автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка и применение алгоритмических и программных средств автоматизации составления графиков движения поездов для однопутных линий

ВВЕДЕНИЕ • • •

Глава I. COBPFMRHHOE СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ

ИССЛЕДОВАНИЯ

I.I. Теория ж практика составления графиков движения поездов на отечественных железных дорогах

1.2* Анализ работ so автоматизации составления графиков движения поездов на однопутных линият железных дорог СССР •••••••••••••••

1.3. Анализ работ по автоматизации составления графиков движения поездов на однопутных линият зарубежных железных дорог . • •• • ••••••

1.4. Цель исследования.

В н в о д н • • . • • • • • • . . • • • •

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОСТАВЛЕНИЯ ГРАФИКОВ

ДНИШШ ПОЕЗДОВ НА ОДНОПУТНЫХ. ЛИНИЯХ . • . . •

2.1. Основы методического подхода •

2*2« Постановка задачи распределения резервов проследования пассажирских поездов . • • • • •

2*3. Постановка задачи составления хр

§иков движения поездов на однопутном участке • • • • • •••••

2*4* Постановка задачи согласования движения поездов на снежных участках • •••••••.

Выводы.

Глава 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАЧИ СОСТАВЛЕНИЯ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ОДНОПУТНЫХ ЖЕДЕЗН0Д0Р02НЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ

3«1* Разработка алгоритма распределения резервов проследования пассажирских поездов между участками направления ••••••••«••••

3.2* Разработка алгоритма составления графиков движения поездов на однопутном учаотке . • . . 5Х

3.2.1. Составление параллельного графика на однопутном участке.

3.2.2. Определение набора "специализированных ниток" для прокладки пассажирских поездов • • . . •

3.2.3. Согласование входных точек пассажирских поездов со специалиэщювашшми нитками параллельного графика • ••••••••••

3.2.4. Корректировка расписаний пассажирских поездов •

3.2.5* Корректщювка базисного параллельного графика методом "стандартных схем" •••••••••

3.2.6. Расчет расписаний сборных поездов ••••••

3.2.7. Окончательная корректировка расписаний грузовых поездов методом "пониточной прокладки"

3.2.8. Расчет показателей 1рафика . до

3.3. Разработка алгоритма согласование движения поездов на смежных участках •••••••••••

3.4. Разработка програмгаого обеспечения задачи авто-матизщ)ованного составления графиков движения поездов.

3.4.1* Организация программного комплекса.

3.4.2. Опытная проверка работоспособности программного комплекса

3.4.3. Исследование характеристик программного комплекса.

3.5. Разработка алгоритма диалоговой корректировки графиков движения поездов ••••••••••• ill

В н в о д ы.

Глава 4. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА дая ОЦЕНКИ ПРЗДЕШЫХ РАЗМЕРОВ ГРУЗОВОГО ДВИЖЕНИЯ НА ОД НОПУТНЫХ УЧАСТКАХ

4*1 • Метод цроведения опытной проверки. . пэ

4,2. Подготовка исходное информации для проведения сравнительных раочетов • ••••.•••••• иэ

4.3» Алгоритм оценки результатов эксперимента • •

4.4* Проведение эксперимента • •••••.

Выводы. . •

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НШРНОСТИ И УСТОЙЧИВОГО ПРОПУСКА. СОЕД ИНЕННЫХ И ДЙШНОСОСТАВНЫХ ПОЕЗДОВ НА УРОВЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ОДНОПУТНЫХ УЧАСТКОВ б Л» Исследование влияния непарности на пропускную способность однопутных участков. •

5.2» Исследование влияния устойчивого пропуска соединенных и длинносоставных поездов на предельные размеры движения на однопутных лпиииЯТ «••.«.•<

Выводы.

Глава 6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ СОСТАВЛЕНИЯ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ОДНОПУТНЫХ ЯШШ0Д0Р01НЫХ ЛИНИЯХ

Выводы*** • • • • • • . • • • • • • •

На Ш1 съезде КПСС и ноябрьском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС (I) было указано на необходимость коренного улучшения работы железнодорожного транспорта, Увеличение объема перевозимых грузов и повышение качества обслуживания пассажщюв осуществляется путем совершенствования организации перевозочного процесса, усиления плановой дисциплины во всех звеньях, роста производительности труда и снижения себестоимости перевозок. Решение поставленных задач должно прежде всего основываться на безусловном выполнении основных нормативных документов, регламентирующих работу железнодорожного транспорта: графика движения и плана формирования поездов. График движения поездов позволяет планировать поездную работу участков, обеспечивает технологическую увязку их работы с работой станций, узлов, локомотивного парка. Повышение роли графика в современных условиях предъявляет более высокие требования к качеству его разработки. Одним из направлений совершенствования разработки графика является применение математических методов и ЭШ.

В настоящее время составлением графика движения поездов занимается значительный штат специалистов высокой квалификации (инженер ы-графисты), на разработку каждого графика затрачивается несколько месяцев. С усилением технической оснащенности участков возрастают размеры движения, а, следовательно, повышается и вариантность задачи. В таких условиях далеко не всегда удается обеспечить высокие показатели нормативного графика, осуществить полный и объективный контроль их качества.

В связи с этим Министерство путей сообщения поставило перед специалистами отрасли задачу перехода к автоматизированной разработке этого нормативного документа. Если для двухпутных линий эта задача была успешно решена целым рядом исследователей, то для однопутных ни одна из цроведенных ранее разработок не получила црактического црименения.

В первой, второй и третьей главах диссертации проведен анализ сложившегося положения в этой области, предложен новый методический подход, разработаны алгоритмы и комплекс программ, который в настоящее время эксплуатируется в ВЦ Юго-Западной дороги.

Наряду с проблемой автоматизации составления графика движения поездов должна решаться цроблема корректировки уже разработанного графика на участках для более полного учета снецифики их работы, а также обеспечения согласованного подвода поездов к участковым станциям. Наиболее рациональным направлением решения этой проблемы является разработка и внедрение человеко-машинных процедур для осуществления корректировки в режиме диалога. Этот вопрос также нашел отражение в третьей главе диссертационной работы.

График движения поездов фактически представляет собой имитационную модель работы участков и направлений в целом. Автоматизация разработки этой модели позволяет исследовать характеристики процесса движения, что особенно важно для оценки эффективности организационных или технических мероприятий в целом или применительно к конкретным участкам сети. Проведению таких исследований посвящены четвертая и пятая главы диссертации. В шестой главе цроведен расчет экономической эффективности автоматизации составления графиков движения поездов на однопутных железнодорожных линиях.

Каждая глава заканчивается краткими выводами.

Выводы

Произведен расчет экономическое эффективности внедрения графика на трузонапряженном однопутном участке Ершов-Озинки Приволжской ж.д. Экономический эффект достигнут за счет увеличения участковой скорости в графике на 1%. Показано, что расчетный коэффициент эффективности Ер =1,3 превышает нормативный, уста* новленный на железнодорожном транспорте для задач, решаемых с использованием вычислительной те:

Сводная ведомость результатов расчета экономической эффективности внедрения задачи автоиатизщюванного составления графика движения поездов на участке Ершов-Озинки

Приволжской ж»д. i j Наименование показателей пп }

Ецин. j Величина |Измер.| показателя

1. Годовая экономия текупдгс расходов тыс.руб. в сфере эксплуатации {ZCL )

2. То же, без учета экономии расходов связанных с сокращением вагоно-часов

3. Изменение годовых текущих затрат, омз^нных с обработкой информации

4. Црибыль от дополнительных перевозок грузов в результате высвобождения 1рузовнх вагонов (экономия вагоно-часов а П )

5. Экономия капитальных вложений в сфере эксплуатации (ZA7)

6. Капитальные вложения, связанные с внедрением задачи ( К* )

7. То же, без учета предцроизводст-венных затрат ( КЦ )

8. Годовая экономия, получаемая вне транспорта ( ЭНх )

9. Годовой экономический эффект ( Э ) пА

10. Годовой прирост прибыли ( П )

11. Расчетный коэффициент эффективности ( Ер )

12. Срок окупаемости ( Т )

13. Натуральные показатели

Высвобождение вагонного парка

Дополнительные погрузочные ресурсы годы физ-ваг.

70,3

48.0

0,35 196,8

575,8 206,8

26, г

44,9 182,3 268,45

1,3 0,77

27.1 4,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика автоматизированного построения графиков движения поездов на однопутных линиях.

Основные положения методики;

- совместная прокладка поездов всех категорий;

- разработка графиков на направлении в целом, а не на каждом участке в отдельности;

- использование в качестве основы цри разработке графиков "базисного решения" - параллельного графика, составленного на максимальные или заданные размеры движения.

2. Ввделены и решены три взаимосвязанные задачи, позволяющие реализовать разработанную методику:

- распределение резервов проследования пассажирских поездов между участками направления;

- совместная прокладка поездов всех категорий на однопутном участке;

- согласование работы участков.

3. Для решения указанных задач:

- разработан итерационный алгоритм последовательного приближения к экстремуму, принципиальной особенностью которого является то, что величины резервов пассажирских поездов на каждом участке ставятся в прямую завивимость от цропускной способности участков;

••*- определена этапность составления графика на однопутном участке и разработаны алгоритмы принятия решений на каждом этапе;

- создан алгоритм согласования работы снежных участков, инвариантный н моменту начала согласования*

4* Осуществлена программная реализация разработанных алгоритмов на языке ШИ с использованием возможности организации оверлейных структур* Это обеспечило соблюдение принципа модульности построения программного комплекса, позволило значительно ускорить процесс отладки и сократить объем необходимой оперативной памяти.

5* Проведены опытные расчеты, показавшие возможность повышения участковой скорости цри заданных размерах грузового движения в среднем на Ь%. Время расчета графика на каждом участке для ЭЕМ ЕС 1045 не превышает 30 минут, что позволяет ускорить процесс составления графика ж уменьшить затраты ручного труда инженеров-графистов.

6. В работе впервые реализована корректировка графика движения поездов в режиме человеко-машинного диалога, обеспечивающем автоматическую прокладку нитки грузового поезда на заданной оператором группе перегонов.

7. Проведен эксперимент, подтвердивший возможность достижения в графике, составленном с помощью ЭШ на основе разработанной в исследовании методики, размеров грузового движения, близких к предельным размерам.

8. Разработана диалоговая цроцедура перехода от парного к непарному графику, позволившая построить зависимость общих размеров грузового движения от значения коэффициента непарности* Показана возможность использования непарного движения в качестве регулировочного мероприятия для интенсификации пропуска поездопотока на однопутных линиях*

9* Проведено исследование влияния устойчивого вождения длинносоставных и соединенных поездов на цредельные размеры грузового движения при непараллельном графике. Определена зависимость оптимальной доли поездов повышенной длины в общем поездопотоке от путевого развития промежуточных станций и размеров пассажирского движения.

10. Основные положения диссертационной работы нашли практическое применение на ряде железных дорог сети. Программный комплекс принят в эксплуатацию в ВЦ Юго-Западной ж.д. Годовой экономический эффект от внедрения графика на участке Ершов-Озин-ки Приволжской ж.д. за счет повышения участковой скорости на 1% составил 182,3 тыс.рублей.

1. Решения ноябрьского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС. Москва, Изда-тельство политической литературы, 1982 г.

2. Е.В.Ададурова, Ю.С.Хавдкаров. Согласование графиков движенияпоездов на смежных группах перегонов цри помощи электронной цифровой машины. "Вестник ВНИИХГ", 1961, Л 7.

3. Архангельский Е.В., Воробьев Н.А., Дроздов Н.А., Мирошниченко

4. Р.И., Сегал Л.Г. Расчет пропускной способности железных дорог. М., Транспорт, 1977.

5. Дугустон М.И., Балодис Р.П. Программирование на ПЛ/I ОС ЕС,1. М., Статистика, 1979.

6. Баранов A.M., Козлов В.Е., Чернюгов А.Д. Рациональная загрузкажелезнодородных линий. Труды ВНИШГГ, вып. 361, М., Транспорт, 1968.

7. Барткус А. Г. Решение задачи оптимального регулирования движенияпоездов методами линейного программирования. Труды ЛИИЖГ, вып. 233, 1964.

8. Барткус А.Г. Приближенное решение некоторых комбинаторных задачлинейного программирования методом дихотомии. Дурнал вычислительной математики и математической физики. М., Наука, 1964, № 4.

9. Завьялов Б* А*, Эйлер А. А. Автоматизация процесса работы диспетчеров* "Хелезнодорожный транспорт", 1961, № 4*

10. Инструкция по расчету налхчной пропускной способности железных дорог. М., Транспорт, I98I.

11. Каретников А.Д., Воробьев Н.А. График движения поездов. М.,1. Транспорт, 1979.

12. Кнут Д. Искусство программирования для ЭШ. Основные алгоритмы. М., Мир, 1976.

13. Коваленко И.И., Филиппова А.А. Теория вероятностей и математическая статистика. М., Высшая школа, 1973.

14. Козлов В.Е. Цропускная способность железнодорожных линий инадежность технических устройств. "Вестник ВЕШИХГ", 1979, Л 4.

15. Козлов И*Т*, Тихонов Г*Н* Автоматизация составления однопутных графиков движения поездов. "Железнодорожный транспорт", 1972, Л 5.

16. Козлов И.Т., Тихонов Г.Н. Составление однопутных непараллельных графиков движения поездов на ЭШ* "Вестник ВНИИЖГ", 1971, № 7.

17. Колоний П*Г., Джалилов Д.Ю. Методологические цринципы построения однопутных непараллельных графиков движения поездов.

18. Никифоров Б. Д. Вопросы разработки комплексной автоматизщ>о-ванной системы уцравления движением поездов. "Вестник БНИШТ", 1979, Л 5.

19. Павловский И.Г., Перминов А.С., Чернюгов А.Д. Организациядвижения соединенных поездов. М., Транспорт, I98I.

20. Паристый И.Л., Черепашенец Р.Г* Вождение поездов повышенноговеса и длины (Шдзаг. Опыт Московской железной дороги). М., Транспорт, 1983.

21. Перцов Л.М., Мосолова О .И. Автоматическое вычерчиваниеграфиков движения поездов, рассчитанных на ЭШ. "Вестник БНИШТ", 1979, № 6.

22. Петров А. П. Применение электронных вычислительных машин нажелезнодорожном транспорте. "Вестник ВНИИЖТ", 1959, Л 4.

23. Радд Д.Э., Сторри Э.Дж. Программа моделирования однопутнойлинии. Доклад Института развития систем ГШ, SDI-0057.

24. Б.дел Рио. Построение оптимального однопутного непараллельногографика на ЭЦ БМ. Часть I. Метод. Серия "Кибернетика на транспорте", К., Изд. Киевского дома научно-технической пропаганды, 1962.

25. Б.дел Рио. Построение оптимального графика движения поездовна ЭДЕМ. Часть 2. Алгоритмы. Серия "Кибернетика на транспорте". К., Изд. Киевского дома научно-технической пропаганды.

26. Сокович В.А. Исследование резервов провозной способности. М., Транспжелдориздат, 1950.

27. Суворов В.К. Составление однопутного непараллельного графикадвижения поездов с помощью ЭВМ. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1966.

28. Суворов В. К. Составление однопутного непараллельного трафикадвижения поездов. "Вестник ВВШШТ", 1966, Л 3.

29. Валь К.К., Крейдина Т.М., Нечаева Е.М. руководство по расчетустанций методом моделирования на БЭСМ-4. М., ЦНИИС, Глав-транопроект, Мосгицротранс, 1975.

30. Тишкин Е.М. Автоматизация разработки графика движения поездов. Труды ВНИИЖГ, вып. 517. М., Транспорт, 1974.

31. Томас Л.А. ЭШ для расчета смещений и обгонов поездов нажелезной дороге Сент-Луис-Сан-Франциско. "Железные дороги мира", 1974, 1 8.

32. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер Г. Машинные методы матемагтических вычислений. М., Мир, 1980.

33. Хьюз Дж., Мичтом Дж. Структурный подход к программированию.1. М., Мир, 1980.

34. Цетлин M.I. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем. М., Наука, 1969.

35. Чернявский А.Л. Эвристическая программа для составления графика движения поездов. "Автоматика и телемеханика". М., Наука, 1971. й I.

36. Щеглобитов В.Н. Теория графика движения поездов в связи свопросом о составах. Варшава, 1904.1. ПРИЛОЖЕН

37. Инструкции по подготовке информации и эксплуатации1. И Е I исходноепрограммного комплекоа1. ИНСТРУКЦИЯпо подготовке исходной информации для автоматизированного составления графиков движения поездов на однопутных железнодорожных направлениях

38. Информация для составления графиков движения поездов задается по 6 макетам. Дополнительно вводится рад параметров и управляющих признаков, не объединенных в макеты.

39. Направление движения "сверху вниз" называется в дальнейшем нечетным, "снизу вверх" четным. Макеты (формы) ввода информации прилагаются к инструкции.

40. Рассматриваемые категории: скорые, дальние пассаж1фские, местные пассажирские (в т.ч. пригородные).1. Количество строк I.3. Управляющие переменные.

41. Коэффициент пакетности в исходном параллельном графике -0 или I (I знак), колонка I.

42. Режим црокладки грузовых поездов цри фиксированных пассажирских 0, совместная прокладка - I (I знак), колонка 2.

43. Цри исходном непакетном графике: разрешение на отправление поездов в пакете с участковой станции I, запрет - 0 (I знак), колонка 3.

44. Признак включения отладочной печати, колонка 4

45. Режим црокладки грузовых поездов цри фиксированных сборных -- 0, совместная прокладка I, колонка 5.

46. В дальнейшем количество управляющих переменных может быть увеличено до 9.1. Количество строк I.

47. Форма 2. Цутевое развитие станций:- количество приемо-отправочных путей на раздельных пунктах участка, включая участковые станции (2 знака на каждый раздельный пункт), колонки I 2 х А/, где N количество раздельных пунктов на участке.

48. В число цриемо-отрравочных путей включается главный путь.

49. Ввод осуществляется по раздельным пунктам участка "сверху вниз".1. Количество строк I.

50. В колонках 9-16 заносятся интервалы безопасности по четной горловине станции.

51. Ввод по раздельным пунктам "сверху вниз".- iai 1. Количество строк N .

52. Признак направления движения нечетных поездов (I знак), колонка I.0 нечетные поезда црокладываются "снизу вверх".1 нечетные поезда прокладываются "сверху вниз".1. Количество сорок I.

53. Номер перегона считается равным номеру раздельного пункта, находящегося в начале данного перегона в направлении движения нечетных поездов ("сверху вниз").

54. ЛЬ последнему р.п. все значения равны нулю,то есть каждая строка кончается 0.1. Количество сорок 6.

55. Количество cipoK I, цри N ^ 18;2, при N > 18.

56. Признак совпадения времен хода скорых и пассажхрских поездов (I знак), колонка I.0 -г совпадают;1.~ нет.1. Количество строк I.

57. Форма 4Б. Нормативы хода пассажирских поездов.

58. Вводится аналогично форме 4А.

59. Если признак (пункт 9) равен I, то ввод по указанной форме осуществляется первоначально для скорых, а затем для пассажирских поездов (количество сорок 12), если 0 то один раз для пассажирских поездов всех категорий (количество сорок - 6).

60. Поскольку формы 4А и 4Б совпадают, в Приложении приведена единая форма ввода 4.

61. Номер первой пары грузовых поездов:- номер первого нечетного поезда (4 знака), колонки 1+4;- номер первого четного поезда (4 знака), колонки 5*8.1. Количество строк I.

62. Кнфориация вводится в следующей последовательности по категориям поездов и направлению движения:- скорые нечетные поезда;- пассажирские нечетные поезда (дальние и местные);- скорые четные поезда;- пассажирские четные поезда (дальние и местные).

63. В качестве разделителя групп пассажирских поездов используетс я пустая строка. В случае, если количество поездов данной категории совпадает с максимальными по направлениям общими размерами пассажирского движения, то разделитель не ставится.

64. Общее количество вводимых строк:при наличии скорых поездов: НПс + П„"+4- при их отсутствии и- при отсутствии скорых и Пп'с=1. Количество строк I.

65. Количество сборных поездов на участке:- в нечетном направлении (2 знака), колонки 1-2;- в четном направлении (2 знака), колонки 3-4.1. Количество строк I.

66. Количество строк суммарное число сборных поездов.

67. Уцрааяяющая переменная параметр корректировки грузового графика (2 знака), колонки 1-2.1. Вводить и4.1. Количество строк I.

68. После подготовки массива исходной информации на перфокартах он может быть записан в раздел библиотеки OG-пА F. SOUfxCE под именем DERARHI, гд9 1 очередной свободный раздел в информационном архиве.

69. Доя проведения расчета необходимо переписать соответствен щий раздел архива в раздел той же библиотеки 0(тг\Аr.o UU/\ С С с именем DuRIN,

70. Прибытие на станцию зарождения и отправление со станции погашения в нечетном направлении записывается 8888 (соответственно для поездов четного направления 8888 заносится в прибытие на станцию погашения и отправление со станции зарозднния).

71. Запись для каждого поезда начинается с новой строки.

72. Заключительная строка содержит 7777 в первых четырех колонках.

73. ЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ИНТЕРВАЛОВ

74. Номер разаеаьного пункта Интервал скрещения uutepbaa ueqahobp£m£uuo го прибытия Интервал попутного отправления Интервал попутного прибытия межпоезднои интервал• • • * • • • •4 • • • n