с Альбомом кратчайших расстояний заявки «накладываются» на граф сети железных дорог. На каждом участке, «проходящие» по нему заявки (вагоны) суммируются. Сумма вагонов делится на средний состав поездов. Получаемое число поездов сопоставляется с наличной пропускной способностью участка щ. При Nrj > щ-j грузоотправителю предлагается перевозка кружностью (в обход участка, исчерпавшего наличную пропускную способность). При отказе грузоотправителя реализовать заявку кружностью, заявка отклоняется.

При Nrj < nTj заявка включается в план перевозок грузов.

Долгосрочная система на стадии приема заявок на перевозки грузов состоит в максимальном использовании перевозочных возможностей сети железных дорог и решается по критериям:

1) приема максимального числа заявок (вагонов);

2) получения наибольшей провозной платы (прибыли);

3) выполнения максимального грузооборота (ткм);

4) перевозки наибольшего веса грузов (т).

Целевая функция задачи для ее первого варианта представляется следующим образом:

Текущее число вагонов /, для участка_/', получающееся в результате суммирования числа вагонов заявок, принимаемых к обработке, должно быть соотнесено с нормой вагонов т) для этого участка, в результате будет вычислен поездопоток Щ для этого участка. Он сравнивается с наличной пропускной способностью участка щ. Таким образом, выражение (10) примет вид:

Л = У ps = гпах

(9)

При ограничении:

(10)

Pl+P2+-Ps

'•■ ИХ _

- < Tlj

ТП] '

Для решения задачи, определяемой выражениями (9) и (11), выполняется рекуррентная двухшаговая процедура:

Шаг 1. Выразим/¡(х^ как функцию/т(Х)ц) в виде:

/{(хг) = тахр=р1.....р5{рг + /¡+1(х,+1)}, ¡ = 1,2,..., ж (12)

дт=ОД.....Р

Шаг 2. Выразим Хщ как функцию для гарантии того, что левая часть уравнения (12) является функцией лишь По определению, х, - дг/+/ = р,, или дг,+/ = х-, — /?,. Следовательно, рекуррентное уравнение для каждого состояния приобретает следующий вид:

Шд = тахр=р1,.„,р1{р/+/,+1(х,-рО}> ¿ = 1,2,...,5 (13)

х=ОД

Для каждого этапа при вычислении максимального числа вагонов на участках используется следующий алгоритм:

1. Упорядоченное множество 5 циклически просматривается с условием на наличие необработанных заявок (Блок 1)

2. Из упорядоченного множества 5 рассматривается очередная заявка Si (Блок 2)

3. Для рассматриваемой заявки ^ определяется маршрут перевозки Ь (Блок 3) и преследуемые участки /, по альбому кратчайших расстояний

4. Циклически просматриваются участки /у рассматриваемой заявки Si (Блок 4)

5. Последовательно просматриваются участки по пути следования (Блок 5)

6. Определяется текущее число вагонов ^ для каждого участка /, по пути следования (Блок 6)

7. В ходе рассмотрения каждой заявки ^ нарастающим итогом суммируется текущее число вагонов на участках (Блок 7), т.е. к текущему числу вагонов Г/ на каждом участке /у, входящем в маршрут перевозки I, добавляется число вагонов р из заявки (Блок7)

8. Полученное нарастающее текущее количество вагонов Г делится на норму вагонов в составе т, и преобразуется в поездопоток N для каждого участка (Блок 8)

9. Полученный поездопоток N сопоставляется с наличной пропускной способностью участка и (Блок9)

10. При N>17 находится обход участка кружностью (Блок 10)

11. При N > п и наличии обхода этого участка грузоотправителю предлагается отправка вагонов кружностью (Блок 11)

12. При завершении цикла просмотра вариантов путей отправки проверяется, был ли путь успешно найден. (Блок 12)

13. При успешной обработке всех участков пути по условию N < п, а также необходимости и согласии грузоотправителя использовать кружность, заявка включается в план перевозок Р (Блок 13)

14. При не согласии грузоотправителя использовать кружность или ее отсутствии, заявка не включается в план перевозок Р (Блок 14) и переносится в упорядоченное множество Б [Следующего месяца (Блок 15).

В итоге принимается количество заявок, при котором число вагонов на участках будет максимальным и при этом пропускная способность участков не будет превышена, что и требовалось найти (рисунок 6).

Рисунок 6. Блок-схема алгоритма разработки плана перевозок по критерию максимального числа вагонов на участках

Аналогично в диссертации решены задачи по всем предлагаемым критериям.

Нормирование поездной работы на грузонапряженных направлениях предлагается производить исходя из создания оптимальных условий на участках. Т.е. нормативный график движения должен определять размеры движения поездов, вертикальный разрез - максимальное число поездов, которое одновременно может находиться на участке. А последнее должно определять число поездов, которое можно подводить к участку и необходимые для этого ресурсы - локомотивы, локомотивные бригады и вагонный парк и, как следствие, расчетное право на конечные результаты эксплуатационные и финансовые показатели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В Мьянме принимаются меры по ликвидации международной изоляции национального железнодорожного транспорта. Ведутся работы по восстановлению и развитию связей с соседними странами региона. Созданы предпосылки для значительного увеличения объема перевозок. Преобразование железнодорожного транспорта Мьянмы включает не только программу технического переоснащения, но и разработку мер по повышению эффективности эксплуатационной работы железных дорог.

2. Для создания и поддержания оптимальных условий движения поездов на железной дороге разработаны долгосрочная и оперативная системы. Долгосрочная система создания оптимальных условий поездной работы предусматривает приведение в соответствие потребностей в перевозках и перевозочных возможностей железных дорог на стадии приема заявок грузоотправителей. Оперативная система призвана создавать оптимальные условия движения поездов на участках с помощью регулирования их насыщения поездами.

3. Оптимальные условия характеризуются максимальным числом поездов, одновременное нахождение которых допускается на участке. Это число поездов определяется вертикальным разрезом максимального графика движения. Количество пересечений вертикальным разрезом «ниток» графика определяет максимальное число поездов, которые одновременно могут находиться на участке.

4. Исследовано различное насыщение участков поездами. Установлено влияние различных факторов на максимальное число поездов, которые одновременно могут находиться на участке: межпоездного интервала, максимально допустимой скорости движения поездов и длины участка. Уменьшение максимально допустимой скорости движения поездов и сокращение межпоездного интервала увеличивает максимальное число поездов, которое одновременно может находиться на участке. Это число поездов возрастает прямо пропорционально длине участка.

5. Создание и поддержание оптимальных условий работы участков должно стать одной из основных обязанностей дежурно-диспетчерского аппарата. Регулирование насыщения участка поездами предусматривает прогнозирование их подхода, для которого предлагается использовать часовые пояса вокруг участка. Границы часовых поясов определяются временем хода поездов за 1 час. Сумма поездов в каждом часовом поясе представляет прогноз.

6. Регулирование насыщения участка поездами должно начинаться на стадии разработки сменно-суточного плана поездной работы и планирования составообразования. Заблаговременным сопоставлением числа формируемых поездов и возможностей их своевременного отправления создаются оптимальные условия поездной работы на прилегающих направлениях. Для недопущения перенасыщения участков поездами целесообразно использовать оперативную корректировку плана формирования.

7. Предложено при приеме заявок от грузовладельцев и планировании перевозок грузов организовать учет пропускной и перерабатывающей способности инфраструктуры железных дорог. Тогда инфраструктурная модель сети железных дорог, представленная в виде графа, позволит при планировании перевозок грузов сопоставлять потребности в перевозках и перевозочные возможности железнодорожного транспорта.

8. Установлено, что сменно-суточное планирование поездной работы целесообразно использовать для создания оптимальных условий, в которых достигаются максимальные размеры движения поездов. Планирование составообразования может стать инструментом, с помощью которого целесообразно регулировать насыщение участков поездами.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Аунг Хейн Зо. Переспективы развития организации движения поездов с учетом развития Ж.Д республики Мьянмы [Текст] / Аунг Хейн Зо, Пуо Ма-унг Маунг, Вун Тан Тун // Железнодорожный транспорт. - 2011. - №11. С. 75 -77.

2. Левин, Д. Ю. Что необходимо для выполнения графика движения поездов [Текст] / Д. Ю. Левин, Аунг Хейн Зо, В. Н. Шмаль // Мир транспорта. -2013. - Т.45 - № 1. С. 110-119.

3. Аунг Хейн Зо. Железнодорожный транспорт Мьянмы [Текст] I Аунг Хейн Зо, Пуо Маунг Маунг // Железнодорожный транспорт. - 2013. - №7. С. 76-77.

Публикации в других изданиях:

4. Аунг Хейн Зо. Организация движения поездов на Ж.Д Республики Союза Мьянмы [Текст] / Аунг Хейн Зо // XIII научно-практической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ». - М.: МИИТ, 2011. -С. 1X1- 1X2.

5. Аунг Хейн Зо. Характеристика режимов поездной работы при различном насыщении участков поездами на графике движении [Текст] / Аунг Хейн Зо // XIII научно-практической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ». - М.: МИИТ, 2012. - С.Х21- Х22.

6. Аунг Хейн Зо. Создание необходимых условий для организации движения поездов на железнодорожном транспорте Республики Мьянма [Текст] / Аунг Хейн Зо // Научно-практической конференции «Технические и программные средства систем управления, контроля и имерений (УКИ-10) » ИПУ РАН. - М.: МИИТ, 2011. - С.00523-00528.

7. Аунг Хейн Зо. Необходимое услобие для выполнения графика движения поездов [Текст] / Аунг Хейн Зо II Научно-практической конференции Неделя науки-2012 «НАУКА МИИТа-ТРАНСПОРТУ». - М.: МИИТ, 2012. -С.1У-60.

8. Аунг Хейн Зо. Определение максимального числа поездов, которое одновременно может находиться на участке [Текст] / Аунг Хейн Зо // I научно-

\ и

4 (

24 \ I

практическая конференция «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте». - М.: МИИТ, 2012. - С.127-128.

Аунг Хейн Зо

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕОБХОДИМЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ (для Республики Союз Мьянма)

05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 12* // , )£>. Заказ № Объем 1,5 пл.

Формат 60x80 1/16 Тираж 100 экз.

УПЦ ГИ МИИТ, Москва, 127994, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

МГУПС (МИИТ)

На правах рукописи

04201450994

Аунг Хейн Зо

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕОБХОДИМЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ

ТРАНСПОРТЕ ( для Республики Союз Мьянма )

05.22.08 - «Управление процессами перевозок»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Левин Дмитрий Юрьевич

Москва-2013

Оглавление

Введение.......................................................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕВОЗКАМИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ........................................9

1.1. Анализ теоретических исследований и практического опыта развития системы организации перевозок на железных дорогах России................................9

1.2. Развитие теории и практики управления движением поездов на зарубежных железных дорогах...............................................................................21

1.3. Выводы по первой главе..................................................................34

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК РЕСПУБЛИКИ СОЮЗ МЬЯНМЫ.............................................................................37

2.1. Анализ технического состояния и технологии работы железнодорожного транспорта Республики Союз Мьянма.......................................................37

2.1.1. История создания и развития государственного железнодорожного транспорта Республики Союз Мьянма......................................................................37

2.1.2. Техническая оснащенность и объемы работы железных дорог Республики Союз Мьянма.....................................................................................42

2.1.2.1. Пассажирские перевозки..............................................................42

2.1.2.2. Грузовые перевозки...................................................................45

2.2. Предложения по улучшению железнодорожных связей на полуострове Индокитай.........................................................................................49

2.2.1. Основные положения....................................................................49

2.2.2. Предложения по восстановлению связей между железными дорогами на юго-востоке Азии................................................................................51

2.3. Особенности и перспективы развития транспортной системы Республики Союз Мьянма....................................................................................52

2.4. Выводы по второй главе...................................................................54

ГЛАВА 3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ

ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ.............................................55

3.1. Общая постановка задачи................................................................55

3.2.Основные направления дальнейшего развития системы планирования и управления движением поездов..............................................................56

3.3. Характеристика оптимальных условий движения поездов на участке.........58

3.4. Исследование условий движения поедов.............................................64

3.5. Выводы по третьей главе..................................................................70

ГЛАВА 4. ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ.....................................................72

4.1. Регулирование насыщения участков поездами.......................................72

4.2. Исследование насыщения участка поездами с различными размерами движения..........................................................................................76

4.3. Планирование составообразования.....................................................84

4.4. Управление составообразованием......................................................87

4.5. Выводы по четвертой главе...............................................................89

ГЛАВА 5. ДОЛГОСРОЧНАЯ СИСТЕМА СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОЕЗДНОЙ РАБОТЫ.......................................................91

5.1. Создание оптимальных условий поездной работы на стадии планирования перевозок..........................................................................................91

5.2. Создание оптимальных условий поездной работы на стадии технического нормирования....................................................................................107

5.3. Создание оптимальных условий поездной работы на стадии сменно-суточного планирования...........................................................110

5.4. Создание оптимальных условий поездной работы на стадии текущего планирования и управления поездной работой..........................................121

5.5. Выводы по пятой главе..................................................................124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................126

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................................131

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справка о применении результатов диссертационного исследования.................................

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Большое строительство железных дорог в Республике союз Мьянма по программе создания Трансазиатского железнодорожного коридора в ближайшее время приведет к значительному увеличению объема перевозок. Опыт российских железных дорог показывает, что рост объема перевозок может привести к трудностям со своевременным пропуском поездов. Анализ планирования и управления перевозочным процессом на железных дорогах мира, в том числе и России показывает, что недостаточно разработать график движения, план формирования поездов и технологические процессы работы станций. Сами по себе они не гарантируют реализации заложенных в них возможностей. Еще необходимо создание условий для их выполнения.

В работе дана характеристика этих условий. Исследованы последствия невыполнения этих условий. Разработаны методики долгосрочного и оперативного создания и поддержания оптимальных условий работы железнодорожных участков. Приведены результаты поездной работы в оптимальных условиях.

Разработка методологических подходов, теоретических положений и методических рекомендаций, направленных на решение вопросов создания и поддержания условий для организации движения поездов на железнодорожном транспортер составляет содержание настоящего исследования.

Степень ее разработанности. Исследованию проблем управления перевозочным процессом посвящены труды многих ученых в разных странах мира, которые внесли крупный вклад в разработку основополагающих документов эксплуатации железных дорог - графика движения поездов, плана формирования, технологических процессов работы станций, нормирования эксплуатационной работы, планирования поездной и грузовой работы.

Вместе с тем работа современного железнодорожного транспорта при высоком уровне использования пропускной способности участков и перерабатываю-

щей способности станций свидетельствует, что для выполнения нормативно-технологических документов требуется создание и поддержание оптимальных условий работы участков и станций.

Для управления движением поездов используется диспетчерский аппарат. Во многих странах мира созданы оснащенные современной вычислительной техникой центры управления перевозками, позволившие сконцентрировать диспетчерское руководство. Широкое развитие получили информационные технологии, международные транспортные коридоры.

Дальнейшее развитие диспетчерских центров связано с переходом от информационно-справочного режима к управляющему, в котором одной из обязанностей диспетчеров более высоких уровней должно стать создание на нижерасположенных уровнях оптимальных условий эксплуатационной работы.

Цели и задачи. Целью работы является разработка теоретических положений и методических рекомендаций по повышению качества и устойчивости движения поездов на участках.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- изучить современные нормативно-технологические документы, регламентирующие движение поездов на железнодорожном транспорте и необходимые условия, обеспечивающие выполнение этих документов;

- установить закономерности поездной работы на участках при различной насыщенности поездами;

- разработать систему управления поездной работой, обеспечивающую создание и поддержание оптимальных условий работы участков;

- исследовать влияние различных факторов на оптимальные условия работы участков.

Научная новизна диссертации состоит в развитии системы планирования и управления поездной работой на участках. На основе проведенных исследований:

1. Определены условия работы участков, необходимые для достижения максимальных размеров движения поездов и выполнения графика движения.

2. Разработана технология создания и поддержания оптимальных условий поездной работы участков в долгосрочном и оперативном режимах.

3. Создана методика прогнозирования подхода поездов к участку.

5. Разработана технология регулирования насыщения участков поездами.

6. Разработана технология приведения в соответствие потребностей в перевозках грузов и наличной пропускной способности участков.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке новых теоретических и технологических решений и методических рекомендаций по планированию и управлению поездной работой на участках. Обосновано, что нормативно-технологические документы по организации поездной работы должны быть, не только разработаны, но для реализации их возможностей еще необходимо создавать и поддерживать оптимальные условия работы участков.

Практическое значение полученных результатов заключается в разработке технологи достижении максимальных размеров движения поездов на участках и создании условий для выполнения графика движения и его нормативов. Полученные в работе результаты включены в «Концепцию развития и модернизации диспетчерских центров управления перевозками» на сети железных дорог России и будут использованы при создании диспетчерских центров в Республике Союз Мьянма.

Методология и методы исследования. В процессе диссертационных исследований использованы комплексный и системный подход к решению задач. Применены методы теории вероятностей, математической статистики, линейного программирования, систем управления, теории графов и потоков в сетях.

Положения, выносимые на защиту:

- выполнение графика движения и достижение максимальных размеров движения поездов требуют создания оптимальных условий работы участков;

- важным условием нормальной поездной работы участков является не превышение максимального числа поездов, которое одновременно может находиться на участке;

- методы прогнозирования подхода поездов и регулирования насыщения участка поездами;

- системы долгосрочного и оперативного планирования и управления поездной работой.

Степень достоверности и апробации результатов. Результаты исследования и разработки обсуждались и получили одобрение на:

- XII научно-практической конференции « БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ » Москва, МИИТ, 2011 г.

- Научно-практической конференции Неделя науки-2012 « НАУКА МИИТа-ТРАНСПОРТУ » Москва, МИИТ, 2012 г.

- I научно-практической конференции « Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте » Москва, МИИТ, 2012 г.

- XIII научно-практической конференции « БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ » Москва, МИИТ, 2012 г.

- Научно-практическая конференция «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерений (УКИ-10)» ИПУ РАН, 2011 г.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕВОЗКАМИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

1.1. Анализ теоретических исследований и практического опыта развития системы организации перевозок на железных дорогах России

Одним из основных технологических документов эксплуатационной работы железнодорожного транспорта, объединяющим и согласовывающим работу всех подразделений железнодорожного транспорта является график движения поездов. Он увязывает работу участков, станций, узлов, локомотивного парка, позволяет планировать поездную работу и обеспечивать безопасность движения.

Графиком движения поездов, как документом, определяющим организацию и технологическую основу работы всех подразделений железных дорог России, начали заниматься в начале XX века [142].

В 1854 году график движения поездов был введен на Петербурго-Московской железной дороге. В последующие годы наряду с ростом протяженности железных дорог и увеличением объема перевозок график движения приобретал все большее значение, причем инженерная мысль непрерывно направлялась на его совершенствование.

Уже в 70-80-х годах XIX столетия специалисты железнодорожного дела оценивают график не только как основу для организации четкого и более безопасного движения, но и как документ, позволяющий правильно планировать и распределять технические средства железных дорог.

В 90-х годах XIX века в графиках была введена система нумерации поездов, которая позволила более четко осуществлять их специализацию, дифференциацию скоростей движения и устанавливать старшинство поездов. В основном при-

менялась участковая система графика, однако на некоторых дорогах существовали расписания для отдельных сквозных поездов с их жесткой специализацией.

Отношение к графику грузовых поездов как к одному из возможных вариантов их следования по участку привело к практике отправления поездов с распорядительных станций по готовности с единственным условием не нарушать расписание срочных поездов.

На XV техническом совещательном съезде представителей службы движения железных дорог (1903 г.) инженер Б. Черский в докладе « О результатах применения на Юго-западных дорогах облегченных способов отправления поездов » характеризовал отправление поездов по готовности как положительную систему, позволяющую повышать коммерческую скорость движения поездов.

Из теоретических работ в области графика движения поездов, изданных до первой мировой войны, следует отметить труды В. Н. Щегловитова «Теория графика движения поездов в связи с вопросом о составах» (1909 г.) [141] и «Влияние пассажирских поездов на скорость хода товарных поездов и пропускную способность железных дорог» (1912 г.). Автор исследовал и сформулировал ряд важных закономерностей графика движения поездов. Он рассмотрел также влияние жесткой сетки пассажирских поездов на пропуск по участку грузовых поездов, сделав при этом вывод о том, что одна пара срочных поездов снимает с графика две пары грузовых.

В 1913 г. инженер Е. Пистелькорс в работе «К вопросу о влиянии пассажирских поездов на пропускную способность и участковую скорость товарных поездов» близко подошел к действительному положению, рекомендовав учитывать время съема сверх времени хода пары пассажирских поездов в размере половины периода графика на среднем перегоне с возможными ошибками в ту или иную сторону в размере четверти этого периода.

К наиболее значительным исследованиям в этой области следует отнести труды И. И. Васильева [26], в которых впервые сформулированы важные положения, вытекающие из свойств непараллельного графика.

Первая мировая война потребовала от железнодорожников больших усилий главным образом в разработке и проведении в жизнь организационных мер по повышению и лучшему использованию пропускной способности. На решение этих задач оказала влияние опубликованная в 1915 году работа инженеров В. Ещенко, Б. Воскресенского и В. Таранова-Белозерова «Уплотнение движения поездов», «Уплотнение работы поездов, паровозов и провозных способностей».

В названных работах высказывались предложения об «уплотнении» графика движения поездов путем проведения следующих мероприятий:

1) повышения весов и скоростей движения поездов на труднейших перегонах за счет применения подталкивающих локомотивов;

2) сокращения стоянок поездов на промежуточных и участковых станциях посредством параллельного производства операций по обработке поездов;

3) сокращения количества обгонов поездов в результате достижения большей параллельности графика при применении в грузовом движении кратной тяги;

4) организации ритмичной работы за счет четкого командования направлением вагонопотоков и увязки в работе участков и распорядительных станций.

Следует отметить, что в этих предложениях выражены некоторые из основных направлений, по которым в дальнейшем на протяжении многих лет шло развитие теории и практики составления графиков движения поездов на российских железных дорогах.

В научных работах этого периода основное внимание уделяется вопросам зависимости максимальной пропускной способности от принятой системы организации движения и, в частности, от типа графика.

В 1923 году на участке Москва - Александров Северной дороги была введена диспетчерская система регулирования движением поездов, которая в последующие годы получила широкое распространение на всех дорогах сети. График становится основным руководством диспетчера в организации плановой эксплуатационной работы участка.

В 1929 году профессор П. Я. Гордеенко выполнил сравнение различных типов параллельного графика по экономическим показателям. Автор, оценивая, с

одной стороны, повышение коммерческой скорости, а с другой, затраты на усиление технической вооруженности линии, дал м�