автореферат диссертации по транспорту, 05.22.03, диссертация на тему:Живучесть железнодорожных сетей и ее оценка при проектировании с использованием графов

ШШЕРСЕО ПУТ2« СОСЩ2Ш РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ЛШИНА И ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗКА!,-2НИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ШЕЗНОДОРСШЮГО ТРАНСПОРТА кы.З.Э.даЕРЖИКСКОГО

На правах рукописи ЛУНИН Владимир Андреевич УДК 625.113:625.15655.2.022.845(043.3)

' ЖИВУЧЕСТЬ ЗЕЛЕЗНОДОРОЯНЬК СЕШЯ И ЕЕ ОЦЕНКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ С ИСПОЛЬЗСВШЕМ ГРАЙОЗ

05.22.03 - Изыскание и проект;гроЕание железных дорог

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.'.оскга - 1992

Работа выполнена в Московском ордззш Ленина м ордена Трудового Красного Знамэни институте шк&нероь аедознодороансго транспорта.

Научный руководитель - доктор техшчесыас наук,

профессор ГАВРИЛЕКШЗВ Александр Валэитиновач;

Сфтщалышэ оппоненга - доктор Уо»шчесв:;г наук,

профессор 1ЕР23ШНК® Георгий # Сергеебич;

каедвдаг технических наук, доцент KOCIHffl Владимир Витальевич.

Ведущая организация - Государствазшай проектный институт

техшко-гконсмичееких изысканий Икиисгсрстад Д,теЯ сообщения PQ.

Защита состоится " ср&^^ф K9J г. в " час.

«ЗО " Ü3IH. ш еаседйшш специализированного совета Д. 114,05.03 при üockosckom институте икаензров калоаяедорокного транспорта по адресу: I0I475, ГСП Москва, А-55, ул. Образцова, 15., ауд, /3/3

С диссертацией колено ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан

Отзыв на рефорат, заверенный печать», просим направлять по адресу совета института.

Учений секретарь . '

специализированного союта^Г^^^^&Тз^ЕС^^В

ОЩШ ГРШЕРШШ. Р/НГШ

Акгуадькооть проблом». Езлозшо дороги стрел СНГ несут еза-гадкка потери в результате стихийных непредсказуемых в преднамеренных воодейстксй. Такмэ потери шгли бы быть значительно сокращена при налички надежных и достаточно простые количественных методов оцвн:« живучести аелезнодорожкшс сотой, обеспечивающих выбор оптимальных вариантов развития сети, с учетом ее работы в экстремальных условиях, вызванных воздейосвйва внеетих дестабилизирующих факторов.

В кашей страна к з зарубежной практике проблемы сопротивляемости транспортных сетей разрушающим воздействиям изучены слабо, хотя во кногих других счэа еллх наука и техники изучение надежности и кивучести сложных систем уже з середине кастопдего столетия оформилось в самостоятельнуа инженерную дисциплину.

В условиях экономических и политических преобразования в стране особенно важна научно обоснованная методика, позволккцая но только оценивать и прогнозировать живучесть транспортных сетей, но и намечать экономичные и эффективные пути повышения живучести и оптимизации вариантов развития и реконструкции транспортных сотей.

Цель работы заключается в разработке методики оценки живучести железнодорожных сетей, в выборе критериев и методов ее расчета. Без теоретически обоснованных количественных критериев и методов расчета невозможно обеспечить устойчивую работу и живучесть любых сложных систем, в том числе и транспортных сетей в экстремальных условиях.

Методы исследования. Основные методами исследования живучести, испольэуе.чыуи в настоящей работе, является: методы структур-■ ного анализа, теории надежности и живучести сложных систем, reo-

рии графов, булевой алгебры, матрично-штецат?.веского ыэдолирэза-Ю1я, а также их прилояениз к оценка гавучости транспортных сэгей.

Научная новизна работы состоят в следующей:

- сфорцулировано понятие гавучэсти железнодорожшс сетей с учетом особенностей транспортной подотрасли;

- обоснована воаыояиость использования графо-иатричного метода доя объективной количественной оценки гашучзсти транспортных сетей;

- разработана изтодика оценки аивучести ххалездадорогзпд: сетей на разных уровнях юс докоыпозицаи: на уровне дородных и регион-льнах шкро-сетей; на уровне ыикро-сетевых структур и станционных модулей, а такко келезнодорсшак узлов различной сложности;

- предложена оценка структурной важности элеизнтов, составляющих транспортную сеть, позволяющая ранжировать эти элементы по степени их влияния на ШБучоатъ сери.

Практическая ценность работы заключается в доведении 1£ауч-ио-теоретичосксх исследований до возмсетости их практического применения: •

- раэработашшя методика позволяет количоствгиша оценить вяву~ ' честь реальных транспортных регионов и железнодорожных узлов»

включая уникальные с кольцевыми (округными) сбводамч;

- метод раншрошная- элементов сетей по их сгрукгурной вазно-сти позволяет устанавливать обоснованные тохнико-оконошчоскоо требования при разработке норштившх докуыантов и правил;

- приведенные в работе систештлзированиыо глзроприятия,. направленные на повышение Еивучзстя железнодорожных сетей к узлов ногу бить использованы при проектировании развития и рекснстру-

I , .

едш транспортных сото И.

Реализация работы. Научные полевения, разработанные в диссертации, предназначены для использования в прооктно-изыскатель-

еких институтах Министерства Цутей Сообщения ,Р5 при разработке ' проектов развития транспортных сетей и определения приоритетов в очередности усиления существующих и строительства новых их звеньев. Методика оценки живучести и работоспособности транспортных сетей может быть использована при разработке ТЭО развития и реконструкции транспортных регионов и узлов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсувдались на научно-технических советах Глпротранспути (1991 г.), Пшротранстэи (1992 г.) и рассматривались в ЦНИИТЭй (1992 г.). Материала диссертации и основные результату исследований докладывались и одобрены на научных семинарах и заседаниях кафедры "Изыскания и проектирование железных дорог" &ИТа (1990 -1992 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем работы.Диссертзшя состоит из введения, пяти глав с выводам!, общих выводов , списка использованной литературы, включающего 55 источников, в том числе 2 на иностранных языках. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста ,• включая 35 рисунков, IX таблиц и два приложения ка 8 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ •

Во введет*,» пок^хка роль и значение живучести хелезнодорож-кых сетей в общем комплексе транспортного конвейера, обоснована актуальность теш, излояена структура диссертации.

В первой главе рассмотрено состояние проблемы живучести сложных систем в различных отраслях науки и техники, сформулировано понятие живучести хелезкодорожньж транспортных сетей, определены показатели и методы оценки живучести с использованием графоматри-чнкх пррдставлетаП.

йгеучесть слсжих систем сзлганя с сопротивляемостью их раз-

- б -

рувахщим факторам вкзанего воздействия. Тра2юпорт;ж ссга, как и любые сложные системы, долшах быть доетотоето живучими, способными противостоять различным сильным возмущениям, будь то случайные технические аварии, природные бедствия или преднамеренные воздействия.

Анализ проблем живучести в различных отраслях зглний показал, что вопросами живучести сложных систем занимается многие ученые. Начало научно-теоретического обоснования понятия аиЕучести положил академик А.Н.Крылов - крупнейший специалист по кораблестроению. В последние годы понятие швучзсти сг'ало применяться- для. систем самой различной природы, »ко свидетельствует об определенной универсальности кивучести, как свойства слозшых систем. В настоящее время хорошо изучена живучесть систем энергетшда, систем связи, вычислительных систем, биологических систем, экономических, . информативных и других систем.

Живучесть коммуникационных сетей, как в нашей страна, так и за рубеаом изучена гораздо меньше. Црактичесгао яроблеш обоспечз-ния живучести железных дорог наиболее ярко проявились во время Великой Отечественной войны. 1941-45 гг.

В результате анализа формулировок живучгсти сложных систем в смежных технических отраслях в диссертация впзрвыо сформулировано понятие живучести железнодорзгной сети, как способность ее противостоять внешним непреднамеренным или предкакзрзшйы воздействиям' при сохранении функционирования хотя бы в ограниченном объема. Предельной ситуацией когда еде моазю говорить о сохранении живучести ьгмееиодорожяой сета, является наличие непрзрышой

рел! овой колеи, по которой возможен пропуск поездов, при ьообхо-

/ » »

диыости ограниченного вэса и с поакаишой (ограниченной) скорос-тш.

Для исследования уцруч-5сти желэзмодорогщх сотой г;гедгго£епо

цсшнго и;с по керзрхкчзской структуре. Общая, сеть железны:-: дорог СНГ юл отдеиньгс еэ регионов представляет собой макро-структуру, состоящую кз конечного множества узловых станций, соединении:-: мевду собой участками (зезкьями) дороги. Из макро-сетеЯ ложно выделить с определенной степенью детализации микро-структуры, представляющие собой подмножества взаимоувязанных элементов ее?;;,распространенных мекду двумл узловая (участковыми) станция!«. Элементам« гшгро-структур являются: промежуточные станции, разъезды, обгонные пункты, пути перегонов, прнемо-отпразечные пути, стрелочные переводы к прочие пути, которые могут быть использованы для пропуска поездов по рассматриваемому участку. Узловые станции при исследовании живучести сетевых структур рассматриваются з видо самостоятельных элементов сети, как простейших узлов с лучевыми выходами, так и более сложных с кольцевыми (схру-гны-,4!i) обвода;«! и соединительны.1.« кетвями.

Основу структурных исследований нивучести сложных систем составляют теория отноаений и теория графов. Сбцие положения и практические приложения оценки эффективности функционирования сложных систем рассмотрены в трудах Р.Барлоу, 0.Пропана, К.Райн-пке, И.А.Уаахова, В.И.Нечилоренко, У.Р.Зшби и других.

Сеть, как и каздыЯ ее элемент, мояет находиться в двух состояниях: работоспособности или отказа. Каждому I -ому элементу сети соответствует булева переменная X' . при этом: = I, если L -Я элемент работоспособен;

%1 » 0» если l -Я.элемент неработоспособен.

Для система в целом вводится булева функция :} - I, если система работоспособна;

= 0, если она не работоспособна.

Б диссертации используется установленная Еиркгофом взаимосвязь перевода от структурных Функции к :.итрично:.у их выражении

по одному лезь признаку - наличи» отношений на шокество М ыезду элементам системы.

йелезнодорожную макро-сеть ыожно сопоставить с шог'ололюс-ным ненаправленным графом, со ребра»! которого транспортные потоки могут двигаться в сбою: направлениях. С точки зрения инженерной практики и теории графов оценить глвучесть транспортного региона это значит выяснить. обеспеченность его транспортньаги связями или установить возможность связи произвольного узле с лв&ым другим. Возможность такого события характеризует граф (транспортную сеть) по критерию полносвязности, который соответствует количеству полных деревьев, обеспвчиваяцих связь увла-нсгочника с любым другим узлом (вершиной) .графе, ливучасть региона сохраша-тся лоза хотя бы одно полное* дэрево работоспособно.

Живучесть по критерия полносвязности соотносится с сикмот-ричной матрицей смежности вершин Д , у которой строки и столбцы соответствуют узлам-вериинам, а элементы на пересечениях столбцов и строк удовлетворяет схедуяцш условиям: (¿¡^ в ~ число ребер, икеацих узлы I и Д в качество

концевых, взятое со знаков'минус; II ¡^ = 0 , если ребро мезвду I и ^ . отсутствует;

* числу ребер, инцидентных узлу ¿, . Детерминант симметричной матрицы смежности Берлин характеризует гшвучесть многополэсной ненаправленной макро-сети по критерию полносвязностя, определяя количество полных деровьев 6 , согераащих все узлы графа и но имезкцях. петель (циклов)

¿--МАМ

а„ С1)г . . 4 - а,к

аг, аг1 ....

* * * / « ' / * * г А *

а &Х2 - ' я. К К

(I)

Железнодорожные макро-сети могут быть ориентированными (иг,прав-

июня), как например соси, состопщиэ только из двухпутных ли-кй, у которых двиквнио поелдоз по ребрам-парагонам однозначно прзделоно. В направленном графе можно вцделить два полюса: сток ¿ и сток у. , представив ого в виде двухполюсника. Если ^следовательно переходя от взрагат к вврпине по ребрам иозно поесть из источника ¿ в сток у, , то говорят о связности

» ' * *

»егиона ыезду ¿ и / ■ > ПРИ Э5?ом количество дутей из в у :арактеризует количественно живучесть региона. На правленому дву-;тшзсному графу & с /7 вершинами и ¿И ребраш соотЕетству-I? матрица икцвденций ¿1 ¡»С ), строки ее - Еэраины V , (Толбци - ребра С .

е, .... е„

и*

> « '

'2 ' '

V'.

« • •

(2)

О/пг - ■ С(-'/111

Элемента матрицы ннцэденциЯ ^на пересечении I -той :троки и £ -того столбца соответствуют следущим условиям: Са^ « 0, если ребро не инцздентно узлу; (¡1^ «* +1, если ребро направлено от вераины; (¿1^ «* -I, если ребро тправлено к верзине.

Детерминант матрицы икцвденций, определяющий связность гра-- живучесть транспортной сети, количественно равнозначен чи-:лу минимальных путей мецду полюсами I и ^ графа I)

Для оценки яивучести транспортных. шхро-сетеЯ в диссертации используются свойства монотонных структур. Кроме структурных отдалений мезду системой и ее элементами для оценки кивучести микро-сетей существенное значение имеют схемы параллельного, последовательного или комбинированного соединения элементов, составляющих сеть; Длл описания микро-сети вначале состашмется ее струк-

турная модель, а затем по ней ? дается описание микро-сети соот-ветсгвущей структурной функцией, позволяющей оценить живучесть сети. За меру живучести транспортной микро-сети принимается количество ребер графовой модели, с удалением которых но остается хотя бы одного пути шзду входным к выходным полисами графа. Дня оценки живучести структуры помимо реберной связности испо-

льзуется также метод минимальных сечений, Минишльное сеченио представляет собой минимальный набор злементов бу' , отказ которых приводит к отказу система:

43).

Вторая глава посвящена оцзнко живучести железнодорожных иа-

кро-согей. Но которые сети можно представить в виде двухполаешка » « *

(рис.1) с истоком I. и стоком у . Движение от ксгочш:иа к стоку происходит по направленным ребрам. -Критерием хэдучасги двухполюсника является наличие, по крайней кере, одного цути из в у . За количественный показатель живучести лршшкаотсл количество минимальных (без петель и висячих ребер) пугей мезду полюсами. Направленный двухполвешй граф соотносится с матрицей шр-денций (2), детерминант которой определяет живучесть сети - количество путей, связывапцих ее полиса. Для рассматриваемого региона количество минимальных путей мевду полюсами графа

Непосредственное огкекаиие минимальных цутей на графе, моделирующем транспортный регион, особенно больших размеров - слсж-

в •

пая задача. Наглядный метод построения путей мззду I к £ предложил В.И.Нзчилоренко с использованием штршда 'полных путей, которая для рассматриваемого региона кмзот следующий вид:

2 3

- II -

4 '5

5 7 8-

а'Л

(V

4м й?Р

Я г л

а«

1

2

3

4

5

6

7

8

14)

Отыскание путей на графе производится с помсдьз беззнаковых ¡пределителей. - квазкминоров разложение:.! исходного кзазимулюра на шазимикоры меньшего порядка (с использованием зависимостей \Н.Позарова). Графическое предстаатение кгазимкнорного разлокэ-шя - "раскалывания" гр- > на подграфы-пути из вершины I ( I ) в зоржны 8 С }• ) показано на рис. Z.

Наиболее актуальна более.общая задача реконструкции транспортных сетей, связанная с добавлением внутри суцествуще-Я сети ра-5гругаюцих линий, обходов, вторых путей. Существующие транспортов регионы и их реконструкция и развитие моделируются многополюсниками, при этом обцуп оценку кивучестк мсгно получить по критерию полносвяэности, когда каждый узел сети монет связаться с яобым другим при одновременном обеспечении захода во все узлы ¡тэафа. В матричном выражении ненаправленный жогопслюсный граф ^относится с симметричной матрицей смехности (I), детерминант которой и определяет живучесть многополюсника по критерию полно-:вязности.

Детерминант матрицы смежности Минского транспортного региона (рис.3) определяет количество полных деревьев Ь , характеризуя тем самым живучесть .».'¡ногополюсного графа по критерию полно-гвязности; 6 = 832 дерева, два из которых показаны на рис.4.

Сравнивать ме-.гду собой кивучссть сетей с разным количеством

▼

Направленный граф дгухшлясного транспортного рэгиона

I а у

12 - .

Графическое продета влшиэ ква-зкышорного "раскалывания" граёа ш подграфы-пути кз вершины X в вершину 8

7 *

о/ П к; к Л •

1: V ? «и' .1

У31 \8 уз/ ¿че V7' 7Ч ¿сЛ ¿1 я« .

Рис. I

Схеш-граф' Минского транспортного региона

Дауго£ш/Яс

ПалоЦК 'Вильнюс >5 £ Ь1олск '<г\тИо \ Орша

Рис.2

Нокоторш деревья для графа, изображенного ка рис. 3 О

Л

Барана ёачс! Ошо£ичи

Рис.3

Рис.4

.- 13 -

полисов, очевидна, нельзя без введения понятия предельное связное?:! многополюсника. Та кул связность для каждого многополюсника можно подсчитать по формула сочетаний из максимально возможого числа ребер на графе С Ннтх) по минимальному количеству ребер ( И }, обеспечивающих заход в каждый узел сети

Г ° Птах*!-

. ^ п-'.О.Ь^-»)'/ ' С5)

Использование предельных связностей позволяет сопоставлять кеэду собой живучесть разнополюсна транспортных сетей; в диссертации приводен пример такого сопоставления.

В глава таетьей рассматривается стругаурноэ моделирование и оцэнка живучести 2.еткро-сотеЯ. Железнодорожная микро-езть представляет собой соедшгаэльнув рзтвь (ребро графа) между двумя узловы-!:л станциями; состоит она из-путевого развития промежуточных станций, разъездов, обгонных пунктов и путзй перегонов. Количественную оценку зпвучссти получают с помощью минимальных сечзний (раз-рззоз), продетавлящих собой такса минимальнее количество ребер, с удавлением которых да остается хотя бы одного пути'мезду полисами микро-сета.

Особое снимание в диссертации уделено оценке живучести микро-сетей с последовательна!, параллельным и комбинированным соединением элементов. Такие сети называются приводимыми.

Последовательная структура работоспособна тогда и только тогда, когда работоспособны все ее элементы: п , "

А ЗС[- ЛПЛ - ПХ; v С6)

Параллельная структура работоспособна тогда и только тогда , когда работоспособен по крайней мере один ее элемент:

- 14 -

П п

V Xi ■= тх J; ^ j- П(f-Zj) (7)

В приведенных формулах: Л - логическое звено " и V -логическое звено "или"; Л'/ - иедикатор-переменная ¿. -того элемента ; /7 - логическое произведение булевых переменных, функции-комбинированных соединений получают из логической комбинации параллельных к последовательных структур.

Примером последовательной ыикро-структуры может служить участок однопутной железнодорожной линии ыезду узловыми станцияш А и Б (рис.5), включающий ряд промежуточных станций и .перегонных путей. Структурная схема участка показана на рис.5,б , а функция живучести (работоспособности) в соответствии с (6) имеет вид:

= (Х, Х>Х3 xJXjXgXf) .

функция последовательной структуры показывает, что отказ любого элемента обращает ео в ноль, т.е. приводит к отказу всей сети.

Примером параллельной микро-структуры является станционный модуль с параллельны-: соединением двух путей: одного главного и едного приемоотправочного (рис.6). В соответствии с (7) можно записать функцию живучести модуля, структурная схема которого показана на рис. 6,6 0 '

Ф(х)г\ъ ~ шах =

! I '

Как явствует из функции, работоспособность параллельной структуры сохранится, если один из путей отказал.

Дяя скрещения поездов промежуточная станция, имеющая I] параллельных путей, будет хмвучей при работоспособности неявнее 2-х путей из /1 •, что шрзяаегся следую.^;:-; условном:

. - 15 -

Шолевнодорожиый участок А-Б

а) Схема участка . ^

- .4 /==\ 2 г-Э—к 4 € Р=\ Б

б) Последовательная структурная схема участка

~—®Н0Ч§НЕЬ®Н1М5>—^

Рис.5

Простейший раздельный цункт - модуль а) схематический план дутой б) параллельная структурная

простаЯзего раздельного схема простеГстего раздель-

пушгга ль по г о пункта

.

Рис.6 ^

Раоъозд.о неприводимой структурой соединения элементов

а) схематический план путей разъезда

Л1/-^ -:- -

1 ---Гу

б) структурная схема разгсзда

Г—©--,

-^-—©———(§)•—-©~

Рис.7 . ^

Схз;я промежуточной станцяи с приводимой структурой

4 3

¿Аб 2

_-__/Т

Рис.8

ш)

- IS -

Ч . \ ') .-I, если ОС; -х-

1 О < г./ 9

L 0» если А. и с ч ¿1

¿с/

условие "два из трех" для разъезда с тремя параллельными цучгямн (разъезд I га рас. 5,а) можно записать в вида

) = LAX г) v ¿X, Х3) V [Х2 Х3)-~= у, У2х3 + К Хг( I - Х3) +

Из уравнения следует, что живучесть разъезда сохраняется

при разрушении одного (любого из трех) пути; при выходе из строя

любых двух или всех путей живучесть разъезда нарушается.

Для исследования живучести сложных приводимых сетей в диссертации используется прием приведения их к эквивалентно'!^ элементу. Яивучосгь неприводимых сетей оценивается с помощью специальных методов: минимальных путей и сечений, приведения к особому оШ1 валентному элементу, направленного перебора. Пример неприводимой сети показан на рис. 7, а его структурная функция, полученная методом минимальных путей, имеет вид;

Б диссертации для оценки приоритетов элементов с точки зрения кивучести транспортных сетей введет мера структурной ванное>

ти L -того элемента

Jr(<-) = jbr -/tyO) (9)

где: /'/ - число элементов сети; ///0) - подмножество минимальных (критических) путей для элемента i ; il'J ''- полное число состояний подмножества элементов. Используя (9) приведем результаты ранжирования по структурной важности элементов промер-точной станции, показанной на рис.8: f

- для входной и выходной стрелок J у (XsJ-'JflXtc)" jJ' ^ )

- для остальных стрелок - X (<с) ■ ) ?Jf(\'s)-Jf'**

29 t

- для станционных путей ~ .7ffazj-Jffas) ' <

посзяцена изученот кивуче.сти транспортных уз-зов. С точки зрения теории графов нивучэсть транспортного узла следует рассматривать как связность относительно одного источника О и многих стоков 1,2,... К » для количественной оценки живучести узла нуяно найти число полных деревьев с корнем в узле 0 и кроной, заканчивающейся во всех пэриферийжк узлах. 'Граф, моделирующий транспортный узел, как и всякое подмножество монотонно взаимосвязанных элементов, мояно представить матрицей отношений. Огноие-»яя, есогзвяяацйа мзтрицу, будут различии! d зависимости ст при-чшаоик критериев живучести транспортного узла. Наиболее обчуа эц'знку яивучзстя мошо полупить используя критерий полносвяянос-ги, позеолящий ответить на вопрос, аозмогша ли свяэь узла - ис-гочника 0 со всеми периферийными узлами 1,2,... К . По т'лтер'га золносвязности когофиихационная сеть коделкруется нёнаправлешач графом и отсбр&тается симметричной матрицей смегсюеги (I). Детер-ття! этой матрицы, характеризуя ямвучэсть узла, определяет ко-вгсэсгзо полных деревьев, содержащих вса' кериферлйныо узш графа.

Результата оценка живучести трех и четырах-лучешх тргжепор-iKiG узлов присодеяц в табл.1, а реальных г.езнодорсг7.г.гс узлоа -з табл.2. Московский яелознодорожшй узел, имекщий II лучевих eu-годов, ?. окруишх обвода и 21 периферийную станцию, характеризуемся аивучзстьа в направлении на Курск числом деревьев & « * 13939200, а по критар!«) позпссгязиости - /'/? « 25009С560.' Для :рашшия могду собой аивучести разнолучевах узлоз мо:шо исполь-»огать понятие предельной связности (см.5).

В.пятой .глазэ рассматривается дуги повшения живучести тран-¡портши сетей и узлов.

Сснознык мероприятием повышения живучести Maitpo-сетей являе-ея увеличение связности шы густоты транспортных сетей ta. счет

устройства дополн/тельшк соединительных ьзтвай - разгрушсщих ребер. Частным случаем сгущения докро-сот&й являете я угагадзеа вторых путей, моделируемых lia графа двойншк каправлс!тым>! ребрами. Однако лоецсить гявучесть г:о~.но и нз прибегая к большим кашгаяо-йлег.аких, простым кз:.:ензшем или добавлением направленности поо-здо-потокез. Весьма гффзктигас в этом плене введение двухсторон-. но Г. автоблокировки. Для сокращения затрат на резервные к дублирующие ветви зоргнез можно выполнять только проектно-иоыскатальскио и наиболее трудоемкие земляные работы с закладкой искусственных сооружений; укладку верхнего строения пути, а иногда и установку пролетных строений мостов можно перенести на последующее время.

£1ивучесть транспортных макро-сетей в условиях окстремального дестабилизирующего воздействия во многом зависит от возможностей управляющих структур адаптироваться к изменишимся условиям функционирования. Б практике елейных систем встречаются различные ста пени децентрализации управления, когда управляющие функции распре' деляются ыезду главным и периферийными центрами управлений. Кера-рхическая структура управления железнодорожным транспортом с тремя, четырьмя уровнями управляющих структур в определенной мере б,и гоприятна для обеспечения оптимальной живучести.

Повысить связность-живучесть ггелсэнодоришоЯ микро-структуры можно увеличением числа станционных путей на промежуточных станциях, укладкой дополнительных путей на перегонах, устройством параллельных обходных линий. Как показал структурно-функциональный анализ живучесть микро-сетей зависит не только от топологической связности сети, но и от способа соединения элементов. Большей живучесть», естественно, обладают сети с параллельным соединением элементов. Используя комбинированные способы соединения элементов приводимые и неприводимые структуры, монно добиться максимально zv.vpzvA мккро-сетеЯ.

Таблица I

Оценки якцучестн трех- я четырохлученых транспортных узлов

Описание транспорт-лого узла Простойсий узел без соединитель кых ветвей Узел с полным - кольцевым обводом Обводной узол при отсутствии одной ветви в обводе

Вид графа Ненаправленный

Евд матрицы Симметричная матрица смежности вершин А=(щ)

Вид показателя яилучести Количаство полных дорэвъов детерминант матрицы "А™ ё^А

Трехлучевой узел Схск\-граф о, 3 А о £ 5 г

I к 8

Чотырех- яучэеой узэл . Схе>'Л~ граф 1 1,, -А К (

. 1 2. 5 > V >.......'"7 2 í

I 45 21

Таблица 2

Живучесть роалыш железиодоронных узлов

{^именование узла ( Схема узла 1 Показа-Граф ) сель вучести

Киев Святошно Даршца Куляны Московский 1 Ъ 21

Грязи Грязи Грязи Орловские Воронежские ЦутевоЯ ¡'рязи Вол-пост 474 км гоградские а 3 45

Челябинск Электростанция V. Мехсозерная Поле- Пота- таово V Н1Ш0 <\> Еманхелинск 5 1 21

Харьков И!шковка Либотин^-^ л* Основа \ Безлю-довка Змиев 320

- 21 -

Проектируя микро-структуры и разрабатывая мэры повышения их [вучасти следует также учитывать относительную важность структу-шх элементов. Приоритеты по капиталовложениям следует отдавать шболее важным элементам (как например, входным и выходным стрел-ш), тем самым будет повышена и живучесть транспортной сети.

Наиболее эффективной мерой повышения живучести транспортных (лов является сооружение полных кольцевых обводов вокруг цзнтра->кьпс уйлов-исгочников. Такие'обводы, не только полные, но и непол-

во много роз повышают живучесть узлов, обеспечивая надежную зязность узла-источника с периферией и регионом. Ваяным фактором >вшения живучгсти узлов является также обеспеченна воэмояности шенэиия сторонности движения поездов, как на лучевых перегонах, 1к и на обводных ветвях. •

Стоянке системы, к которым откосятся и транспортные сети, треста квалифицированного управления их функционированием.В Вычисли-гльном Центра МПС России создано электронное табло, моделирующее зю сеть галезных дорог с систематической выдачей эксплуатационных эказателей перевозочного процесса. В перспективе такое табло при-вано кз только решать управленческие задачи, но и определять пути ошпения живучести и выхода из аварийных ситуаций.

овдаз выведу

. Анализ функционирования сложных систем в различных отраслях на-одного хозяйства и работы железнодорожных коммуникаций в экстрема-ьнкх условиях позволили сформулировать понятие живучести транспотных сетей, кг:; способность их противостоять анеаним стихийным или редндыерзнным воздействиям, живучесть сетей, выраженная в количес-взншк показателях, даэт возможность выбрать оптимальные варианты етвй пр;! проектировании новых железных дорог и реконструкции су:;з-твуюцлх сетевых регионов. Полученные в ра5оте оценки, структугныэ вдели и функгли живучести могут Сыть использованы для на р и акт них

проработок, связанных с созданием*') и функционированием "РоссиЯ системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (РСЧС Z. Базопой моделью железнодорожной сети может служить геомегрича граф с конечным числом узловых станций - вершин графа, соединенн между собой участками сети - ребрами графа. В зависимости от сто перед проектировщиками задач живучесть- следует рассматривать lia пых уровнях декомпозиции транспортных коммуникаций:

- транспортный регион в границах железной дороги, государства, дружества государств или экономико-географической зоны предст&вл собой макро-сеть, состояли из узловых станций и участков-ребер выделения на них промежуточных станций и путевого развития, кром> главных путей и путей перегонов;- микро-сеть представляет собой участок мезду двумя узловыми с

циями, воделенный из макро-сети и включающий две узловые станции все промежуточные станции с путевым развитием и пути перегонов;

- транспортные узлы, несущие важную функциональную нагрузку moi рассматриваться в качестве самостоятельных алиментов сети с выде; нием центрального узла-источника, соединенного лучами с периферие 3. Количественная оценка живучести транспортных сетей базируется закономерностях теории графов и логической алгебры. Живучесть дв; полюсных макро-сетей с направленным поездо-потоком определяется !

борной связностью графа или количеством путей мехду полюсами; мне

/

полюсный регион наиболее полно характеризуется ло критерию полное зности, когда каздыГ: узел железнодорожной макро-сети мотет с вяз ai по имеющейся или немедленно восстановленной рельсовой колее с лкс

другим узлом. lia уровне Чмкро-структурных декомпозиций живучесть

\

редолязтея по минимальным,разрезам-сечзниям и оценивается мииима.' числом ребер, при удалении которых'"не остается хотя бы одного пут

* ) по Лоетлноьланию Пртштельстка Российской «Федерации от Ib.O-i У ¿£1 и Ук^лан.:к1 i.liiJ оч- Io.0b.-j.: 311 iù'-У.

2>/лу входным и зыходным полюсами микро-сет-'..Живучесть транспортних злов характеризуется связностью относительно одного источника и ногих стоков или количеством полных деревьев с ворнем з узле-исто-никз и кроной, заканчивающейся на периферийных узлах. . Матрично-структурноз отображение графовых моделей определяет чис-овое выражение живучести з вида матричных определителей, вычисляе-ых по соответствующим матрицам: двухполюсные транспортные сети со-тносятйя с матрицей инцидвнций, многополисныа макро-сети - с сику.з-ричной матрицей сменности вершин, транспортные узлы - с нескмметри-ной матрицей смежности зераин. \

>. Разработанная методика оценки живучести транспортных сетей позво-:яет оценивать реальные железнодорожные регионы и узлы, формировать ¡ациональнке проектные рэсения, намечать оптимальные мэры повышения лвучзсти и функционирования коммуникационных сетей, станцнонних структур и модулей, предназначается для использования в проектно-¡зыскательских и научно-исследовательских институтах желэзнодорож-юЯ транспортной подотрасли.

>. Повысить жизучзсть транспортных сетей мояно за счет целого ряда >рганнэационко-техничаских мероприятий:

- радикальной мерой повышения аивучвсти служит строительство раз-'руаахцих и соединительных ветвей, обходоэ барьерных мест и др.

- резервирование и дублирование наиболее важных элементов сети, шпдка вторых путей обеспэчиваш существенное повышение кивучести;

- разработка оптимальных соединзкий элементов микро-сетей пояыша-р живучесть и обеспечивает надежность их эксплуатации;

- кольцевыэ обводы и дополнительные лучевые выходы - глазные мэры эвшения живучести транспортных узлов;

- устройство двухсторонних систем сигнализации и автоблокировки сочетании с организационные мэрами обзспечизаыт быструю лер-астрой-

у управляющих систем и переход к ограниченному функционировании э йарлпных ситуациях.

Основ:¡ш положения диссертации опубликованы в работах: I. Лупин В.А. О проблеме живучести транспортных систем// Мздвуз.

сб.кауч.тр./МШТ. ,М, -- 1990. - Вып.635. Г^облемы изысканий »проектирования, строительства железных дорог к содержания аелезно-дорогшого пути. - С.66-90.

2. Гаврнленков А.В.,Лупи.н В.А.,111олин В.В. Сормированиз вариантов сети транзитных путей железных дорог // Трансп.стр-во, 1991. -

- № 5. - С. 3-4.

3. Лупин В.А. Живучесть сложных транспортных систем// Мос.ин-т ишс.к.-д.трансп. - Ы.,1992. - 32 с. - Деп. в ЦШГЗИ МПС 2.03.95

5738 хс.д.

4. Гавриленков А.В.,Лупин В.А. Живучесть железнодорожных узлов. Н.д.трансп. сер. "Строительство, Проектирование" / ЦНИИ ТЭИ МПС

1992. - Вып. 4-5. - С. 35-42, илл.

5. Гавриленков А.В.,Лупин В.А. Структурный анализ кивучести станционных железнодорожных сетей. Е.-д.трансл. сер."Строительство. Проектирование". ЭИ/ ЦНИИТЭИ №. - 1992. - Вып.4-5,с.43-51,илл.

ВИВУЧЕСТЬ ШЕЗЮДОРСШК СЕЕЯ И ЕЕ ОЦЕНКА ПРЛ ПРОЕКТИРОВАНИИ С ИСПОЛЬЗОВАН! Е.1 ГРАбОЗ 05.22.03 - Изыскание и проектирование железных дорог

Формат бумаги Объем Заказ ■ йрак 100

ЛУПИН Владимир Андреевич

Сдано в набор {2,01.03.

Подписано к печати (2.01,9

Типограф'.:л ¡ШТ. Москва, ул. Образцова ,15