автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Оптимизация планирования пропуска поездопотоков по станциям

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Основные принципы организации поездной работы станций, используемые цри составлении графика тп движения поездов вручную и на ЭВМ.

1.2. Исследование методов, применяемых для планиро- 26 вания и регулирования поездной работы станций.

1.2 Л. Общая классификация.

1.2.2. Математические методы.

1.2.3. Эвристические методы.•

1.2*4. Современный зарубежный опыт автоматизации управления движением поездов на станциях*.

1.3. Цель исследования.

1.4. Выбор метода решения задачи.

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗМАЧИ ОГШШИЗАЩИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОПУСКА ПОЕЗДОШТОКОВ ПО СТАНЩШМ НА ЭВМ И ЕЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.

2.1. Цель и технологическая постановка задачи.

2.2. Формализация процедуры согласования расписаний движения поездов, выбор целевой функции.

2*3. Оценка и отбор вариантов управления поездной работой станций.

ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОПУСКА ПОЕЗДОШТОКОВ ПО СТАНЦИЯМ НА ЭВМ.V.

3.1. Общая классификация используемой информации.••

3.2. Состав и структура исходных данных о поездо-потоках, путевом развитии и технической оснащенности станций. 3.3. Порядок цроверки достоверности исходной информации.

3.4. Состав и структура текущей информации об оперативной обстановке на станции.

3.5. Состав и структура выходной информации о согласовании поездопотоков на станциях.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

НА ЭВМ. 4.1. Функциональные возможности алгоритмов.

4.2« Математическое обеспечение задачи.

4.2«I* Преобразование исходной информации. ЮЗ

4.2.2. Согласование расписаний движения поездов по станциям в увязке с графиком движения на прилегающих участках.

4.2.3. Обеспечение суточного замыкания графика дви- . жения поездов по станциям. ^

4.2.4. Получение итоговых расписаний движения поез- •

ДОВ . ^3/

4.2.5. Краткая характеристика программы расчета.

4.3. Способы ускорения вычислительного цроцесса.

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РАСЧЕТОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОПУСКА

ПОЕЗДОПОТОКОВ ПО СТАНЩЯМ НА ЭВМ.

5.1. Анализ влияния размеров движения на линиях примыкания и технических характеристик станций на время расчета и объем памяти ЗВМ.

5.2. Проверка программы на примере условной станции.

5.3. Примеры согласования расписаний движения поездов по эксплуатируемым станциям.

5.4. Развитие методики для црименения в оперативном планировании приема, отправления и пропуска поездов по станциям.¿

5.5. Расчет технико-экономической эффективности разработки.-1

Современный этап развития социалистического общества характеризуется динамичным развитием всех отраслей народного хозяйства, вовлечением в хозяйственный оборот страны ресурсов восточных районов, усилением кооперирования и специализации производства. Соответственно развитию экономики страны возрастает объем перевозок, что приводит к повышению роли железнодорожного транспорта.

Одиннадцатая пятилетка для железных дорог - период крупномасштабного строительства и ускоренного технического прогресса. Перед железнодорожным транспортом поставлена ответственная задача обеспечения полного и своевременного удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения в перевозках. Решениями ХХУ1 съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1981-1985 г.г. предусмотрено увеличение грузооборота на 14%, а пассажирооборота на 9% [I] , то есть темпы прироста перевозочной работы по сравнению с десятой пятилеткой почти удвоены. Это вызывает существенное повышение интенсивности работы железнодорожного транспорта . В решениях съезда определены пути усиления технической оснащенности железных дорог, увеличения пропускной и перерабатывающей способности станций и узлов, поставлены большие задачи по дальнейшему эффективному использованию имеющихся транспортных средств. Первостепенная роль в этом процессе принадлежит дальнейшему совершенствованию форм и методов управления эксплуатационной работой, наряду с осуществлением комплекса мер по технической вооруженности стальных магистралей. В условиях наивысшей в мире грузонапряженности важность правильной организации перевозочного конвейера особенно велика. Так, ошибочное или несвоевременное решение приводит к ухудшению использования технических средств, недоиспользованию пропускной и перерабатывающей способности. ХХУ1 съезд, определяя основное направление повышения эффективности работы железнодорожного транспорта, указал на дальнейшую необходимость расширения внедрения автоматизированных систем управления перевозками и технологическими процессами.

Решению проблем организации работы железнодорожного транспорта всегда уделялось особое внимание. Исследования в данном направлении проводятся в ряде научно-исследовательских институтов и транспортных вузов страны: ВНИИЖТ, Институт Комплексных транспортных проблем, институт кибернетики АН УССР, институт кибернетики с ВЦ АНУзг ССР, МИИТ, БелИИЖТ, ЛИИЖТ и др. Вопросы эксплуатации рассматривались в трудах асадемика В.Н.Образцова, докторов технических наук В.М,Акулиничева, Н.А.Воробьева, В.А. Буянова, Ф.П.Кочнева, А.П.Петрова, Е.А.Сотникова, И.Б.Сотникова, Е.М.Тишкина, Л.П.Тулупова и др. Разработка и внедрение комплексной автоматизированной системы уцравления железнодорожным транспортом [2] открывает широкие возможности использования количественных методов оптимизации в процессах планирования и управления.

Важнейшим звеном перевозочного процесса являются железнодорожные станции. Особенно важную роль в ритмичной работе транспорта играют участковые, сортировочные и пассажирские станции, к которым подводятся поездопотоки нескольких направлений. Качество работы станций определяется обеспечением бесцрепятствен-ного приема поездов и вывода сформированных составов. В научных работах [3,4,5,6,7, при решении вопросов развития и эксплуатационной работы станций и узлов преследовались следующие основные цели: I) моделирование производственных процессов в задачах развития, проектирования, эксплуатации станций и узлов ; 2) создание автоматизированных систем управления движением поездов на станциях и участках железных дорог; 3) составление графика движения поездов и связанные с ним расчеты по определению пропускной способности и путевого развития станций.

График движения поездов является основой научного управления перевозочным процессом, так как движение поездов по графику обеспечивает необходимую согласованность в работе всех транспортных подразделений. График движения поездов-основной документ для планирования измерителей поездной работы. От качества используемых графиков движения поездов в значительной мере зависит эффективность перевозочного процесса. Этим объясняется все возрастающая роль, придаваемая в эксплуатационной науке теории и практике составления графика движения поездов. В условиях создания комплексной АСУЖТ, принимающей на себя технологические функции управления перевозочным процессом на всех уровнях, от станций и участков до сети железных дорог в целом, возможно составление графиков движения на ЭВМ для сложившихся эксплуатационных условий и практическое применение полученных расписаний в оперативном режиме [б] . Широкое внедрение вычислительной техники на железнодорожном транспорте позволяет совершенствовать методы машинного составления графиков движения и повышать эффективность их использования: сокращается период разработки графика по сравнению с ручной прокладкой расписаний и создается возможность оперативной (в режиме реального времени) корректировки графика при каждом отклонении. Автоматизация разработки графика движения поездов-исключительно сложная проблема, т.к. она включает решение комплекса задач, определяющих технологию всего перевозочного процесса. Решением задач автоматизированной разработки графиков движения занимаются многие исследователи как в нашей стране, так и за рубежом с конца 50-х годов. Значительные работы в этой области проделаны советскими учеными. К настоящему времени разработаны алгоритмы и программы составления графиков движения для одно - и двухпутных неразвет-вленных участков железных дорог. Поскольку график движения является технологическим и нормативным документом планирования и организации поездной работы на железнодорожном транспорте, он способен выполнять свои функции только тогда, когда в нем линии хода поездов смежных участков согласованы между собой. Следовательно, одним из важных вопросов проблемы автоматизированной разработки графиков движения поездов является согласование расписаний поездов разных направлений в узлах железных дорог как непременное требование слаженной работы транспорта. Эта чрезвычайно сложная задача пока не рассматривалась. В настоящее время как показал анализ графиков движения поездов, на многих узловых технических станциях (Свердловск, Рыбное, Вязьма и др.) поездо-потоки разных направлений не согласованы. На каждом подходе обеспечены размеры движения средних суток месяца максимальных перевозок, а "увязка" их по станции отсутствует. Согласование расписаний по некоторым крупным станциям выполняется вручную инженерами-графистами и занимает много времени (до нескольких дней). В решении находят отражение лишь отдельные возможные варианты, подсказанные квалификацией и опытом работы графиста. Тем самым, традиционные методы расчета создают препятствие для оперативного составления единых графиков движения , корректируемых в связи с изменением размеров грузового и пассажирского движения. На помощь людям должны придти ЭВМ, освободив их от выполнения рутинных операций, оставив за ними возможность принятия окончательного решения по близким к оптимальным конкурентоспособным вариантам.

Массовые расчеты с автоматическим вычерчиванием графиков движения на ЭВМ проводятся в Главном вычислительном центре (ГВЦ)

МПС.Постановку задачи машинной прокладки поездов на графике необходимо поднять на новый,качественно более высокий уровень -составление графика движения поездов различных категорий с развязкой их по станциям, в особенности узловым, обеспечивающее наряду с учётом всех необходимых технологических условий прокладки поездов на станции более высокие показатели графика по сравнению с результатами достигнутыми при его ручной разработке.Решение этой проблемы позволит приступить к построению на ЭВМ графиков движения поездов на сети железных дорог и существенно повысит эффективность использования машинных графиков за счёт сокращения непроизводительных затрат при пропуске поездов по станциям и перегонам« Приказом Министра путей сообщения $ ЗОЦ среди первостепенных задач по внедрению АСУЖТ отмечена необходимость завершения перехода на централизованную разработку графина движения поездов с использованием ЭВМ третьего поколения»- Составной частью НИР и ОКР «выполняемых в соответствии с вышеназванным приказом, является данная диссертационная работа, посвященная исследованию и оптимизации работы участковых и пассажирских станций (в частности, узловых) по приему, отправлению и пропуску поездов различных категорий во взаимодействии с прилегающими участками при составлении графика движения на ЭВМ*

Методика данного исследования определяется целью его проведения и базируется на: изучении отечественного и зарубежного опыта и теоретических разработок в области совершенствования организации эксплуатационной работы на базе графика движения поездов,анализе имеющихся алгоритмов принятия решений по управлению движением на станциях,методах ряда современных наук управления, таких как системный анализ,исследование операций, теория моделирования и оптимизации*

На защиту выносятся следующие основные самостоятельно полученные научные результаты:

- Формализованное описание процессов функционирования станции по приему, отправлению и пропуску поездов (математическая модель).

- Методика решения задачи согласования расписаний движения поездов различных категорий на станциях, пригодная для организации поездной работы при любых схеме, путевом развитии и размерах движения.

- Решение вопросов информационного обеспечения.

- Алгоритмы и реализующая их экспериментальная программа, позволяющая согласовать размеры движения на нескольких примыкающих к узловой станции линиях (как двухпутных, так и однопутных) с выбором очередности, времени и маршрутов приема (отправления) поездов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты :

1. Проведён критический анализ состояния вопроса планирования пропуска поездопотоков по станциям и обоснован выбор метода решения задачи«сочетающий процедуру последовательной оптимизации вариантов с эвристическими приёмами планирования движения поездов инженерами-графистами.

2. Разработано математическое описание процедуры нормативного планирования работы станции по приёму,отправлению и пропуску поездов в виде условной экстремальной задачи«позволяющее переложить функции инженера-графиста на ЭВМ.

Структурными элементами математического описания являются: параметры,уравнение управляемые переменные процесса планирования поездной работы,совокупность технологических и общесистемных ограничений,целевая функция качества принимаемых решений,позволяющая целенаправленно корректировать расписания движения поездов по станциям в увязке с графиком движения поездов на прилегающих участках.

Предложена аддитивная целевая функция минимизации затрат от задержек и отмен поездов различных категорий по техническим причинам, которая даёт оценку качества планирования поездной работы станции в денежном выражении.

3. Решены вопросы информационного обеспечения планирования пропуска поездопотоков по станциям с помощью ЭВМ.

Дана классификация используемой входной информации как постоянной, описывающей техническую оснащённость,специализацию и путевое развитие станций,так и переменной,характеризующей обслуживаемый поездопоток,что позволяет унифицировать представление исходных данных в макетах сообщений.

Организованы структуры промежуточных массивов,в которых учтена частота использования отдельных-информационных полей,что даёт возможность сократить время поиска и доступа к ним»

Предусмотрен форматный и логический контроль исходной информации »текущее отслеживание этапности вычислений,что обеспечивает достоверность результатов.

4. Разработаны методика и алгоритмы преобразования исходной и переработки промежуточной информации,согласования расписаний движения поездов по станциям с обеспечением суточного замыкания, использование которых позволяет полнее учесть взаимодействие станций с участками,сократить задержки поездов по неприёму,повысить участковую скорость,улучшить использование станционных технических средств,а следовательно,пропускной способности станций.

В алгоритме реализован отбор вариантов управления путём пошагового отсеивания бесперспективных и принятия оптимальных,что позволяет снизить потребляемые ресурсы ЭВМ.При отборе вариантов учитываются враждебности маршрутов и проводится "разводка" поездов по условиям посадки и высадки пассажиров,что обеспечивает безопасность эксплуатации транспортных средств.

5. Разработана и отлажена программа расчёта на ЭВМ на принципах универсальности,открытости и модульности,что открывает перспективы использования предложенной методики при составлении графика движения поездов на разветвлённых полигонах.

6. Разработанная программа может быть использована для:

- анализа условий работы станций при различных вариантах технического оснащения линий примыкания,мощности и состава поездопото

КОБ,

- определения уровня загрузки различных технических элементов и их влияния на показатели работы станций.

Ввиду открытой структуры программа допускает дальнейшее развитие и усовершенствование.

7* Выполнены расчёты по согласованию расписаний движения для станций Льгов-1 и Пушкино (Московской я,д.) с различными схемами подвода поездов,подтвердившие адекватность модели реальным условиям и правильность разработанных в диссертации методических положений* 8« Основные положения работы вошли в отчёт по теме 252-БТ-82 р.2а НИР МПС 11 Разработка программы автоматизированного составления графиков движения поездов на направлениях с учётом согласования их пропуска по участковым и сортировочным станциям " и рекомендованы к использованию в системе централизованных расчётов графиков движения поездов в ГВЦ МПС.

9« Расчётный годовой экономический эффект в среднем на одну станцию составил 189 тыс, рублей.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС, Политиздат, 1981.

2. Комплексная автоматизированная система управления железнодорожным транспортом. Под ред. А.П.Петрова. М., "Транспорт", 1977, 600 с.

3. Каретников А.Д., Воробьев H.A., Тишкин Е.М., График движения поездов. М., "Транспорт", 1979, 302 с.

4. Сотников И.Б. Взаимодействие станций и участков железных дорог (исследование операций на станциях) М., "Транспорт", 1976, 272 с.

5. Сотников Е.А. Интенсификация работы сортировочных станций.

6. М., "Транспорт", 1979, 240с.

7. Тишкин Е.М. Автоматизация разработки графика движения поездов. (Труды ВНИИ железнодорожного транспорта, вып.517), М., Транспорт, 1974, 136 с.7; Таль К.К. Руководство по расчету станций методы моделирования на БЭСМ-4, М., 1975, 180с.

8. Экспресс-информация "Организация перевозок . Автоматизированнные системы управления транспортом, 1982, № 25, реф.189.

9. В.Мейер-Зольфриан, А.Пробст. Моделирование работы железнодорожных устройств. Железные дороги мира , 1972, № 3, 45-50с.

10. Бернардо дел Рио Салседа. Представление схем путевого развития в памяти ЭВМ, "Вестник ВНИИЖТа", 1982, № I, 46-48 с.

11. Числов H.H. Поиск маршрутов маневровых передвижений с применением ЭВМ, вып.152, Ростов на Дону, 35-43 с.

12. Отчет-по научно-исследовательской работе: "Разработка требований к структуре системы обработки данных АСУТЛ станции по обеспечению достоверности и своевременности получения выходной информации", Рук.темы Дружинин Г.В., М., МИИТ, 1979, тема № 47-11/79.

13. Савченко И.Е. Устройства для пассажирского движения на железнодорожном транспорте, М., "Транспорт", 1979, 271 с.

14. Лещинский Е. Имитационное моделирование на железнодорожном транспорте, М., Транспорт, 1977, 175 с.

15. Сотников И.Б., Осипов А.П. Исследование результативной пропускной способности станции и участка , Тр. МИИТ, вып.645, 1979, с.136-153.

16. Самарина H.A. Применение ЭВМ для разработки графиков движения на направлениях, вып.497, Тр. МИИТ, с.124-126.

17. Цоэл И. Составление на ЭЦВМ графика движения грузовых поездовдля двухпутного направления. "Бюллетень СЩД", 1967, $ 3.

18. В.Бауэр. Возможности рационального и эффективного планирования пассажирских перевозок при использовании машинной обработки данных. "Железные дороги мира", 1975/ № 6, с.32-43.

19. К.Д. Плиц и др. Расчеты на ЭВМ по составлению графика движения поездов, "Железные дороги мира", 1979, № б, с.65-69.

20. Красовская И.А. К вопросу взаимодействия станций с цримыкаю-щими участками при составлении графика движения поездов, деп. в ЦНИИТЭИ, if» 2III, 1983 , 9 с.

21. Конвей Р.В., Максвелл B.JI., Миллер JI.B. Теория расписаний, М., "Наука", 1975, 360 с.

22. Б. Дел Рио, Костенко O.A. Автоматизация цроцессов управления на сортировочных станциях, "Вестник ВНИИЖТ", 1962, № 4, с. 5862.

23. Б.Дел Рио, Фролов В.Я. Информационно-планирующая система железнодорожных узлов, М., "Транспорт" , 1972, 206 с.

24. Костенко O.A., Пархоменко Н.В. Алгоритм комбинаторного анализа структурной организации вариантов оптимизации планирования поездообразрвания, "Вестник ВНИИЖТ", 1974, № 3.

25. Пархоменко Н.В. Случайный поиск и эвристическое программирование в планировании работы сортировочной станции. "Вестник ВНИИЖТ", 1967, № 8, с.51-54.

26. Шабалин H.H. Применение теории массового обслуживания для расчетов устройств станций, М., МИИТ, 1968, 87 с.

27. Методические указания по определению экономической эффективности новой техни^си, изобретений и рационализаторских предложений на железнодорожном транспорте, М., Транспорт, 1980,143с.

28. Архангельский Е.В. Уровни загрузки и потребная мощность устройств сортировочных станций, Тр.ВНИИЖТ, вып.544, М., "Транспорт", 1975, 128 с.

29. Персианов В.A., Скалов К.Ю., Усков H.С. "Моделирование транспортных систем" М., "Транспорт", 1972, 208 с.

30. Heinz Hentscße. Simulation des, ßetxi^üaiiaufs tn einem Kfentn ¿isehßafniKnot^n, ¿istnfafinpioxis8/im> s. 273-27.Г

31. Х.Кениг и др. Моделирование эксплуатационной работы в узлах и на небольших тупиковых станциях, "Железные дороги мира". 1971, № 12,с. 46-53.

32. Дж;Эннис,Г;Д JBpyK Вычислительная система, работающая в реальном масштабе времени,для управления движением поездов на станции Глазго Центральная, Железные дороги мира", 1975,Мб,с. 53-60;'

33. Р. Mícfief anJ otfieis. Fùidifïcatîon р*г cndincdmx tiafic (¿от? n^VLci fexxoviailz. 'Automatisme*, ЩО,мсшу p гоъ.42; Genova sicjnaíát^ centre. features settingconpub^/R&itvasj G-az.Int. 19?ЭЛ v. m^/V-y^ 321,43; Lùdexitz franset. RectîMfyQbtûtztç

34. Awtomabsiexung d&s EistnSainvexKeRxü fei den Itaùçms&en ¿¡senêafinen (E S) im Knohn-punlt-b Genua, " Stynai und Dvxit. тэ, 7/, /V- it, s. г H

35. Воробьев H.A.,Красовская И.А. Выбор метода решения задачи согласования расписаний движения поездов на станциях. "Вестник ВНИИЖТ", 1983, № 4, с.4-7.

36. Вентцель Е.С. Исследование операций. М., "Сов.радио", 1972, 552 с.

37. Красовская И.А., Феоктистов Л.В. Методика согласования расписаний транспортных единиц в узле, сб. "Автоматизация цро-цессов взаимодействия транспортных систем", Владивосток, 1983.

38. Красовская И.А., Феоктистов Л.В. Согласование расписаний движения поездов различных категорий на узловой железнодорожной станции, деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 1782, 1982, 9 .с.

39. Красовская И.А. Информационное обеспечение задачи согласования расписаний поездов на станции, деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС,2110, 1983 , 10 с.

40. Завьялов Б.А. и др. Участковый автодиспетчер, М., Транспорт, 1967.

41. Микро-ЭВМ, под ред.А.Дирксена, М., Энергоиздат, 1982, 328 с.

42. Э.Йодан. Структурное цроектирование и конструирование программ. М., "Мир", 1979, 416 с.

43. Дрейфус М., Гангдоф К, Практика программирования на фортране, M., 1978, 224 с.