Оптимизация оперативного управления перевозочным процессом в условиях развития диспетчерских центров
Разработка и реализация научных методов оперативного планирования и управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте за счет моделирования, адаптации к реальной обстановке, оптимизации условий работы участков, станций и грузовых фронтов.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.02.2018 |
| Размер файла | 625,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
ОПТИМИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕВОЗОЧНЫМ ПРОЦЕССОМ В УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ ДИСПЕТЧЕРСКИХ ЦЕНТРОВ
Специальность: 05.22.08 - "Управление процессами перевозок"
ЛЕВИН ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ
Москва - 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московском государственном университете путей сообщения" (МИИТ).
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор А.П. Батурин.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Бодюл Валерий Иванович,
доктор технических наук, профессор Грошев Геннадий Максимович,
доктор технических наук, профессор Резер Семён Моисеевич.
Ведущая организация - Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт информатизации и связи на железнодорожном транспорте (ОАО "НИИАС").
Защита состоится "18" июня 2009 г. в 13 час. 15 мин. на заседании диссертационного Совета Д 218.005.07 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 1504.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан " " _______________ 2009 г.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу Совета университета.
Ученый секретарь диссертационного Совета Д 218.005.07 доктор технических наук, профессор В.И. Шелухин.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Создание диспетчерских центров и использование информационных технологий на железнодорожном транспорте создали предпосылки для оптимизации оперативного управления перевозочным процессом. Реализация этих возможностей необходима для более полного удовлетворения рыночного спроса на перевозки, повышения эффективности работы железнодорожного транспорта, успешной конкуренции на рынке железнодорожных перевозок и с другими видами транспорта.
Реальная эксплуатационная обстановка отличается и нередко существенно от нормативных условий, разрабатываемых на длительный период плана формирования и графика движения поездов, технологических процессов работы станций, а возникающие при этом трудности могут усугубляться неоптимально принимаемыми решениями оперативным персоналом. В деятельности диспетчеров значительную часть времени занимает фиксация прошедших или происходящих событий, которыми уже невозможно управлять. Часто планируемые поездопотоки превышают пропускную способность участков, поступающие вагонопотоки больше перерабатывающей способности сортировочных станций, составов формируется больше, чем можно своевременно обеспечить локомотивами и локомотивными бригадами, местные вагоны поступают на станции выгрузки несвоевременно, вследствие чего грузовые фронты простаивают в ожидании вагонов или вагоны - в ожидании подачи и т.д. Многие элементы перевозочного процесса управляются недостаточно оперативно.
Развитие диспетчерских центров, новые условия работы диспетчерского аппарата требуют создания новых принципов и технологии оперативного управления перевозками, обеспечивающих поддержание оптимальных условий работы с достижением высоких количественных и качественных показателей.
В настоящее время в сетевом и дорожных центрах управления перевозками (соответственно ЦУП и ДЦУП) реализована первая очередь их развития - информационно-справочная, в которой автоматизировано предоставление информации диспетчерам. Это позволило региональным и дорожным диспетчерам получать информацию в реальном времени, но, как и прежде, они недостаточно участвуют в управлении перевозочным процессом. Для изменения характера их работы, необходимы обеспечение их прогнозной информацией о предстоящих событиях и создание принципиально новой технологии оперативного планирования и управления перевозочным процессом.
Целью диссертации является разработка:
- концепции взаимодействия оперативного управления перевозочным процессом и информационных технологий, обеспечивающей переход от информационно-справочного режима работы диспетчерских центров к управляющему;
- теоретических основ и методов планирования и управления поездной и местной работой на основе моделирования элементов перевозочного процесса;
- методов регулирования насыщения участков поездами и распределения поездопотоков на разветвленных полигонах при интенсификации и оптимизации использования пропускной и провозной способности участков.
Объектами исследования являются технология и автоматизированные системы оперативного планирования и управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте.
Предмет диссертационного исследования составляют разработка и реализация научных методов оптимального управления сложной системой на примере перевозочного процесса на железнодорожном транспорте.
В соответствии с целью и задачами исследования на защиту выносятся:
- концепция автоматизации диспетчерского руководства:
этапы развития диспетчерских центров,
развитие автоматизированных рабочих мест диспетчеров,
моделирование элементов перевозочного процесса;
- методология оптимизации процессов:
управления поездной и местной работой,
оперативного планирования работы станций;
- технология диспетчерского руководства перевозочным процессом на всех уровнях управления;
- вопросы совершенствования эксплуатационной работы железных дорог.
Научная новизна диссертации состоит в обосновании, разработке и апробации теории оперативного управления перевозочным процессом, которая повышает эффективность оперативного управления за счет моделирования перевозочного процесса, адаптации к реальным событиям, прогнозирования, оптимизации, дополнительных рычагов управления. На основе проведенных исследований:
- установлено, что эффективно управлять такой сложной системой, как железнодорожный транспорт, можно только с помощью моделирования перевозочного процесса, которое позволяет оптимизировать условия движения поездов и повысить эффективность использования пропускной способности;
- предложены и разработаны показатели потока поездов: интенсивность движения, плотность потока поездов и насыщение участка поездами;
- определены закономерности движения поездов на участке и зависимости между скоростью потока поездов, интенсивностью и плотностью его движения;
- установлено влияние насыщения и перенасыщения участка поездами на интенсивность потока поездов;
- разработана методика оптимизации размеров движения на участке и числа "ниток" в графике движения исходя из минимизации времени нахождения поездов на участке и станции в ожидании отправления;
- установлено влияние изменения числа приемоотправочных путей на станциях участка на максимальную интенсивность движения поездов;
- выявлено влияние несинхронности движения поездов на наличную пропускную способность участка и условия выполнения графика движения;
- разработана методика интенсификации поездопотока на однопутных линиях на основе увеличения непарности движения поездов;
- разработана методика расчета оптимальной плотности потока поездов, при которой достигается максимальная провозная способность участка;
- установлено влияние различной доли соединенных поездов на пропускную и провозную способность направлений;
- установлены причины и выведено аналитическое выражение для расчета разрыва между фактической и теоретической наличной пропускной способностью участка;
- выявлено, что расчет пропускной способности участка надо производить не в разрезе, а на протяжении всего участка, при этом учитывать следование не отдельного (одиночного) поезда, а группы (потока) поездов; плотность потока (насыщение участка поездами); распределение скорости движения, интервалов между поездами и интенсивности потока;
- предложена методика расчета пропускной способности для разветвленного полигона сети железных дорог и распределения поездопотоков;
- обосновано использование сетевых моделей в оперативном планировании и управлении поездной работы, развитии пропускной способности линий;
- разработана методика оптимального уровня загрузки грузовых фронтов;
- предложена система оперативной корректировки плана формирования поездов, которая позволяет адаптировать его к реальной эксплуатационной ситуации и оперативно управлять формированием составов в соответствии с фактическим наличием локомотивов и локомотивных бригад;
- разработана методика определения оптимальной массы поездов исходя из тяговых возможностей, использования пропускной способности участков и организации вагонопотоков;
- разработана методика регулирования вагонного парка на основе разделения сети железных дорог на балансовые зоны по каждому роду порожних вагонов и суточные пояса вокруг пунктов массовой погрузки;
- разработаны модели управления резервом порожних вагонов с учетом различных условий;
- разработана методика развоза местных вагонов исходя из создания оптимальных условий работы грузовых фронтов: своевременной и в установленном количестве подачи вагонов в соответствии с расписанием подач или режимом работы фронтов;
- разработана модель планирования и управления местной работой, использующая потоки на графах, упорядочивающая прибытие местных вагонов на станцию назначения, обеспечивающая максимально возможный размер выгрузки и определяющая требуемый для этого график поступления вагонов.
Практическая значимость:
- создана технология планирования и управления перевозочным процессом на основе моделирования, адаптации к реальной обстановке, оптимизации условий работы участков, станций и грузовых фронтов;
- доказана необходимость и разработана методология изменения характера работы диспетчерского аппарата: вместо фиксирования прошедшей работы - планирование и управление предстоящей;
- разработана методика оптимального насыщения участков поездами и распределения поездопотоков на разветвленных полигонах;
- обоснованы основные этапы развития диспетчерских центров;
- сформулирована этапность повышения веса поездов;
- внедрены новые принципы планирования составообразования, позволившие значительно увеличить глубину и достоверность планов;
- разработана система оперативного управления формированием составов и своевременного обеспечения их локомотивами и локомотивными бригадами;
- разработана автоматизированная система планирования и управления местной работой, исходя не только из наличия местных вагонов, но и создания оптимальных условий работы грузовых фронтов, позволяющая максимально использовать их выгрузочную способность.
Реализация работы отражена в следующих документах:
- Инструктивные указания по организации вагонопотоков на железных дорогах СССР (утверждены МПС СССР 19.04.1982 г.);
- Методика определения экономической эффективности автоматизированных систем управления на железнодорожном транспорте (утверждена МПС СССР 11.06.1985 г.);
- Методические указания по организации перевозок грузов в специализированных вагонах (утверждены МПС СССР 5.06.1986 г.);
- Техническое задание на автоматизированную систему сменно-суточного планирования поездной и грузовой работы железной дороги и ее отделений (утверждено МПС СССР 11.12.1986 г.);
- Положение о диспетчерском руководстве движением поездов (утверждено МПС 17.04.1989 г. № ЦД-4686);
- Методические рекомендации по повышению эффективности перевозок на основе улучшения транспортного обслуживания грузоотправителей и грузополучателей (утверждены МПС СССР 18.12.1989 г.);
- Техническое задание 18761946.17182.101.ТЗ. Автоматизированная система управления перевозками грузов на железнодорожном транспорте. Центр управления перевозками МПС Российской Федерации (утверждено Министром путей сообщения РФ 7.02.2000 г.);
- Инструкция о порядке предоставления и использования "окон" для ремонтных и строительно-монтажных работ на железных дорогах Российской Федерации (утверждена МПС РФ 16.11.2001 г. № ЦД-862);
- Типовой технологический процесс работы сортировочной станции (утвержден МПС РФ 27.05.2003 г.);
- Положение о диспетчерском управлении движением поездов (утверждено ОАО "РЖД" 14.09.2005 г.).
Апробация работы. Результаты исследования и разработки обсуждались и получили одобрение на:
- III Всесоюзной конференции Академии наук СССР "Проблемы хозяйственного освоения зоны Байкало-Амурской магистрали" (Новосибирск, 1981 г.);
- Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу повышения эффективности эксплуатационной работы железнодорожных направлений (Днепропетровск, 1981 г.);
- Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу совершенствования методов анализа эксплуатации железных дорог (Тюмень, 1982 г.);
- Научно-технической конференции НИИЖТ по вопросу повышения надежности и эффективности работы железнодорожного транспорта (Новосибирск, 1982 г.);
- Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу совершенствования организации местной работы на железных дорогах (Ворошиловград, 1983 г.);
- Первой Всесоюзной школе "Прикладные проблемы управления макросистемами" (Москва, 1985 г.);
- Отраслевой научно-технической конференции "Пути совершенствования перевозочного процесса и управления транспортом" (Гомель, 1985 г.);
- Совместном заседании Президиумов Центральных Правлений Научно-технических обществ горного и железнодорожного транспорта (Москва, 19.08.1986 г.);
- Всесоюзном научно-техническом семинаре Всесоюзного Совета Научно-технического общества, Государственного Комитета по науке и технике, Главного управления промышленного железнодорожного транспорта МПС "Совершенствование организации работы на промышленном транспорте" (Киев, 1986 г.);
- Расширенном заседании секции промышленного транспорта научно-технического совета Министерства угольной промышленности СССР с участием работников Госплана и Госснаба СССР, МПС, ВНИИЖТ и Центрогипрошахта "Опыт кооперированного использования технологического парка вагонов" (Макеевка, 1986 г.);
- Отраслевой научно-технической конференции "Пути совершенствования разработки и организации выполнения графика движения поездов" (Ростов-на-Дону, 1987 г.);
- Отраслевой научно-технической конференции "Повышение эффективности диспетчерского руководства эксплуатационной работой железных дорог" (Ташкент, 1989 г.);
- Сетевом совещании главных инженеров службы перевозок железных дорог и заместителей начальника службы по АСУ (Голицыно, 1999 г.);
- Сетевой школе по изучению опыта эксплуатации автоматизированных систем управления (Новороссийск, 2003 г.);
- Сетевой школе по изучению передового опыта и организации работы на автоматизированном сортировочном комплексе станции Бекасово-Сортировочное (Москва, 2004 г.);
- VI научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, МИИТ, 2005 г.);
- VII научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, МИИТ, 2006 г.);
- VIII Международный форум "Высокие технологии XXI века" (Москва, 2007 г.);
- VIII научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, МИИТ, 2007 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 84 печатные работы (из них 25 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), в том числе 3 монографии объемом 65 печатных листов и 8 брошюр.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, 13 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 372 страницы, в том числе 287 страниц основного текста, 75 рисунков, 16 таблиц, 194 наименования источников и 5 приложений на 38 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы задачи исследования и положения, выносимые на защиту, определены предмет исследования и цель диссертационной работы, изложена сущность научной теории управления перевозочным процессом.
Первый раздел диссертации посвящен анализу отечественного и зарубежного развития теории и практики оперативного управления железнодорожными перевозками, исследованию условий оптимизации перевозочного процесса.
Теория эксплуатации железных дорог начала развиваться в конце 70-х годов XIX века. России принадлежит приоритет в решении многих вопросов обеспечения перевозок. Российские и советские ученые и научные работники внесли большой вклад в совершенствование средств и технологии управления перевозочным процессом и, прежде всего А.А. Аветикян, В.М. Акулиничев, В.И. Апатцев, Е.В. Архангельский, С.А. Бабченко, А.П. Батурин, Б.Ф. Безродный, П.Ф. Бестемьянов, К.А. Бернгард, А.Ф. Бородин, В.А. Буянов, А.В. Быкадоров, И.И. Васильев, Д.В. Гавзов, А.В. Горелик, Г.М. Грошев, П.С. Ґрунтов, А.В. Дмитренко, Ю.В. Дьяков, Ю.А. Ерохин, М.Т. Иванов, А.Д. Каретников, В.А. Кобзев, В.Е. Козлов, П.А. Козлов, Р.А. Косилов, Ю.А. Кравцов, В.Г. Кузнецов, Г.А. Кузнецов, В.А. Кудрявцев, А.Н. Корешков, Ф.П. Кочнев, В.Ф. Кочнев, Н.Д. Крюков, Э.К. Лецкий, В.М. Лисенков, А.М. Макарочкин, А.С. Мишарин, В.И. Некрашевич, А.Б. Никитин, Б.О. Овсепян, Ю.О. Пазойский, Б.Э. Пейсахзон, А.П. Петров, Г.А. Платонов, А.А. Поплавский, Н.В. Правдин, С.М. Резер, Г.Г. Рябцев, В.В. Сапожников, Е.А. Сотников, К.К. Тихонов, Е.М. Тишкин, Л.П. Тулупов, А.К. Угрюмов, А.Н. Фролов, А.Д. Чернюгов, В.А. Шаров, Д.В. Шалягин, И.Н. Шапкин, В.И. Шелухин, М.И. Шмулевич, В.Г. Шубко и другие.
На отечественном железнодорожном транспорте оперативное руководство перевозочным процессом организовано на основе централизованной системы диспетчерского управления. Завершено создание диспетчерских центров управления перевозками на всех железных дорогах и в ОАО "РЖД". Современное оперативное управление перевозочным процессом на железных дорогах составляют: график движения поездов, организация вагонопотоков, организация работы станций, использование пропускной и провозной способности, местная работа, техническое нормирование перевозок, оперативное планирование эксплуатационной работы, диспетчерское руководство, автоматизированные системы управления и информационные технологии. В диссертации сделан анализ их современного состояния и рассмотрены пути совершенствования.
Созданы все предпосылки для перехода от информационно-справочного этапа развития диспетчерских центров к прогнозному и управляющему этапам, которые связаны с широким применением моделирования эксплуатационной работы. Эффективно управлять такой сложной системой как перевозочный процесс железнодорожного транспорта, невозможно без моделирования, обеспечивающего прогноз эксплуатационной работы. Таким образом, с использованием моделирования в оперативном управлении перевозками связано повышение эффективности деятельности ОАО "РЖД" и удовлетворение рыночного спроса на перевозки.
Отсутствие в настоящее время управления многими элементами перевозочного процесса свидетельствует о том, что нормативных и технологических документов недостаточно для создания эффективной системы оперативного управления. Возникающие трудности в эксплуатационной работе железнодорожного транспорта вызваны несоответствием потребностей и возможностей участков, станций, грузовых фронтов, обеспечения составов локомотивами и т.д. Потребности заблаговременно не приводятся в соответствие с возможностями. Основная причина - диспетчерский аппарат преимущественно фиксирует прошедшие и происходящие события, повлиять на которые уже невозможно. Сменно-суточное планирование эксплуатационных показателей в основном исходит не из реальных возможностей станций, отделений, железных дорог, а выполнения нарастающим итогом с начала месяца количественных и качественных показателей.
С созданием диспетчерских центров и широким использованием информационных технологий проявилась необходимость в совершенствовании принципов и технологии оперативного управления перевозочным процессом. При этом следует учитывать противоречия: между потребностями перевозочной работы и возможностями использования участков, станций, грузовых фронтов; нормативными условиями и реальными ситуациями; сменно-суточным планированием, исходящим из выполнения показателей нарастающим итогом за плановый период, и требованиями к оптимальному использованию транспортных средств и устройств; эксплуатационными показателями и финансово-экономическими результатами работы железнодорожного транспорта; применением вычислительной техники для передачи информационно-справочных материалов и возможностями использования ее в диспетчерском руководстве перевозочным процессом для анализа, прогнозирования и оптимального управления; фиксированием диспетчерами прошедших и происходящих событий и управлением предстоящей работой.
Существующие противоречия определили проблему исследования, суть которой состоит в выявлении новых подходов к принципам и совершенствованию технологии оптимального оперативного управления перевозочным процессом на основе моделирования предстоящей работы; решения оптимизационных задач; создания оптимальных условий работы участков, станций, грузовых фронтов; заблаговременного приведения в соответствие потребностей и возможностей.
Второй раздел посвящен развитию диспетчерских центров и автоматизированных рабочих мест диспетчеров, моделированию перевозочного процесса.
На всех железных дорогах и в ОАО "РЖД" созданы оснащенные современной вычислительной техникой центры управления перевозками и местной работой, получили развитие информационные технологии, но нет прогресса в создании систем планирования и принятия решений. Поэтому в диссертации определены этапы развития диспетчерских центров:
Первая очередь (информационно-справочная) - автоматизация сбора информации и отображение поездной ситуации в реальном времени;
Вторая очередь (прогнозная) - моделирование развития эксплуатационной работы на несколько часов вперед;
Третья очередь (управляющая) - автоматизация принятия решений по недопущению затруднений в поездной работе и оптимизации регулировочных мер.
Информационно-справочный этап реализует автоматизацию рутинных операций, т.е. освобождает диспетчеров от сбора и фиксирования информации.
Прогнозный этап предусматривает моделирование развития эксплуатационной работы на несколько часов вперед, что позволит диспетчерам сопоставить возможности и потребности пропуска поездов, переработки вагонов на станциях, обеспечения составов локомотивами и локомотивными бригадами, развоза и выгрузки вагонов и т.д. В процессе сопоставления заблаговременно выявится несоответствие возможностей и потребностей, что в настоящее время и приводит к затруднениям в эксплуатационной работе.
На управляющем этапе развития диспетчерских центров решается основная задача диспетчерского аппарата по приведению в соответствие заблаговременно выявленного несоответствия возможностей и потребностей.
В диссертации сформулированы требования к задачам, которые должны содержаться в АРМ диспетчеров, и определены методы их решения.
Исследования показали, что в таких сложных системах, как железнодорожный транспорт, невозможно организовать оптимальное управление, не имея адекватной математической модели. С помощью моделей работы станций, перегонов, участков, линий, направлений можно планировать предстоящую работу, заблаговременно выявлять затруднения и несоответствия, регулировочными мерами устранять препятствия и вырабатывать управляющие решения.
Весь перевозочный процесс разделен на отдельные процессы и объекты и для них определены первоочередные модели. Среди процессов выделены: накопление составов; регулирование локомотивным парком; организация выгрузки; обеспечение погрузки; управление вагонным парком, движение поездов на участке и разветвленном полигоне. Среди объектов в первую очередь выделены: сортировочные станции и железнодорожные узлы; грузовые фронты, включая крупные промышленные предприятия, порты, погранпереходы; участки и перегоны; локомотивные депо; сеть железных дорог и регионы.
Третий раздел посвящен результатам исследования организации движения поездов на участках и разветвленных полигонах железных дорог, развитию теории и технологии оперативного управления движением поездов, регулированию парком порожних вагонов.
В результате анализа закономерностей организации движения поездов предложено следующим соотношение:
n = лv, (1)
где n - интенсивность движения, поездов/ч; л - плотность потока, поездов/км; v - скорость движения поездов, км/ч.
С ростом плотности потока поездов интенсивность увеличивается до максимального значения, соответствующего наличной пропускной способности участка. Дальнейшее увеличение плотности потока поездов приводит к снижению скорости движения и интенсивности.
Рис. 1. Реакция участка на изменение интенсивности потока поездов
О необходимости определения пропускной способности не в разрезе (сечении), а на всем протяжении участка свидетельствует изменение реакции участка на различные размеры движения поездов. Эта реакция прослеживается через взаимосвязь интенсивностей входящего потока поездов и выходящего с участка транзитного потока. Полученная зависимость интенсивностей входящего и выходящего потоков приведена на рис. 1. Начальный участок этой зависимости может быть аппроксимирован линейной функцией и соответствует положительной реакции участка на возрастание интенсивности входящего потока поездов, т. е. любое увеличение входящего потока приводит к возрастанию выходящего потока. Участок сохраняет положительную реакцию до тех пор, пока не будет достигнуто состояние насыщения поездами. После этого дальнейшее увеличение интенсивности входящего потока поездов практически не приводит к возрастанию выходящего потока. При достижении состояния перенасыщения любое увеличение интенсивности входящего потока поездов сокращает размер выходящего потока. Последнее обстоятельство имеет место в тех случаях, когда с ростом числа поездов на участке быстро увеличивается плотность их размещения, следование на зеленое показание светофора все чаще сменяется на желтое и красное (рис. 2). В среднем скорость движения поездов на желтый зеленый (1), желтый (2) и красный (3) сигналы светофоров, от уровня заполнения участка поездами (г).
Рис. 2. Зависимость доли (р) блок-участков, пройденных поездами на сигнал светофора на 30 %, а на красный - на 60 % ниже, чем на зеленое показание светофора
В результате из-за увеличения времени хода tx поезда, отправленные на участок (рис. 3), за период времени Т не успевают прибыть на конечный пункт за расчетный период.
Это имеет большое практическое и теоретическое значение. На рис. 3 показано, что увеличение числа поездов на участке сверх максимального графика не только не способствует увеличению размеров движения, но не позволяет выполнить нормативы графика и ухудшает использование пропускной способности участка.
Рис. 3. Фрагмент графика движения поездов
Поскольку увеличение плотности потока поездов приводит к уменьшению скорости движения, функциональная форма выражения (1) будет иметь вид
n(л) = лv(л). (2)
Поддержание оптимальной плотности потока поездов на участках должно стать главной задачей управления поездной работой, что и позволит эффективно использовать пропускную способность инфраструктуры и подвижной состав.
Моделированием движения поездов установлено, что увеличение плотности потока вызывает разницу интервалов между поездами на входе и выходе с участка (рис. 4).
Рис. 4. Влияние плотности потока на средний интервал между поездами на входе (1) и выходе (2) с участка
Исследовано влияние изменения числа приемоотправочных путей на станциях участка на максимальную интенсивность движения поездов, покажем на примере однопутного участка А-Б, на котором имеется 11 раздельных пунктов (рис. 5). Под каждым раздельным пунктом указано число приемоотправочных путей. Перегон г-д - ограничивающий (лимитирующий пропускную способность). На участке А-Б максимальная интенсивность движения составляет 33 пары поездов. При ликвидации или длительной занятости поездом одного приемоотправочного пути на станции г максимальная интенсивность движения на участке снизится до 23 пар поездов. Если же исключить из поездной работы один путь на станциях ж или и, то максимальная интенсивность движения соответственно будет равна 32 или 28 парам поездов, а при одновременном уменьшении числа путей на станциях г и ж составит 23 пары поездов, также как и при занятии пути только на станции г. Одновременное исключение из поездной работы по одному пути на станциях г и д вызовет снижение максимальной интенсивности движения до 20 пар поездов. Если дополнительно закрыть один путь еще и на станции ж, то она не изменится. Из этого анализа видно, как на пропускную способность конкретного участка влияет исключение из поездной работы различного числа приемоотправочных путей на станциях при плановом ремонте, внезапной неисправности, занятии путей группой вагонов, хозяйственными поездами и др.
Рис. 5. Схема участка А-Б
Определено допустимое насыщение участков поездами и установлено, как перенасыщение влияет на эксплуатационную работу. Насыщение участков поездами целесообразно оценивать соотношением вместимости перегонов и приемоотправочных путей станций (Е) и размера вагонного парка (Р), который может одновременно находиться на них: цуч = Е/Р.
На рациональное насыщение участков поездами влияют период графика и коэффициент пакетности (на однопутных линиях), интервалы попутного следования (на однопутных и двухпутных линиях), участковая скорость движения грузовых поездов, коэффициенты съема и число пассажирских и сборных поездов. Все это учитывается технически допустимым уровнем загрузки участков г (рис. 6).
Рис. 6. Зависимость плотности потока грузовых поездов от размеров пассажирского движения nпс при различном числе сборных поездов nсб на однопутном участке
Как изменяется рациональное число грузовых поездов, которые одновременно могут находиться на участке при различном числе пассажирских поездов, видно на рис. 7. На этом же рисунке показано изменение рационального соотношения вместимости путевого развития и размера вагонного парка в грузовых поездах црац на однопутном участке в зависимости от размеров пассажирского движения.
Рис. 7. Влияние пассажирских поездов nпс на рациональное количество грузовых поездов n, одновременно находящихся на участке, и на рац
Большое практическое значение имеет установление оптимальной загрузки участка поездами, определяемой отношением рационального числа поездов, одновременно находящихся на участке, к максимально возможному. Установлено влияние интенсивности потока поездов и максимально допустимой скорости движения поездов на среднее число поездов, одновременно находящихся на участке (рис. 8), и на загрузку участка (рис. 9). Сплошные и пунктирные линии на рис. 8 и 9 соответствуют интенсивности движения на входе и выходе с участка.
Рис. 8. Зависимость числа поездов, одновременно находящихся на участке, от интенсивности и максимально допустимой скорости движения
На рис. 9 кривая, соединяющая точки начала отклонения интенсивности входящего и выходящего потоков, определяет оптимальную загрузку участка поездами. Как и все результаты моделирования, эти также получены для конкретных условий поездной работы и на других участках могут отличаться.
Рис. 9. Влияние интенсивности и максимально допустимой скорости движения поездов на загрузку участка
При разработке графика движения поездов необходимо оптимизировать число "ниток" исходя из минимизации времени нахождения поездов на участке и станции в ожидании отправления
,
где tст - время ожидания готовыми поездами отправления со станции; tуч - время проследования участка поездами.
Среднее время ожидания поездами отправления со станции равно половине среднего интервала между "нитками" графика:
tст = 1440/2 N = 720/ N.
Зависимость времени хода поездов по участку от числа использованных "ниток" графика аппроксимируется функцией:
,
где a и b - коэффициенты, зависящие от характеристик участка (длины, профиля пути, числа путей на станциях и т. д.).
Для определения оптимального числа "ниток" требуется найти минимум T(N), который определяется решением уравнения T'(N) = 0 или:
. (3)
Уравнение (3) является трансцендентным и, следовательно, в общем виде не имеет аналитического решения. Поэтому для его решения использовано имитационное моделирование движения поездов на участке.
На рис. 10 видно, что с увеличением размеров движения возрастают затраты времени па проследование участка поездами, но при этом сокращается время ожидания отправления поездов со станции формирования. Минимум суммарных затрат времени (точка А) определяет оптимальное число "ниток" в графике движения, которые целесообразно использовать. Проекция точки А на ось абсцисс (точка А 1) дает оптимальное распределение между числом используемых Nопт и резервных Nр "ниток" графика движения.
Рис. 10. График функций затрат времени на проследование участка поездами (1), ожидание отправления поездов со станций формирования (2) и суммарных (3)
Исследования процесса накопления составов с помощью моделирования, проведенные на крупнейших сортировочных станциях, показали, что значительное увеличение глубины планирования составообразования может быть достигнуто за счет перехода к комплексному планированию одновременно на нескольких сортировочных станциях. При этом составообразование планируется в два этапа. На первом этапе план составообразования составляется, как и прежде, для каждой станции. А на втором этапе план составообразования каждой станции рассматривается как дальний подход к другим, процесс моделирования продолжается и достигается глубина планирования составообразования до 30 часов, которая необходима для организации вызова локомотивных бригад под конкретные поезда и повышения достоверности планирования размеров движения поездов на стадии разработки сменно-суточного плана.
В связи с различными нормами веса поездов и длиной составов в четном и нечетном направлениях, преобладанием размеров движения в одном направлении возникает непарность движения поездов на однопутных линиях. оперативное планирование управление перевозочный
Коэффициент непарности определяется отношением меньшего числа грузовых поездов на направлении n'гр к числу поездов другого направления n''гр:
н = n'гр/ n''гр, 0 < н ? 1.
Результаты исследования изменения размеров движения n в зависимости от коэффициента непарности н приведены на рис. 11.
Рис. 11. Зависимость размеров движения на однопутных участках nв от коэффициента непарности вЗ
Моделирование процесса прокладки "ниток" в графике движения поездов при изменении значений коэффициента непарности позволило при уменьшении числа поездов в одном направлении использовать возросшие межпоездные интервалы для максимального увеличения числа поездов другого направления.
Общие размеры движения поездов на однопутных участках при различных значениях коэффициента непарности предлагается определять по формулам для параллельного (n) и непараллельного (nн) графиков:
n = nм f(н) = nм [1 + (24-0,73 nм) (0,95 - н)2](4), при н 0,95;
nн = nгр f(н) = nгр [1 + (24 + 2,7nпс - 0,73nгр)(0,95-0,04nпс - н)2](5)
при н 0,95-0,04 nпс;
;
nгр = nм - пс nпс - сб nсб,
где пс, сб - коэффициент съема соответственно пассажирских и сборных поездов; nпс, nсб - число поездов соответственно пассажирских и сборных.
Таким образом, одним из регулировочных мероприятий по интенсификации поездопотока на однопутных линиях является использование непарности движения поездов. Возможность использования непарности движения поездов для повышения общих размеров движения на однопутных участках зависит от числа пассажирских поездов и технических характеристик участка и оценивается на основе формул (4), (5).
На основе исследования условий движения поездов на участках разработаны режимы поездной работы (рис. 12): нормальный (область 1); оптимальный (область 2); утяжеленный (область 3); тяжелый (область 4); аварийный (область 5).
Рис. 12. Режимы поездной работы
В зависимости от режима работы диспетчерским аппаратом должны решаться различные задачи управления поездной работой. В нормальном и оптимальном режимах - обеспечение соблюдения установленных нормативов графика движения, предотвращение перенасыщения участков поездами и станций вагонным парком. В утяжеленном и тяжелом режимах - ликвидация перенасыщения участков поездами и восстановление нормального режима. В аварийном режиме - быстрейшая ликвидация и предотвращение распространения сбоя движения поездов.
Для регулирования насыщения участков поездами и распределения поездопотоков на разветвленных полигонах использованы теория графов и потоки в сетях. На рис. 13 представлена разветвленная сеть железных дорог, пронумерованы станции и указана пропускная способность участков.
Рис. 13. Граф разветвленного полигона
Максимальная величина потока между станциями 1 и 15 равна 125 поездам. Максимальный поток (пропускная способность полигона) определен с помощью одного из основных понятий теории сетей - разреза. Разрез определяется как множество участков, исключение которых из сети изолирует источник (1) от стока (15). Разрез проходит по участкам с максимальным использованием пропускной способности (штрихпунктирная линия на рис. 13). Поэтому сумма наличной пропускной способности участков, входящих в разрез, составляет пропускную способность разветвленного полигона сети железных дорог. Это определение имеет большое практическое значение и помогает найти ответы на следующие вопросы:
1. Как изменение наличной пропускной способности отдельных участков влияет на общую пропускную способность полигона сети? Например, повышение наличной пропускной способности участка 1-2 (см. рис. 13) на 35 поездов/сутки обеспечивает соответствующее увеличение общей пропускной способности сети. А повышение наличной пропускной способности других отдельно взятых участков или участка 1-2 больше, чем на 35 поездов/сутки, никакого эффекта не дает.
2. Какие участки являются "узким местом" и лимитируют общую пропускную способность? Это участки, входящие в разрез.
3. В какой очередности надо увеличивать пропускную способность участков, чтобы возросла общая пропускная способность сети? Начинать всегда надо с участков, составляющих разрез.
В оперативных условиях вследствие временного возрастания потока или уменьшения пропускной способности участков часто весь заданный поток не может быть пропущен по кратчайшему пути. И тогда возникает задача нахождения промежуточной величины заданного потока между общим максимальным потоком (125 поездов/сутки) и следующим только по кратчайшему пути (1-4-8-11-13-15) (60 поездов/сутки). В табл. 1 представлены дополнительные пути следования между станциями 1 и 15 для пропуска потока свыше 60 поездов/сутки.
Таблица 1. Распределение поездопотоков на разветвленном полигоне
|
Размеры потоков поездов/сут |
Дополнительные пути следования потоков |
Лимитирующие участки |
Увеличение пути следования по сравнению с кратчайшим, км |
|
|
61-90 91-110 111-115 116-120 121-125 |
1-2-5-9-11-13-15 1-3-7-12-15 1-4-3-7-12-13-15 1-4-3-7-13-15 1-4-3-7-13-14-15 |
1-2, 11-13 1-3, 12-15 7-12 13-15 3-7 |
95 170 230 250 310 |
Таблица 1 может заблаговременно строиться для полигонов дорог и сети и использоваться в оперативном планировании и управлении поездной работой.
При сменно-суточном планировании с помощью табл. 1 можно проверить:
- не превышает ли заявленная соседними дорогами сдача поездов максимального потока. При превышении часть поездов должна сдаваться по другим междорожным стыкам;
- не превышает ли заявленная соседними дорогами сдача поездов пропускной способности кратчайшего направления. При превышении по табл. 1 выбираются кружные пути направления поездов.
В оперативном управлении при увеличении поездопотока или уменьшении пропускной способности участков (при предоставлении "окон" или других перерывах в движении) заблаговременно можно определять, может ли поездопоток быть пропущен по кратчайшему направлению или не превышает ли он максимального потока.
Сформулированы технологические принципы оперативного управления перевозочным процессом:
1) управлять можно только предстоящими событиями, прошедшие и происходящие в настоящее время события можно лишь фиксировать или анализировать;
2) диспетчерский аппарат должен заблаговременно сопоставлять и приводить в соответствие:
- предстоящие размеры движения поездов с пропускной способностью линий;
- подводимый вагонопоток с перерабатывающей способностью сортировочных станций;
- количество и время доставляемых местных вагонов с выгрузочной способностью грузовых фронтов;
- число формируемых составов с наличием локомотивов, локомотивных бригад и "ниток" графика движения и т.д.
Первый принцип может быть реализован на втором (прогнозном) этапе развития диспетчерских центров. Тогда станет возможным:
- изменить характер работы диспетчерского аппарата: вместо фиксации прошедшей работы - планировать и управлять предстоящей эксплуатационной работой;
- перейти от управления поездной работой на отдельных участках к управлению на разветвленных полигонах и направлениях;
- регулировать насыщение участков поездами и станций вагонным парком;
- заблаговременно "развязывать" узлы, т.е. балансировать прибытие поездов, расформирование, составообразование, обеспечение составов локомотивами и локомотивными бригадами, отправление поездов;
- при необходимости перераспределять сортировочную работу между станциями;
- обеспечить своевременное поступление местных вагонов на станции назначения и максимально использовать выгрузочные способности грузовых фронтов.
Второй принцип определяет основные технологические задачи диспетчерского аппарата. Первая часть этого принципа - "сопоставление" может быть реализована на втором (прогнозном) этапе развития центров управления, а задачи "по приведению в соответствие" - на третьем (управляющем) этапе развития.
Для реализации сформулированных в диссертации задач по регулированию насыщения участков поездами и станций вагонным парком разработана технология работы дорожных диспетчеров. Предложено в графиках исполненного движения не дублировать "пониточное" следование поездов, которое сохраняется на уровне поездного диспетчера. В соответствии с агрегированием информации на разных уровнях управления для дорожного диспетчера разработан бланк графика исполненных поездопотоков. Подход поездов к участкам прогнозируется с помощью "часовых периодов". На основе такого прогнозирования дорожный диспетчер получил возможность регулировать насыщение участков поездами.
Современный технологический процесс работы сортировочной станции содержит две важнейшие составляющие: последовательность операций и нормы времени на их выполнение. Установлено, что для соблюдения этих двух составляющих необходима третья составляющая - создание оптимальных условий работы. Для создания оптимальных условий работы сортировочных станций разработана технология работы дорожных диспетчеров, предусматривающая балансирование или приведение в соответствие размеров поступления, расформирования составов, составообразования, обеспечения составов локомотивами и локомотивными бригадами, отправления поездов. Предусмотрено выявление "узких мест", замедляющих или уменьшающих объем переработки вагонов. Для их устранения предложен набор регулировочных мер. При необходимости предусмотрено перераспределение сортировочной работы между техническими станциями.
Для своевременного обеспечения составов локомотивами разработан балансовый метод регулирования локомотивного парка. Целевая функция минимизирует простой составов в ожидании отправления, резервный пробег локомотивов, простой локомотивов в ожидании составов. В соответствии с планом составообразования балансируется прибытие и отправление поездов по всем станциям участка обращения локомотивов на планируемый период. прикрепление локомотивов к составам и "ниткам" графика движения начинается со станций, имеющих избыток локомотивов, затем имеющих их недостаток. Для сокращения локомотиво- и вагоно-часов рассматриваются варианты перекрепления локомотивов к другим составам и "ниткам" графика движения.
Одна из задач оперативного управления перевозочным процессом - обеспечение погрузки порожними вагонами. Процесс регулирования вагонного парка предлагается организовать на основе разделения сети железных дорог на балансовые зоны по каждому роду порожних вагонов и суточные пояса вокруг пунктов массовой погрузки.
Математическая постановка задачи определения балансовых зон для каждого типа порожних вагонов предполагает, что на транспортной сети находится n станций, на каждой из которых имеется избыток mj порожних вагонов определенного рода (j 1, 2, …, n), и k районов и пунктов массовой погрузки грузов с потребностью Mi порожних вагонов определенного рода (j 1, 2, …, n). Количество порожних вагонов каждого рода на станциях избытка не меньше суммарной потребности в них в пунктах массовой погрузки. На транспортной сети для дуг, соединяющих любые две соседние станции, известны расстояние, участковая скорость следования поездов и пропускная способность, которые зависят от технического оснащения и уровня загрузки участков.
Разбиению всей сети железных дорог на балансовые зоны по каждому роду порожних вагонов соответствует решение следующей оптимизационной задачи:
(6)
(7)
(8)
(9)
, (10)
где в качестве целевой функции принята минимизация суммарного пробега порожних вагонов до пунктов массовой погрузки на сети (6) со следующими ограничениями: сумма порожних вагонов, отправленных со станции j, не превышает имеющегося на ней избытка (7); избыток порожних вагонов на станциях сети равен их потребности в пунктах массовой погрузки (8); то же для каждой балансовой зоны (9); наличная пропускная способность участков следования порожних вагонов не меньше потребной (10).
Сформулирована задача прикрепления пунктов избытка и недостатка порожних вагонов на сети железных дорог, минимизирующая расходы на их перемещение.
Планировать использование вагонов предлагается на протяжении такого числа циклов оборота вагона, которое соответствует периоду планирования перевозок. Регулирование парка порожних вагонов должно включать планирование их образования, обеспечения поступления на дороги выгрузки в размере технического плана, управление погрузкой по дорогам назначения.
Регулировать парк порожних вагонов необходимо на основе технико-экономических расчетов. Критериями могут быть: минимум порожнего пробега (эксплуатационных расходов); максимум размера погрузки (вагонов, тонн); максимум получения доходов (провозной тариф); приоритетное обеспечение погрузки определенных грузов, районной погрузки или завоза грузов в определенные регионы.
В четвертой главе "Совершенствование технологии эксплуатационной работы" определены направления развития организации вагонопотоков, комплексного использования пропускной и провозной способности участков, автоматизации планирования и управления местной работой.
При несоответствии числа формируемых составов и необходимого количества локомотивов и локомотивных бригад; затруднениях со своевременной переработкой вагонопотоков, отправлении составов со станции; значительным увеличением или уменьшением мощности вагонопотоков - эффективным способом управления перевозочным процессом является оперативная корректировка плана формирования (табл. 2).
Таблица 2. Причины и методы оперативной корректировки плана формирования
|
№№ п/п |
Прогнозирование затруднений в эксплуатационной работе |
Оперативная корректировка плана формирования |
Ожидаемый результат |
Эффективность |
|
|
1. |
Часть составов не обеспечена локомотивами в планируемом периоде |
Формирование дополнительных более дальних назначений поездов |
Временное уменьшение числа формируемых составов |
Сокращение простоя составов в ожидании локомотивов |
|
|
2. |
Снижение размеров движения на прилегающих участках |
Формирование дополнительных более дальних назначений поездов |
Приведение в соответствие числа формируемых составов и возможностей их отправления |
Сокращение простоя составов в ожидании отправления |
Подобные документы
Оптимизация перевозочного процесса на российских железных дорогах. Разработка интегрированной корпоративной информационно-управляющей системы "Сириус" на Горьковской железной дороге. Уровни оперативного диспетчерского управления перевозочным процессом.
реферат [535,2 K], добавлен 14.12.2012Определение расчетного вагонопотока на планируемый период. Анализ показателей использования грузовых вагонов. Время оборота поездного локомотива для заданного участка обращения, потребное количество локомотивов, среднесуточный пробег и производительность.
контрольная работа [70,6 K], добавлен 06.10.2011Общая характеристика железнодорожного транспорта, а также анализ управления и направления его реформирования в России. Сущность транспортного процесса и эксплуатационной работы. Описание основных мер обеспечения безопасности движения на железной дороге.
курс лекций [291,6 K], добавлен 07.11.2010Определение расчетного вагонопотока на планируемый период, показателей использования грузовых вагонов, показателей использования поездных локомотивов, сокращения потребности в вагонном парке. Суточное поступление вагонов в переработку на опорную станцию.
контрольная работа [57,8 K], добавлен 14.05.2009Характеристика работы станции. Классификация станций и организация работы. Технические устройства и размещение промежуточных станций. Устройства для грузовых операций. Классификация, специализация и нумерация путей. Нумерация стрелочных участков.
курсовая работа [51,3 K], добавлен 16.11.2008Внедрение средств контроля и диагностики для перехода на прогрессивные ремонтно-восстановительные методы обслуживания аппаратуры. Средства железнодорожной автоматики инфраструктуры для обеспечения централизации управления перевозочным процессом.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 28.03.2009Исследование положения железнодорожного транспорта в общем балансе грузовых перевозок в Украине. Изучение финансово-экономического состояния железных дорог. Подсистема оперативного прогнозирования простоев прибывающих поездов на основе системы ANFIS.
статья [104,2 K], добавлен 20.03.2015Технико-экономическая характеристика исследуемой станции, принципы оперативного управления на ней. Классификация нарушений безопасности движения, организация контроля. Комплексные ревизии. Оценка пользы регламентации наказаний, информационная среда.
отчет по практике [43,3 K], добавлен 02.03.2015Утверждение Системы технического регулирования на железнодорожном транспорте 14 июня 2006 года. Образование в 2004 году Центрального органа Системы сертификации на федеральном железнодорожном транспорте на базе Управления инфраструктуры и перевозок.
презентация [82,5 K], добавлен 30.05.2014ДИСПАРК - автоматизированная система оперативного управления перевозками, функциональные возможности, эффективность; поездная, вагонная, локомотивная модели дороги. Разработка структурной схемы информационной обработки поезда при его пропуске по участку.
контрольная работа [47,7 K], добавлен 08.05.2011
