УДК 625.42:004

Автоматизация планирования работы ЭПС метрополитена

Сидоренко Валентина Геннадьевна - доктор технических наук, профессор Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), Москва, Россия.
Сафронов Антон Игоревич - кандидат технических наук, доцент МИИТ, Москва, Россия.
Филипченко Константин Михайлович - ассистент МИИТ, Москва, Россия.

Automation of Operations Scheduling of Metro Electric Rolling Stock

Аннотация
Рассмотрены вопросы автоматизации составления графика оборота электроподвижного состава метрополитена, организации отдельных его этапов. Описан алгоритм автоматизированного назначения технического обслуживания подвижного состава первого объёма. Определены атрибуты линии, оказывающие влияние на реализацию алгоритма, на примере Московского метрополитена.

Ключевые слова: метрополитен, электроподвижной состав, технологический процесс, автоматизация, плановый график движения, график оборота.

Московский метрополитен остаётся одним из самых высоконагруженных транспортных предприятий мира. Постоянно растущие потребности в перевозках подталкивают к рациональному использованию ресурсов (в частности, энергомощностей парка подвижного состава), совершенствованию организации планирования движения электропоездов.

Согласно правилам технической эксплуатации основой организации движения поездов является плановый график движения (ПГД), объединяющий работу всех подразделений метрополитена [1]. Для создания ПГД необходимо определить его составные элементы, в число которых входит график оборота (ГО) подвижного состава. График оборота - это план работы электроподвижного состава (ЭПС), то есть график проведения осмотров и ремонтов, а также ночной расстановки маршрутов [5]. Составление ГО и ПГД требует обработки большого объёма информации, поступающей из различных служб метрополитена.



Рис. 1. Схема технологического процесса.

Предлагаемая статья касается только части стоящих за всем этим задач - автоматизации составления графика оборота подвижного состава. Процесс подготовки такого графика включает в себя несколько этапов:

- сбор и анализ данных, являющихся исходными для построения ГО и ПГД;
- составление предварительного варианта (эскиза, макета, прототипа) ГО;
- модификацию ГО в процессе составления ПГД.

Рассмотрим каждый из этих этапов детально.

1.

Начнём с технологического этапа сбора и анализа исходных данных. Диаграмма этого процесса, выполненная с использованием нотации ЕРС (Event-driven Process Chain - событийная цепочка процессов) [2], была построена в электронном виде. Она формализует процесс, описывает информационные потоки, позволяет определить множества задействованных в процессе лиц и необходимых им для решения поставленных задач инструментов. С формализованной основой удобно работать, рассматривая её на разных уровнях детализации. Укрупнённая диаграмма (схема) представлена на рис. 1. В выбранной нотации два типа элементов: события и функции.

Функции - активные элементы, обозначающие действия, выполняемые в течение некоторого промежутка времени. Образом функции на диаграмме является прямоугольник с закруглёнными углами. Функция может быть декомпозирована.

Событием выступает состояние, которое встречается перед или после функции, оно фиксирует значения определённых параметров в определённый момент времени. Образом события на диаграмме обозначен шестиугольник. Подобные диаграммы всегда должны начинаться с события и заканчиваться событием.

Функции и события соединяются в поток управления, задающий им хронологическую последовательность и логическую взаимосвязь.

Процесс, реализующий поток управления, может быть не только линейным, но и содержать ветвления разного рода. В таком случае функции и события связываются не при помощи рёбер, а посредством логического соединителя - элемента управления, определяющего ветвление потока управления в зависимости от завершения выполнения функции или возникновения событий. На рис. 1 использованы следующие логические соединители (взаимосвязи):

- строгая дизъюнкция (XOR) означает, что после завершения выполнения функции произойдёт только одно из событий;
- конъюнкция (^) может иметь одно из двух значений: а) ветвление означает, что поток управления делится на подпотоки, которые запускаются одновременно и параллельно; б) объединение означает, что подпотоки управления синхронизируются, чтобы слиться в единый поток управления.

Условные обозначения «ветвление» и «объединение» совпадают с условным обозначением конъюнкции (^). Графика, примыкающая к знаку, позволяет различать эти логические соединители.

Цифрой 1 в круге обозначается разрыв потока управления. Данная фигура применена для компактного размещения диаграммы на листе.

С целью определения множества задействованных в процессе лиц и необходимых для решения поставленных задач инструментов, а также информационных потоков полное описание функций должно содержать следующие атрибуты:

- владелец процесса - лицо, выполняющее функции;
- данные - входная информация для выполнения функции;
- источник данных документ или база данных, из которых получается входная для выполнения функции информация;
- средства автоматизации - программное обеспечение, при помощи которого исполняется данная функция;
- исходящий документ - документ или база данных, содержащие информацию, полученную после выполнения функции.

На рис. 2 изображён пример полного графического описания функции выбора режимов ведения поездов по перегонам. Точки А и Б соответствуют одноимённым точкам на рис. 1. Овалом обозначен владелец процесса, цилиндром - источник данных, тёмным прямоугольником - данные, серым прямоугольником - средства автоматизации, фигурой (2) - исходящий документ.



В таблице 1 представлены атрибуты всех функций рассматриваемого процесса.





На Московском метрополитене внедрено несколько целевых автоматизированных систем:

- автоматизированная система контроля оплаты проезда;
- автоматизированная система построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена [3];
- автоматизированная система энергооптимальных расчётов (АСЭР) [4];
- система интерактивного составления расшифровок смен локомотивных бригад.

2.

Задачей составления ГО является реализация системы плановых технических осмотров и различных видов технического обслуживания и ремонтов, проводимых периодически в соответствии с наработкой (пробегом) вагонов.

Техническое обслуживание 1-го объёма (ТО-1) проводится по прибытии поезда в депо (парк) для проверки технического состояния оборудования и подготовки вагонов к последующей работе, а также поддержания санитарно-гигиенического состояния подвижного состава. Отказы оборудования и систем вагонов, а также неисправности, влияющие на безопасность движения, устраняются немедленно. Неисправности, не влияющие на безопасность движения, не связанные с удобством перевозки пассажиров и требующие значительного времени на их устранение, фиксируются в специальном журнале и устраняются при проведении последующих видов технического обслуживания большего объёма или в процессе реализации текущего ремонта.

Информация о проведении технического обслуживания большего объёма, чем ТО-1, или текущего ремонта в соответствии с описанным технологическим процессом сбора и анализа данных поступает в группу инженеров-графистов из депо. Работы упомянутых выше разновидностей обслуживания выполняются в депо специализированными ремонтными бригадами. Осмотры старших объёмов (ТО-2, ТО-3, ТО-4) назначаются сотрудниками депо. У инженеров-графистов есть возможность выбора времени начала проведения таких осмотров с учётом изменения парности движения в течение дня.

Для всех маршрутов (состав с присвоенным ему на сутки номером), ночующих в депо, там проводится ТО-1. Для маршрутов, оставшихся ночевать на линии в линейных пунктах отстоя подвижного состава, встаёт задача назначения ТО-1 в процессе работы составов на линии с заданной периодичностью. Таким образом, при составлении инженерами-графистами предварительного варианта ГО основной задачей становится назначение ТО-1.

В качестве критерия оценки качества построения ГО выбран средний квадрат рассогласования желаемого и реального времён начала осмотра. Под желаемым временем будем понимать время, доставляющее равномерность назначения ТО-1. Тогда критерий призван указывать величину отклонения от равномерного назначения без учёта знака.

Решая задачу автоматизированного построения ГО, целесообразно использовать «венгерский алгоритм» (алгоритм Манкреса-Куна) [5], который обеспечивает оптимальное по выбранному критерию назначение. Вместе с тем при согласовании ПГД с оптимальным решением задачи назначения ТО-1 может возникнуть потребность в значительном изменении ПГД, что нежелательно. Отсюда актуально иметь всё множество возможных назначений, позволяющее выбрать то, которое, с одной стороны, будет соответствовать построенному ПГД, а с другой - минимально отличаться от оптимального, полученного в результате применения венгерского алгоритма.

Для решения задачи в такой постановке целесообразно использовать метод, реализующий рекурсивное построение назначения. Рекурсивный метод основывается на аппарате дискретного варианта динамического программирования Беллмана [6].

В зависимости от этапа процесса автоматизированного составления ГО пользователь может выбрать один из двух способов решения.

Схема, учитывающая приведённое только что суждение, представлена на рис. 3.



Алгоритм начинает работу в блоке 1. В блоке 2 осуществляется ввод выбранного типа алгоритма (венгерский или рекурсивный) назначения ТО-1. В блоке 3 выполняется загрузка информации для алгоритма. В блоке 4 формируются множества (коллекции) объектов, определяются связи между ними. В блоке 5 предусмотрены действия по преобразованию исходных данных, необходимые для анализа возможности реализации всех потребных ТО-1 при заданных условиях. В блоке 6 анализируется сама эта возможность реализации (реализуемость) ТО-1. Если условия реализуемости выполняются, то управление передаётся из блока 7 в блок 8, где осуществляется выбор алгоритма, в ином случае управление передаётся в блок 14.

В случае выбора рекурсивного алгоритма управление из блока 8 передаётся в блок 9, в котором этот алгоритм реализован. При выборе венгерского алгоритма управление переходит в блок 10, там идёт подготовка матрицы весовых коэффициентов. В блоке 11 непосредственно реализуется венгерский алгоритм.

После решения задачи назначения ТО-1 одним выбранным способом управление передаётся в блок 12, в котором полученные результаты преобразуются в вид, удобный для их анализа и визуализации. В блоке 13 выполняется анализ полученных результатов, а блок 14 реализует действия по визуализации этих результатов. Алгоритм заканчивает свою миссию в блоке 15.

3.

Устанавливаемые в блоке 4 рассмотренного алгоритма связи между объектами задаются, в частности, атрибутами линии. Одной из задач, решаемых в блоке 5, является определение ресурсов, имеющихся для подготовки назначений TO-1. Наличие этих ресурсов также зависит от атрибутов линии. Есть свой их набор, влияющий на построение ГО (см. рис. 4).

Набор атрибутов, приведённых на рис. 4, мотивирован следующими соображениями. Техническое обслуживание 1-го объёма может проводиться не только в депо, но и линейных пунктах технического осмотра (ПТО). ГО определяется атрибутами обслуживающих линию депо и линейных ПТО. На линии метрополитена отсутствует линейный ПТО, когда ёмкость депо достаточна для проведения всех видов технического обслуживания. В зависимости от условий эксплуатации, при изменении топологии линии (её продлении, закрытии участков, соединении с другими линиями) ПТО могут открываться или закрываться.

Некоторые линии обслуживаются составами, приписанными только к одному депо. Линии, для обслуживания которых ёмкости одного депо недостаточно, используются несколькими (на Московском метрополитене - не более трёх).

Как правило, парковые пути депо подходят к станционным путям топ линии, которую оно обслуживает. Однако есть случаи, когда выход составов из депо осуществляется на пути другой линии с последующей перегонкой (чаще всего в режиме резервного поезда) на обслуживаемую линию. Этот атрибут модификации учитывается на этапе согласования ГО и ПГД.

Имеют место случаи, когда депо обслуживает более чем одну линию. Этот факт важен при подготовке исходных данных для построения ГО в рамках технологического процесса сбора и анализа данных, базовых при создании и ГО, и ПГД (см. рис. 1). Для каждой из обслуживаемых линий график оборота ЭПС строится отдельно.

На этапе согласования ГО и ПГД существенное значение приобретает информация о том, на какой главный путь выходят составы из депо. На радиальных линиях отображение всех перемещений составов между депо и главными путями выполняется совместно. Особым случаем является организация движения на Кольцевой линии. В её состав входят два независимых пути, каждый из которых остаётся замкнутым контуром. В связи с этим отображение перемещений составов между депо и каждым из двух путей рационально разделить, введя понятие «виртуального» депо, дополняющего физическое. При этом строится единый ГО [3].

Разработан программный продукт, реализующий представленную в статье процедуру автоматизированного назначения ТО-1. Идёт его апробация применительно к различным линиям Московского метрополитена.

Проведённые расчёты показали приемлемость процедур и сроков получения результатов и соответствие итоговых ГО эксплуатационным требованиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила технической эксплуатации метрополитенов РФ / Г. И. Минаев. С. Б. Сухов. А. Г. Фёдоров. М. В. Фурсаев. С.Н. Мизгирёв. - М.: Изд. центр ТА Инжиниринг. - 2003. - 128с.
2. Anni Tsai et al. (2006). EPC Workflow Model lo WIFA Model Conversion. In: 2006 IEEE International Conference on Systems. Man. and Cybernetics. Taipei. Taiwan, pp. 2758-2763.
3. Сафронов А. И., Сидоренко В. Г. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта. - 2011. - № 3. - С. 98-105.
4. Автоматизированная система выбора энергооптимальных режимов управления движением поезда метрополитена / Л.А. Баранов, М.А. Васильева, А. В. Ершов, В. М. Максимов, И.С. Мелёшин // Вестник МИИТ. - 2008. - № 19. - С. 3-10.
5. Форд Л. Р., Фалкереон Д. Р. Потоки в сетях. - М.: Мир. - 1966. - 276 с.
6. Белман Р. Э. Динамическое программирование. - Л.: Иностранная литература. - 1960. - 400 с.

Статья поступила в редакцию 24.12.2014, принята к публикации 16.04.2015.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Автоматизация планирования работы ЭПС метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко, К. М. Филипченко // Мир транспорта. - 2015. - №4 (59). - С.154-165.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24951528

Вложение: 13420650_elibrary.pdf

Сафронов А.И., к.т.н.

ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕННЫХ «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОКОН» НА ПРОЦЕСС ПЛАНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

За последний год на Московском метрополитене участились плановые закрытия центральных участков его линий с целью проведения на них длительных (в объёме 26 часов) ремонтных работ. Во время плановых закрытий участков, получивших название увеличенных «технологических окон» по аналогии с утверждённой терминологией, действующей на магистральных железных дорогах, проводятся:

- косметический ремонт станций,
- замена осветительных приборов,
- диагностика и ремонт главных путей,
- диагностика программно-аппаратных фрагментов станций,
- другие работы.

Организация увеличенных «технологических окон» на метрополитене связана с необходимостью поддержания должного уровня безопасности при перевозках пассажиров. «Технологические окна» оказывают значительное влияние на планирование перевозочного процесса.

Одной из задач, возникающих при этом в Службе Движения, является составление таблиц для выписки поездных расписаний (раскладок). Этот документ позволяет значительно ускорить процесс формирования карточек для машинистов, проделываемый, в большинстве случаев, вручную. Оператору не требуется постоянно иметь перед глазами график движения поездов, ему достаточно знать только времена отправления поездов с конечных станций. Раскладка составляется с дискретизацией в пять секунд, по ней оператор может быстро определить, например, следующее: если движение некоторого поезда начинается в 6:48:35, ему необходимо найти раздел с 8 минутами и в нём столбец с 35 секундами на конечной станции. Далее, в том же столбце, оператор находит готовое расписание поезда на каждой последующей станции. Пусть, во второй строке указано значение 1-05, что соответствует отправлению того же поезда со следующей станции в 6:51:05.

Долгое время раскладки не требовалось печатать столь интенсивно, сколь того потребовали условия проведения «технологических окон». Формирование раскладок в нужном виде автоматизировано не было.

Разработанный автором алгоритм различает Кольцевую, радиальные и линии с «вилочным» движением, он позволяет учитывать в расчёте времена хода только по указанному участку.

Для Кольцевой линии введена возможность «замыкания кольца» при расчёте времён хода по последовательности станций, отличающейся от заложенной в базу данных.

Алгоритм чувствителен и к линиям с «вилочным» движением, предоставляя возможность формирования раскладок к наиболее интересным участкам, среди которых:

- Киевская - Международная;
- Международная - Александровский Сад;
- Варшавская - Речной Вокзал (и обратно).

Программный модуль содержит как интерфейсную (интерактивно отображающую все выполненные изменения) часть, в которой оператор просматривает сведения о суммарном времени хода по участку и распределении его по перегонам, так и формальную (на бумажном носителе в утверждённом формате) часть.

Органами управления являются списки, позволяющие выбирать станции начала и окончания отсчёта (участка). Они размещены в диалогах для редактирования времён хода и настройки параметров печати.

Особую задачу обуславливают увеличенные «технологические окна», проводимые на окраинах Москвы, где для движения поездов используется только один из главных путей и применяется технология «челночного» движения. Автоматизация построения планового графика движения с «челночным» движением по участкам линий является одним из перспективных направлений развития автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена, над которой работает автор в настоящее время.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Влияние увеличенных «технологических окон» на процесс планирования движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды XVI научно-практической конференции «Безопасность Движения Поездов». - М.: МИИТ. - 2015. - C. II-116-II-117.

Вложение: 13420608_bdp2015safronov.pdf

М. А. Чжо (Мьянма)
Аспирант
А. С. Петров (Россия)
Студент
В. Г. Сидоренко (Россия)
Доктор технических наук, профессор
А. И. Сафронов (Россия)
Кандидат технических наук
МГУПС (МИИТ), г. Москва

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Рассмотрен один из подходов к описанию действии по автоматизированному построению планового графика движения поездов (ПГД). Отмечается, что построение ПГД может проводиться с разной степенью использования средств автоматизации и в настоящее время ведутся инициативные работы по модернизации АСППГД ППМ с использованием современных технологий программирования.

Ключевые слова: автоматизация, выполнение действии, построение ПГД, инициализация, проверка возможности выполнения действия

Автоматизация построения планового графика движения поездов (ПГД) - важная для метрополитенов задача, во многом определяющая безопасность движения и качество обслуживания пассажиров [1; 2]. Решение этой задачи требует комплексного подхода, включающего в себя несколько аспектов:

- выявление бизнес-процессов, возникающих в ходе решения задачи планирования перевозочного процесса;
- анализ опыта сотрудников, задействованных в построении ПГД, в первую очередь инженеров-графистов;
- разработка методики автоматизированного построения ПГД и бизнес-процессов, возникающих в ходе решения задачи планирования перевозочного процесса с использованием средств автоматизации;
- выбор технологий создания средств автоматизации, в первую очередь программного обеспечения;
- разработка интерфейса средств автоматизации, дружественного пользователю;
- разработка методики обучения сотрудников взаимодействию с внедряемыми средствами автоматизации.

В рамках данной статьи рассмотрены вопросы снижения психологической нагрузки на сотрудников метрополитенов, которая возникает при внедрении средств автоматизации. Одним из путей решения этой задачи является акцент на наследовании методов построения ПГД при переходе от ручного построения к автоматизированному построению. Такое наследование возможно в том случае, когда правила работы со средствами автоматизации описываются в терминах, давно знакомых пользователю. В статье рассмотрен подход к описанию действий по автоматизированному построению ПГД.

В основе автоматизированного построения ПГД лежит выполнение действий (императивов) над объектами ПГД [3].

Выделяются следующие типы объектов (ресурсов) линии, которые используются при синтезе планового графика и входят в состав модели системы: путь p; станция s; точка остановки рs, которой может быть платформа станции или другая точка главных путей, в которой поезд может остановиться для изменения направления движения; депо d; точка ночной расстановки маршрутов рNR пункт осмотра подвижного состава pOst пункт регулировочного отстоя рOts (место на линии, где находятся маршруты, не участвующие в пассажирском движении); тип ремонта или осмотра подвижного состава rT, маршрут т (состав с присвоенным ему на сутки номером, который определяет его движение в соответствии с плановым графиком и графиком оборота составов); задание z, описывающее движение между точками остановки (в качестве задания может выступать движение по перегону, пути оборота или соединительной ветке между главными путями линии и путями депо).

Реализация действий влечёт за собой изменение множеств ниток графика, элементов расписания и ремонтов, описывающих поведение системы, или изменение значений предикатов, то есть отношений между дескрипторами (элементами множеств ресурсов и множеств, описывающих поведение системы).

Выделяются подмножества предикатов, отражающие связь между разными типами дескрипторов: нитками и интервалами времени; нитками и другими нитками: нитками и другими объектами; маршрутами и депо; маршрутами и пунктами осмотра; маршрутами и точками ночной расстановки; маршрутами и пунктами регулировочного отстоя.

Действия классифицируются по набору объектов, чьи свойства меняются в процессе выполнения действий, а также степени сложности и укрупнения, зависящей от числа ниток и связанных с ними объектов, свойства которых меняются в результате его реализации.

Выделяются следующие подмножества действий: организации работы депо; пунктов осмотра; точек ночной расстановки составов; пунктов регулировочного отстоя; изменения свойств ниток.

Простейшими действиями являются действия, изменяющие свойства отдельных ниток: создание, удаление; изменение станции начала или конца; изменение расписания (перемещение, ввод сверхрежимной стоянки); изменение связен между нитками, определение маневровых перемещений в начале и конце; назначение маршрута.

Более сложными действиями являются те, в которых одно и то же действие применяется к группе ниток, например:

- создание или удаление ниток на заданном интервале времени;
- перемещение группы или последовательности ниток;
- изменение способа отображения оборотов у группы ниток;
- привязка к множеству точек ночной расстановки;
- отправка составов в депо (на другую линию) или выход составов из депо (с другой линии);
- выравнивание интервалов между двумя «короткими» поездами;
- и другие.

Следующим уровнем автоматизации является реализация логико-трансформационных правил, которые представляют собой последовательное выполнение различных действий в соответствии с заданным алгоритмом и исходными данными с последующей оценкой результата выполнения. К таким правилам относятся: выравнивание интервалов между всеми поездами на заданном интервале времени; создание фрагментов равномерного ввода и снятия составов; уход составов в ночную расстановку и выхода из неё утром.

Выполнение этих действий при различных исходных данных с последующей отменой, т.е. возвращением объектов линии и ПГД в исходное состояние, позволяет организовать рекурсивные процедуры автоматизированного построения ПГД.

Описание действий включает в себя: инициализацию; проверку условий реализуемости; сохранение информации об исходном состоянии объектов; выполнение действий над объектами; выполнение действий над образами объектов; предоставление возможности выполнения обратного действия, применение которого возвращает систему в исходное состояние (отмена действия); запоминание выполненных простейших действий (при выполнении групповых действий или логико-трансформационных правил).

Описание действий удобно выполнять не в традиционной форме схем алгоритмов, а на основе модели, отражающей причинно-следственные связи между событиями. Одним из способов такого описания является использование сетей Петри. В качестве примера на рис. 1 приведена сеть Петри, описывающая действие изменение станции начала или конца нитки. На графе основной акцент сделай на инициализации действия и проверке условий его реализуемости.



Инициализация включает в себя несколько этапов: выбор действия; выбор одной (для простейших действий) или группы ниток (для групповых действий), к которым это действие будет применяться; это не относится к действию создания ниток; выбор объекта, связь которого с ниткой будет изменяться; задание параметров действия.

В таблице представлены соответствующие совокупности для простейших действий.



В общем случае условия реализуемости включают в себя проверку возможности выполнения действия соответствии:

- со статической информацией, определяемой данными линии и не изменяемой при построении ПГД, являющейся ограничениями на область решения задачи, определяемыми взаимоотношениями между объектами линии;
- с динамической информацией, определяемой текущими предикатами между объектами, изменяемыми при построении ПГД.

Для рассматриваемого действия изменения станции начала или конца нитки Условия реализуемости включают в себя проверку возможности использования выбранной станции в качестве начальной/конечной станции в соответствии:

- со статической информацией - наличием точек ночной расстановки, путевого развития;
- с динамической информацией - совпадение станций начала и конца нитки, наличием связи нитки с другими нитками или точками ночной расстановки.

На рис. 2 представлена детализация переходов «Сохранить информацию об исходном состоянии нитки», «Выполнить действия над ниткой», «Выполнить действия над образом нитки», которые рационально выполнять с использованием традиционных схем алгоритмов, так как в них уже нет взаимодействия с пользователем. На схеме детализирован переход «Выполнить действия над ниткой».



В 2004 году на Московском метрополитене внедрена разработанная на кафедре «Управление и защита информации» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)) автоматизированная система построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ).

За время эксплуатации система показала свою эффективность. Она используется для построения ПГД для всех линий Московского метрополитена, которые значительно различаются между собой по своим свойствам, количеству и взаимодействию объектов.

Построение ПГД может проводиться с разной степенью использования средств автоматизации. Интерфейс системы претерпел за время эксплуатации некоторые изменения в соответствии с требованиями пользователей. В настоящее время ведутся инициативные работы по модернизации АСП ПГД ППМ с использованием современных технологий программирования.

Список литературы

1. Минаев, Г. И. Правила технической эксплуатации метрополитенов РФ [Текст] / Г. И. Минаев, С. Б. Сухов, А. Г. Фёдоров, М. В. Фурсасв, С. Н. Мизгирёв. - М.: ЗАО «Изд. центр "ТА Инжиниринг"». - 2003. - 128 с.
2. Калиничев, В. П. Метрополитены В. П. Калиничев. - М.: Транспорт. - 1988. - 280с.
3. Сафронов, А. И. Построение планового графика движения для метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2011. - №3. - С. 98-105.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Методика автоматизации построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, М. А. Чжо, В. Г. Сидоренко, А. С. Петров // Транспорт и образование: актуальные вопросы и тенденции: материалы международной научно-практической конференции. - Челябинск: ЧИПС УрГУПС. - 2015. - С. 74-80.

Вложение: 13420567_miit.pdf

УДК 656.42 : 656.25-52 : 656.22.05

В.Г. Сидоренко, А.И. Сафронов

МЕТОДИКА ВЫРАВНИВАНИЯ ИНТЕРВАЛОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ РЕСУРСОВ

Современные требования, предъявляемые к качеству организации перевозочного процесса в транспортных системах, обуславливают внедрение принципиально новых информационных технологий, которые отличаются эффективностью, быстродействием, точностью вычислений и способностью учитывать неформализуемые требования специалистов, решающих эти вопросы.

Одной из главных транспортных систем города Москвы по праву называют метрополитен. Ежедневно по линиям метрополитена пропускается более десяти тысяч поездов. Он надежно связывает центр города с промышленными районами и жилыми массивами. На сегодняшний день доля Московского метрополитена в перевозке пассажиров среди других транспортных систем столицы составляет 56%. По интенсивности движения, надежности и объемам перевозок Московский метрополитен занимает первое место в мире [1].

В 2004 году усилиями специалистов Московского метрополитена и кафедры «Управление и защита информации» Московского государственного университета путей сообщения (МГУПС (МИИТ)) было осуществлено внедрение автоматизированной системы построения планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена, обладающей модульным принципом построения, подразумевающим возможность её непрерывной модернизации [2]. Система предоставила возможность инженерам-графистам отложить чертёжные инструменты в сторону и стать опытными пользователями персонального компьютера, проводящими не просто построение, а моделирование ПГД. Это был первый шаг, существенно облегчивший труд сотрудников Службы движения Московского метрополитена. Вторая волна внедрения произошла в 2012 году, когда для радиальных линий была введена возможность автоматизированного построения фрагментов ПГД с зонным движением, специфика которого подробно изложена в работе [3]. Третья волна произошла годом позже и имела существенное значение, поскольку у инженеров-графистов появилась возможность проведения автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии метрополитена и для аналогичных ей линий [4]. Последняя из внедрённых разработок позволила пересмотреть ряд ранее высказанных гипотез в методике построения ПГД пассажирских поездов метрополитена, а также уточнить ранее созданные сценарии автоматизации.

Сценарием построения называется совокупность двух составляющих: а) алгоритма построения ПГД; б) интерактивной процедуры, позволяющей пользователю изменять исходные данные и результаты работы самого алгоритма.

Исследования показали, что построение ПГД пассажирских поездов метрополитена рационально проводить по частям, различающимся парностью движения. Парность движения равна половине от общего количества пассажирских поездов, начавших движение (или имевших возможность начать движение) с конечной станции каждого направления движения (чётного и нечётного), назначенной в качестве начала главного пути линии, в течение астрономического часа. Отметим, что в общем случае для каждого направления движения существует две конечных станции: назначенная в качестве начала главного пути и назначенная в качестве конца главного пути. Каждая из упомянутых частей ПГД занимает определённый период времени и обладает либо неизменной парностью движения на протяжении нескольких тактов задания размеров движения - стационарный процесс, либо изменяющейся парностью движения с каждым тактом задания размеров движения – переходный процесс. В данной статье авторами сформулировано упрощённое определение терминов «стационарный процесс» и «переходный процесс» через термин «парность движения». Обобщённая дефиниция этих терминов опубликована в [5]. Каждому периоду времени ставится в соответствие один из процессов технологии работы метрополитена. В связи с этим удобно называть каждый такой период времени процессом ПГД. Иначе: процессом ПГД называется период времени ПГД, соответствующий регулировочным действиям ввода/снятия составов с целью обеспечения требуемой парности движения поездов на линии, а также организации ночной расстановки.

Переходные процессы, возникающие в ПГД в результате равномерного ввода/снятия составов, заключаются в переходе от действующего интервала движения к новому.

Основными требованиями культуры обслуживания пассажиров на Московском метрополитене являются: а) обеспечение равных интервалов движения поездов; б) изменение парности движения за счёт ввода/снятия составов через равные промежутки времени. Поэтому для оценки качества результатов построения процессов ПГД введены следующие критерии [4]:

- равномерности интервалов движения по отправлению поездов со станций;
- равномерности взаимного расположения вводимых на линию / снимаемых с линии поездов в пределах одного переходного процесса ПГД.

Движение поездов, обслуживающих линию метрополитена, на ПГД изображается взаимосвязанными объектами. Эти объекты принято назвать «нитками». Формально, каждая нитка является графическим отображением следования маршрута (поезда, с присвоенным ему на сутки номером) от момента выхода на главный путь до момента ухода с этого пути, при учёте маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути. Нитка, как объект, содержит информацию о переходах маршрута с одного главного пути на другой, а также информацию о порядке следования друг за другом ниток, относящихся к одному и тому же главному пути.

В общем случае процессы равномерного ввода/снятия составов включают в себя однотипные регулировочные действия (либо только ввод, либо только снятие составов), что не приводит к неоднозначности определения предыдущих и следующих поездов в окрестностях одной станции. Таким образом, если следующий за k-м ((k+1)-й) поезд уходит в депо на N-й станции, то на (N+1)-й станции следующим за k-м поездом будет (k+2)-й поезд.

Отличием сценария для построения процесса ухода составов на ночную расстановку является то, что в ходе реализации этого сценария внутри одного и того же интервала времени осуществляются ввод и снятие составов. В этом случае возникает неоднозначность, связанная с определением предыдущих и следующих поездов. Требование, предъявляемое к корректности учёта предыдущих и следующих поездов, обусловило модернизацию существующего сценария выравнивания интервалов движения [6]. Оценка быстродействия этого сценария изложена в [7].

Перейдём к рассмотрению сценария выравнивания интервалов движения, обладающего свойством зеркальной симметрии (ввод/снятие рассматриваются как взаимно обратные операции). При этом сценарии организованы таким образом, что построение процесса проводится либо слева направо, либо справа налево (рис. 1). Выявление этого свойства существенно упрощает алгоритмизацию. Часом «пик» на рисунке 1 названо время работы метрополитена, характеризующееся движением поездов с максимальной парностью, часом «непик», соответственно, время работы метрополитена, характеризующееся движением поездов с минимальной парностью.



Если рассматривать сценарий выравнивания интервалов движения в обобщённом виде, то в ходе его исполнения необходимо определить, каким именно образом будет производиться выравнивание интервалов движения. В условиях отсутствия ресурсов нагона (возможности сокращения времён хода по перегонам) управление может быть реализовано только посредством ввода сверхрежимных выдержек (СРВ), то есть дополнительного времени стоянок поездов на станциях. СРВ могут вводиться как на всех станциях, так и только на конечных станциях.

Как правило, в качестве граничных ниток той группы, для которой должно быть обеспечено равенство интервалов движения, выступают нитки, отстающие друг от друга на время полного оборота и входящие в последовательность ниток одного и того же маршрута. Под временем полного оборота понимается время, которое требуется затратить поезду для возвращения на станцию, назначенную в качестве начала пути, при условии движения только в прямом направлении.

После того, как группа ниток определена, из неё выбираются нитки, с которых начинается выравнивание интервалов движения по каждой из станций линии метрополитена, на которой выравнивание разрешено (это зависит от ранее определённых правил управления). Нитки упорядочиваются по мере удаления моментов ввода управляющего воздействия от момента начала выравнивания интервалов движения.

На следующем шаге определяется величина отклонения времени отправления нитки со станции от времени, рассчитываемого в соответствии с алгоритмом, представленным в [6]. Это отклонение устраняется путём ввода сверхрежимных выдержек (СРВ) или сдвига всей нитки, если она начинается/заканчивается на этой станции. Вид и способ выравнивания интервалов движения определяется выбранными ранее параметрами выравнивания интервалов движения и типом линии. Отдельно рассматриваются следующие ветви расчёта для:

- радиальных линий с выравниванием интервалов движения по конечным станциям;
- радиальных линий с выравниванием интервалов движения по всем станциям;
- кольцевых линий.

Отличия разработанного авторами сценария, реализованного в ветви, относящейся к построению процесса для кольцевых линий, заключаются в следующем:

- при выборе группы ниток, к которым применяется процедура выравнивания интервалов движения, на радиальной линии задается одна начальная нитка и одна конечная нитка для всей линии; на Кольцевой линии начальная и конечная нитки задаются отдельно по каждому пути;
- при выравнивании интервалов движения учтено отсутствие станционных оборотов (под станционным оборотом понимаем смену направления движения с переходом с одного главного пути на другой (рис. 2)) на конечных станциях (ввиду отсутствия конечных станций на кольцевых линиях (рис. 3)). Учёт этой особенности подразумевает запрет на выбор управления по выравниванию интервалов движения путём изменения длительности станционных оборотов на конечных станциях;
- при необходимости ввода СРВ на последней станции в заданном направлении она переносится на первую станцию следующей нитки (это исторически сложившееся требование, предъявляемое сотрудниками Службы движения, связанное с тем, что эти станции физически совпадают);
- при реализации выравнивания интервалов движения слева направо ввод СРВ приводит к сдвигу всей последовательности ниток, следующих за той, на которой вводится эта СРВ;
- при реализации выравнивания интервалов справа налево ввод СРВ приводит к сдвигу всей последовательности ниток, предшествующих той, на которой вводится эта СРВ.





Как видно из структуры ветвления - она следует модульному принципу построения и способна к расширению и модернизации, учитывающей иные специфические особенности линий, если таковые будут выявлены в процессе исследований вопросов планирования перевозочного процесса на метрополитене.

После определения величины отклонения и его устранения, из упорядоченной группы ниток, с которой была начата работа по выравниванию интервалов движения, выбирается поезд, следующий/предшествующий тому, для которого применялось устранение отклонения на соответствующей станции. Нитки вновь упорядочиваются по мере удаления моментов ввода СРВ от момента начала выравнивания. Действия продолжаются до тех пор, пока не будут рассмотрены все нитки из упорядоченной группы.

Разработанный авторами фрагмент сценария, реализующий устранение отклонения, внедрён в ветвь, в которой построение ПГД проводится слева направо. Именно в этой ветви реализуется снятие составов к вечернему режиму движения поездов с минимальной парностью, завершающееся организацией ухода составов на ночную расстановку. Основные отличия этой реализации указанного фрагмента сценария по сравнению с ранее созданным и описанным в [6] способом состоят в следующем:

- в процессе расчёта величины отклонения времени отправления поезда со станции от требуемого значения, при котором обеспечивается равенство интервалов движения, учитывается возможность того, что для рассматриваемого k-го поезда и одного из соседних поездов (предшествующего ему (k-1)-го или следующего за ним (k+1)-го) не существует такой станций, с которой они бы оба отправлялись;
- выполняется рекурсивная коррекция интервалов движения с целью обеспечения ресурса времени для реализации выравнивания интервалов движения слева направо для всех ниток, следующих за текущей ниткой;
- за счет возможности сокращения ранее введенных СРВ и взаимной замены (в зависимости от складывающейся ситуации) операций сдвига нитки и ввода СРВ расширяется логико-трансформационное правило (ЛТП) выравнивания интервалов движения.

Перейдём к рассмотрению алгоритмической реализации каждого из указанных отличий. Отметим, что выбор управляющего воздействия при исполнении разработанного авторами фрагмента сценария, реализующего устранение отклонения, выполняется в соответствии с правилами, представленными в таблице 1. Для удобства восприятия приведённой в таблице информации определим понятия «предыдущая нитка» и «следующая нитка» в отношении текущей рассматриваемой нитки.

«Предыдущая нитка» – объект типа «нитка», связанный с текущей ниткой и описывающий движение маршрута до начала движения по текущей нитке. Началом движения по текущей нитке будем считать отправление со станции, назначенной в качестве начала пути (в случае кольцевого движения по одному пути), или завершения станционного оборота. Отсутствие у текущей нитки (равенство пустому множеству) рассматриваемого объекта означает, что маршрут выходит из депо или точки ночной расстановки.

«Следующая нитка» – объект типа «нитка», связанный с текущей ниткой и описывающий движение маршрута после окончания движения по текущей нитке, то есть после прибытия на станцию, назначенную в качестве начала пути (в случае кольцевого движения по одному пути) или после станционного оборота. Отсутствие у текущей нитки (равенство пустому множеству) рассматриваемого объекта означает, что маршрут уходит в депо или точку ночной расстановки.



Первое из упомянутых отличий разработанного авторами фрагмента сценария связано с разменом маршрута через депо, поэтому в случае, если нитка является последней в последовательности для заданного направления, то приложения каких-либо управляющих воздействий не требуется. Если нитка является одной из промежуточных в последовательности для заданного направления, необходимо учесть взаимное расположение рассматриваемого поезда с предыдущим и следующим поездами. С учетом возможности замены рассматриваемой нитки на соседнюю, определенную по правилам, представленным в таблице 2, рассчитывается величина отклонения от времени, обеспечивающего равномерность интервалов движения, и в зависимости от значения этого отклонения формируется управляющее воздействие. Горизонтальными линиями на рисунках 4 и 5 в таблице 2 отмечены оси станций линии метрополитена.




Рассмотрим второе отличие. Прежде всего, проверяется наличие ресурса для изменения интервалов движения с целью их выравнивания у всей последовательности ниток рассматриваемого маршрута, следующих за рассматриваемой ниткой.

В том случае, если ресурс для выравнивания интервалов движения имеется, то можно сразу переходить к выработке управляющего воздействия, в ином случае необходимо обеспечить ресурс для выравнивания интервалов движения. Под ресурсом будем понимать величину интервала движения между нитками соседних поездов на выбранной станции с учетом недопустимости наложения одной нитки на другую.

Ситуация, при которой не имеется достаточного ресурса для выравнивания интервалов движения, сложна. Она требует существенных затрат вычислительных мощностей, в том числе, организации дополнительной рекурсии по отношению к основной рекурсии, реализуемой согласно разработанной методике автоматизированного построения ПГД [4].

В рамках этой рекурсии определяется самая левая нитка в последовательности ниток поездов, следующих за текущей ниткой, начиная с которой ресурса для выравнивания интервалов движения не хватает. Как только такая нитка найдена, направление поиска меняется на противоположное. Целью является определение самой правой нитки, не обеспечивающей ресурса выравнивания интервалов движения. Для этого в качестве рабочей нитки выбирается последняя нитка из последовательности ниток рассматриваемого направления движения. Поиск происходит до тех пор, пока нитка не будет найдена (в предельном случае правая и левая граничные нитки совпадут). Как только правая граница найдена – можно переходить к выработке управляющего воздействия.

Как только в процессе поиска правой границы таковая находится, производится выравнивание интервалов движения справа с использованием операций, учитывающих особенности непоследовательного выравнивания интервалов движения (эти операции сведены в таблицу 3).

Назовём величиной рассогласования разницу двух интервалов: между рассматриваемым и следующим за ним (идущим сзади) поездами; между предыдущим по отношению к рассматриваемому (идущим впереди) и рассматриваемым поездами. В том случае, если величина рассогласования положительная, то необходимо проверить наличие ресурса выравнивания интервалов движения. Как и было отмечено ранее: для случаев, когда ресурс есть – производится сдвиг нитки на величину рассогласования, если ресурса нет – сначала обеспечивается ресурс, а затем только нитка сдвигается на величину рассогласования.

Если величина рассогласования получилась отрицательной, то среди ниток рассматриваемой последовательности необходимо найти первую нитку, для которой величина интервала движения превышает полученную величину отклонения по времени, если такую нитку найти удалось, то вводится СРВ на рассматриваемой станции. Если же нитку найти не удалось – вся последовательность ниток должна быть сдвинута на величину отклонения по времени.

Для обеспечения ресурса выравнивания интервалов движения выполняются управляющие воздействия, представленные в таблице 3, которая является развитием ситуаций, описанных в таблице 1. Для удобства восприятия приведённой в таблице информации определим понятие «полного оборота» на кольцевой линии. Полным оборотом на кольцевой линии назовём движение поезда, начинающееся и заканчивающееся на станции, назначенной в качестве начала главного пути (рис. 3). Например, на Кольцевой линии Московского метрополитена станция Киевская назначена в качестве начала главного пути. Про любой поезд, отправившийся с этой станции в любом направлении и, спустя время, прибывший на ту же станцию (Киевскую) без изменения направления движения, говорят, что он совершил полный оборот на кольцевой линии.





Наконец, рассмотрим третье из упомянутых отличий. Сокращать ранее введённые СРВ имеет смысл лишь в том случае, если рассматриваемая нитка является поездом, совершающим полный оборот, и у неё существует следующая ((k+1)-я) нитка (поезд не уходит в депо). В том случае, если нитка является поездом, переходящим на другой путь (следующая ((k+1)-я) за ней нитка относится к другому направлению), то для неё сокращать ранее введённые СРВ запрещено. В остальных случаях сокращать ранее введённые СРВ разрешено, начиная со следующей ((k+1)-й) нитки по отношению к нитке, графически отображающей движение рассматриваемого поезда. Далее возможны различные варианты управления (таблица 4) для всех поездов, у которых выявляется неравномерность в интервалах движения.



Описанный в статье сценарий выравнивания интервалов движения при вводе/снятии составов внутри одного и того же интервала времени показал свою эффективность при автоматизированном построении ПГД пассажирских поездов метрополитена, отличающихся от составляемых вручную ПГД заметным снижением количества регулировочных отстоев (стоянок поездов на станционных путях линии метрополитена). Это обстоятельство обеспечивает живучесть ПГД при воздействии возмущающих факторов, в числе которых задержка отправления поезда со станции пассажирами и снятие маршрута с линии по причине технической неисправности. ПГД, полученные в результате автоматизированного построения, при оценке по основным временным показателям не хуже ПГД, полученных в результате ручных расчётов, выполненных опытным инженером-графистом. Сценарий и входящие в его состав функции коррекции расписания включены в автоматизированную систему построения ПГД пассажирских поездов метрополитена, разработанную на кафедре «Управление и защита информации» Московского государственного университета путей сообщения (МГУПС (МИИТ)) и внедрённую на ГУП «Московский метрополитен».

Библиографический список

1. Московский метрополитен. Официальный сайт [Электронный ресурс]: О метрополитене. URL: http://mosmetro.ru/about/ (дата обращения: 09.11.2013).
2. Баранов, Л. А. Автоматизированная система в перевозочном процессе метрополитена / Л. А. Баранов, А. В. Ершов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2005. - № 3. - С. 108-113.
3. Сидоренко, В. Г. Синтез планового графика движения зонного типа / В. Г. Сидоренко, М. В. Новикова // Мир транспорта. - 2010. - № 4. - С. 128-134.
4. Сафронов, А. И. Построение планового графика движения для метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2010. - № 3. - С. 98-105.
5. Сафронов, А. И. Сценарное пространство построения планового графика движения поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Наука и техника транспорта. - 2012. - № 1. - С. 51-56.
6. Сидоренко, В. Г. Методы выравнивания интервалов движения поездов метрополитена / В. Г. Сидоренко, Е. Ю. Рындина // ВЕСТНИК МИИТа. - 2008. - Вып. 18. - С. 8-10.
7. Сафронов, А. И. К вопросу об оценке быстродействия метода выравнивания временных интервалов / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Научно-методический журнал «Информатизация образования и науки». - 2014. - № 1 (21). - С. 120-130. ISSN 2073-7572.

Bibliography

1. The underground of Moscow. Official site [Electronic resource]: About the underground. URL: http://mosmetro.ru/about/ (date of visiting: 09.11.2013).
2. Baranov, L. A. Automation system at the underground passenger traffic / L. A. Baranov, A. V. Ershov, V. G. Sidorenko // The World of Transport. - 2005. - № 3. - P. 108-113.
3. Sidorenko, V. G. Zonal type trains schedule synthesis / V. G. Sidorenko, M. V. Novikova // The World of Transport. - 2010. - № 4. - P. 128-134.
4. Safronov, A. I. Train schedule constructing for underground / A. I. Safronov, V. G. Sidorenko // The World of Transport. - 2010. - № 3. - P. 98-105.
5. Safronov, A. I. Underground trains schedule scenery space / A. I. Safronov, V. G. Sidorenko // Science and Techniques of Transport. - 2012. - № 1. - P. 51-56.
6. Sidorenko, V. G. Underground trains movement intervals aligning methods / V. G. Sidorenko, E. Y. Ryndina // PROCEEDINGS OF MIIT. - 2008. - Issue 18. - P. 8-10.
7. Safronov, A. I. Considering the evaluation of time intervals aligning method performance issue / A. I. Safronov, V. G. Sidorenko // Science and methodical magazine «Informatization of education and science». - 2014. - № 1 (21). - P. 120-130. ISSN 2073-7572.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Методика выравнивания интервалов движения пассажирских поездов метрополитена в условиях ограниченных ресурсов / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2014. - № 2. - С. 69-76.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21907388

Вложение: 13420565_elibrary.pdf

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

А.И. Сафронов
МГУПС (МИИТ)

Выполненная автором работа связана с одним из аспектов расчётов численных показателей работы Московского метрополитена - обсчётом эксплуатационных показателей перевозочного процесса. Это сложная и времяёмкая задача. Таким образом, одной из целей работы является обзор трудностей, долгое время препятствовавших качественному решению этой задачи для практических нужд метрополитена.

Исходной информацией для рассматриваемой задачи является плановый график движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена, который составляет основу организации перевозочного процесса. По своей природе ПГД статичен, он представляет собой логически завершённую картину, описывающую взаимодействие всех Служб, деятельность которых направлена на обеспечение слаженной работы ГУП «Московский метрополитен».

При построении ПГД учитываются все действующие ограничения, накладываемые существующими техническими средствами обеспечения безопасности движения поездов, а также другие факторы, обуславливающие рациональное использование человеческих и иных ресурсов.

Грубая интерпретация ПГД определяет его как «картинку», позволяющую диспетчеру ориентироваться в происходящей на линии ситуации: соответствует она или же не соответствует плану. Эта «картинка» может быть изображена как угодно, исходя из опыта и видения составителя, которым является инженер-графист (при обязательном соответствии действующим ограничениям и факторам). В этих условиях важно иметь вычислительный аппарат, позволяющий инженерам-графистам объективно оценивать результаты построения и различать качественные ПГД.

Для оценки качества составления ПГД были введены эксплуатационные показатели перевозочного процесса. Они позволяют судить о том, насколько эффективным, с точки зрения распределения ресурсов, будет происходить перевозочный процесс ещё до начала фактического движения поездов по линии метрополитена [1, 2].

Перед рассмотрением основных эксплуатационных показателей, определим некоторые термины ПГД [3]:

- нитка - описание движения маршрута от момента выхода на главный путь до момента ухода с этого пути, при учёте маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути. Нитка содержит информацию о переходах маршрута с одной нитки на другую, в порядке следования их по одному главному пути;
- маршрут - состав с присвоенным ему на сутки номером, который определяет его движение в соответствии с ПГД и графиком оборота подвижного состава (ГО);
- поезд (или рейс [4]) - номер нитки в последовательности ниток на ПГД. Поезда различаются в зависимости от направления движения. Как правило, для ниток, идущих сверху вниз на ПГД, поезда нечётные, а снизу вверх - чётные;
- парность - количественный показатель движения поездов по линии метрополитена, равный половине суммарного количества поездов, начавших движение в рассматриваемом часе в каждом из направлений, округлённый до целого значения в большую сторону.

При расчёте парности существует нюанс, о котором в Службе движения до сих пор нет чёткой договорённости. Нитку, начавшую движение с промежуточной станции в рассматриваемом часе, часть инженеров-графистов приписывают к тому же часу, а часть - условно продлевает её до конечной станции и определяет час учёта в зависимости от полученного результата. В настоящий момент программная реализация обсчёта эксплуатационных показателей фиктивно не продлевает нитки.

Перечислим и определим эксплуатационные показатели [5, 6]:

- общее количество поездов - изображённые на ПГД нитки, которые учитываются при расчёте парности;
- количество составов - маршруты, участвующие в движении согласно ПГД и ГО;
- поездо-километры - интегральный показатель физической протяжённости изображённых на ПГД ниток (иначе: суммарный пробег каждого поезда);
- вагоно-километры - суммарный пробег каждого вагона в каждом поезде;
- нулевой пробег - суммарный пробег каждого поезда по оборотным тупикам и соединительным веткам с депо;
- вагоно-километры нулевого пробега - суммарный пробег каждого вагона в каждом поезде по оборотным тупикам и соединительным веткам депо;
- пробег с нулевым - интегральный показатель, объединяющий вагоно-километры и вагоно-километры нулевого пробега;
- поездо-часы в движении - интегральный показатель, объединяющий времена хода всех поездов по перегонам, а также по тупикам и соединительным веткам депо;
- простой - суммарное время всех стоянок поездов на всех станциях;
- поездо-часы общие - интегральный показатель, объединяющий простой и поездо-часы в движении;
- эксплуатационная скорость - отношение пройденных поездо-километров к общему времени хода всех поездов с учётом всех стоянок;
- техническая скорость - отношение пройденных поездо-километров ко времени хода всех поездов без учёта стоянок.

Перечисленные эксплуатационные показатели формализованы и входят в состав автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ), внедрённой на ГУП «Московский метрополитен» в 2004 году [7].

Ранее разработанная методика обсчёта эксплуатационных показателей перевозочного процесса сводилась к перебору всех ниток на ПГД в каждом из направлений. Промежуточные вычисления пользователям не демонстрировались. Им был важен только конечный результат вычислений.

Такой подход устраивал инженеров-графистов вплоть до 2011 года. В 2011 году от сотрудников Службы движения поступило конструктивное предложение об изменении функционирования модуля, необходимого для обсчёта эксплуатационных показателей перевозочного процесса. Инженерам-графистам потребовалось проводить сверку (один к одному) промежуточных результатов обсчёта эксплуатационных показателей, выполненных автоматически в АСП ПГД ППМ с результатами, полученными ими вручную.

При обсчёте эксплуатационных показателей вручную в Службе движения принято использовать участковые времена хода. В связи с этим потребовалась иная схема вывода результатов по всем существующим на линии метрополитена участкам, на которых происходит движение поездов по ниткам, в соответствии с ПГД.

Первая попытка решения задачи обсчёта эксплуатационных показателей по участкам была реализована в том же диалоговом окне, которое содержало результаты полного обсчёта. Но даже такая форма представления, по словам инженеров-графистов, не обеспечивала наглядности и удобства восприятия информации. При условии, что общее количество поездов было распределено по участкам, для обеспечения возможности проверки результатов обсчёта требовалось также и распределение поездов по размерам движения, то есть, по часам работы метрополитена. Этот запрос сотрудников Службы движения потребовал создания дополнительного диалогового окна, функциональное наполнение которого в настоящее время представляет собой отдельный модуль, не обращающийся к процедурам ранее созданного модуля.

Как только удалось реализовать размещение результатов обсчёта в таблицу вида «Участок / Размер движения», то появилась возможность контроля суммы общего количества поездов на ПГД (сумма поездов по участкам должна совпадать с суммой поездов по всем размерам движения).

Использование полученной таблицы при учёте дополнительных параметров линии метрополитена позволяет легко и наглядно производить обсчёт ранее перечисленных эксплуатационных показателей. Трудности при таком подходе возникли на следующих этапах:

1. Объединения общего количества поездов по участкам вне зависимости от направления движения по ниткам.
2. Распределения количества поездов по всем известным режимам вождения на линии метрополитена (часам «пик», часам «непик», переходным временам хода).

Обе трудности успешно преодолены, но стоит подробнее остановиться на втором этапе. Без учёта режимов вождения невозможно было точно определить поездо-часы общие и поездо-часы в движении, а без них, в свою очередь, скорости: эксплуатационную и техническую.

Во второй части работы автором рассматривается программная реализация в АСП ПГД ППМ функций обсчёта эксплуатационных показателей. В качестве целевых тестовых примеров выбраны:

- реально действующий ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена, составленных опытными инженерами-графистами;
- рациональный, с точки зрения своевременного завершения движения, ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена, полученный в результате автоматизированного построения;
- прототип ПГД для Третьего Пересадочного Контура (ТПК) Московского метрополитена, полученный в результате автоматизированного построения ПГД.

Перейдём к рассмотрению принципиальных трудностей при работе с каждым из тестовых примеров.

АСП ПГД ППМ еженедельно (ежемесячно) обновляется в связи с запросами заказчика в лице Службы движения. Это естественная процедура сопровождения любой крупной автоматизированной системы. Запросы обусловлены увеличением интенсивности работы инженеров-графистов Московского метрополитена и призваны минимизировать трудозатраты. Нововведения в системе встречаются сотрудниками Службы движения неоднозначно.

Так, например, недавно внедрённый механизм автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии [8] встречается инженерами-графистами негативно. Задача не является для них первоочерёдной. Этим и обусловлен резкий переход от автоматизации построения ПГД к развитию методики обсчёта эксплуатационных показателей. Именно эта задача имеет определённый практический вес. Если удовлетворить этому запросу заказчика, по мнению автора, можно предпринять попытки плавного перехода к подсистеме автоматизированного построения ПГД.

Существенная трудность, препятствующая обсчёту эксплуатационных показателей ПГД, составленных инженерами-графистами вручную заключается в том, что они строятся не с нуля, а с некой ранее созданной заготовки. В результате использования этой заготовки получается «мёртвый» график - «картинка», на которой часть ниток «мёртвые», то есть не соответствующие нововведениям системы, но сохраняющие свои приемлемые вид и положение. Это сделано в соответствии с действующей концепцией обратной совместимости.

Корректировка ПГД в соответствии с нововведениями - колоссальный труд. Более простым решением может оказаться ввод ПГД с ранее распечатанного варианта вручную. Это говорит о том, что при внедрении новых механизмов в действующую систему переходные процессы неизбежны. Иногда переходные процессы сходятся к установившемуся значению спустя два-три цикла обновления ПГД для линии, иногда не устанавливаются годами. Если для большинства радиальных линий панацеей является их физическое продление (обновляется бланк - обновляются и нитки), то для Кольцевой линии бороться с заготовками инженеров-графистов труднее, поскольку она обладает завершённой структурой.

Условной конечной станцией на Кольцевой линии считается Киевская. Новый рейс в нечётном направлении откладывается от Белорусской, в чётном - от Краснопресненской. Это связано с тем, что на перегоне между двумя упомянутыми станциями расположены соединительные ветки депо.

Для ПГД, полученного в результате автоматизированного построения, проблем с обсчётом эксплуатационных показателей нет. Но поскольку адекватность данных, полученных при обсчёте ПГД, построенного вручную, ставится под сомнение, то трудно дать относительную оценку по каждому из показателей. Всего не сравнить, поскольку различна и методика построения ПГД. На графиках, составляемых вручную, существуют, так называемые, переходные режимы вождения, для них времена хода по перегонам линии проварьированы таким образом, чтобы исключить лишние сверхрежимные выдержки (СРВ), необходимые для выравнивания интервалов движения при переходе с часа «непик» на час «пик» и наоборот. ПГД, полученный в результате автоматизированного построения, обходится без переходных режимов вождения, но содержит большое количество СРВ.

Здесь уместна относительная оценка по часам простоя на линии. Первая успешная реализация ПГД, полученного в результате автоматизированного построения, обеспечила большую эффективность. Простой сократился на 2 часа (2,4%), несмотря на увеличение количества введённых СРВ. К сожалению, диспетчеру неудобно работать с подобным ПГД, поэтому в перспективе запланирована «свёртка» СРВ, полученных в результате выравнивания интервалов движения, в переходные режимы вождения.

На сегодняшний день при построении ПГД Кольцевой линии графистами используются 64 переходных режима вождения (по 32 в каждом направлении). В качестве исходных данных им выдаётся 8 переходных режимов (по 4 в каждом направлении). Увеличение количества переходных режимов вождения связано с упомянутой ранее спецификой организации бланка Кольцевой линии с учётом географии этой линии и расположения депо.

На Кольцевой линии одно депо, но на большинстве радиальных линий два депо. В связи с этим для подтверждения адекватности созданной модели обсчёта, учитывающей «разбивку по депо», необходимо иметь в наличии автоматизировано составленный ПГД для линии с двумя депо. «Разбивка по депо» заключается в детальном расчёте поездо-километров и вагоно-километров для каждого маршрута в отдельности. Поскольку механизм автоматизированного построения на сегодняшний день отработан только для линий с кольцевой топологией, то большой находкой стал Третий Пересадочный Контур - второе кольцо Московского метрополитена. Его планируют сдать в эксплуатацию в 2017 году. На этой линии предусмотрено два депо: одно ныне действующее - Замоскворецкое, другое проектируемое - Нижегородское. В настоящий момент предприняты попытки автоматизированного построения ПГД для Третьего Пересадочного Контура.

Уже сделано:

- разработан бланк линии;
- заложены «прикидочные» времена хода из расчёта движения со средней скоростью 60 километров в час по каждому из перегонов;
- рассчитано общее количество маршрутов, которые должны обслуживать линию в часы «пик»;
- просчитано и скорректировано равномерное расположение точек ночной расстановки на линии.

Предстоит сделать:

- составить последовательности освобождения/заполнения точек ночной расстановки;
- распределить маршруты по депо и назначить привязку к депо;
- рассчитать и равномерно распределить технические осмотры (ТО) второго и третьего состава работ, а также периодические ТО;
- провести автоматизированное построения ПГД;
- выявить рациональные вектора-коды переходных процессов для ускорения процесса перебора вариантов при построении ПГД;
- выполнить обсчёт эксплуатационных показателей.

Первое приближение к решению задачи планируется реализовать при допущении, что на линии отсутствуют ТО составов в линейных пунктах технического осмотра.

Со временем пользовательский интерфейс АСП ПГД ППМ претерпел значительные изменения. К ранее созданному модулю обсчёта эксплуатационных показателей в 2009 году можно было обратиться через пункт «Обсчёт графика» главного меню. Алгоритм работы модуля сводился к следующим трём этапам:

1. Запрос на загрузку данных с парного графика (в случае работы с нечётным - чётного, в случае работы с чётным - нечётного).
2. Обсчёт основных эксплуатационных показателей с «разбивкой по депо».
3. Полный обсчёт планового графика по всем известным эксплуатационным показателям.

В 2011 году в рамках диалогового окна, содержащего информацию о полном обсчёте ПГД, добавлен блок с таблицей, содержащей обсчёт ПГД по участкам. Годом позже для исключения визуальных конфликтов блок с таблицей был перенесён в нижнюю область. Добавлена возможность экспорта данных в электронную таблицу Microsoft Excel с целью оперативного вывода на печать данных, полученных в ходе расчёта. К 2013 году удалось разработать принципиально новое диалоговое окно, которое позволило удовлетворить запросам инженеров-графистов. Оперативной информацией для обсчёта ПГД является количество вагонов в составе. Ранее созданный механизм обсчёта получал эту информацию от пользователя после подтверждения перехода к диалоговому окну полного обсчёта. Новый механизм запрашивает эти данные напрямую. В 2014 году добавлена опция обсчёта общего количества поездов независимо от направления движения по ниткам. В том же году добавлена опция обсчёта поездо-часов в зависимости от режимов вождения.

Представленная работа выполнена на кафедре «Управление и защита информации» Московского государственного университета путей сообщения с целью облегчения труда инженеров-графистов ГУП «Московский метрополитен».

Список литературы:

1. Сидоренко, В. Г. Методика оперативной оценки показателей работы метрополитена / В. Г. Сидоренко, А. В. Ершов, Е. П. Балакина // Вестник МИИТа. - 2006. - Вып.14. - С. 3-9.
2. Сафронов, А. И. Средства анализа качества исполнения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Неделя науки-2009 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2009. - С. II-73-II-7.
3. Сидоренко, В. Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена / В. Г. Сидоренко // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - № 2. - С. 6–10.
4. Феофилов, А. Н. Математическая модель составления графиков движения поездов на линиях метрополитена / А. Н. Феофилов // Вестник ВНИИЖТ. - 1991. - № 7. - С. 10-13.
5. Сафронов, А. И. Анализ планового графика движения пассажирских поездов московского метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Хтет Вин // Неделя науки-2011 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2011. - С. III-157.
6. Сафронов, А. И. Расчет эксплуатационных показателей и критериев качества планового графика движения пассажирских поездов линии метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Ту Со // Неделя науки-2011 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2011. - С. III-156.
7. Баранов, Л. А. Автоматизированная система в перевозочном процессе метрополитена / Л. А. Баранов, А. В. Ершов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2005. - № 3. - С. 108-113.
8. Сафронов, А. И. Влияние планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на режим работы системы тягового электроснабжения / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 1. - С. 10-13.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Развитие методики расчёта эксплуатационных показателей в системе автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Интеллектуальные системы на транспорте: Материалы IV международной научно-практической конференции «ИнтеллектТранс-2014» / Под редакцией д-ра техн. наук, профессора А.А. Корниенко. - СПб.: ПГУПС. - 2014. - С. 367-374.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21907388

Вложение: 13420563_elibrary.pdf

УДК 656.42:656.25-52:656.22.05

А.И. Сафронов, В.Г. Сидоренко
Влияние планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на режим работы системы тягового электроснабжения

Работы на Московском метрополитене проводятся круглосуточно. В связи с этим функционирование метрополитена можно рассматривать как периодический процесс, в котором ярко выражены два полупериода: дневной и ночной. В дневной полупериод организация работ направлена на обеспечение нужд населения города Москвы, а в ночной полупериод - самого метрополитена. Нуждами метрополитена в этом случае является поддержание инфраструктуры в исправном состоянии. Ночной полупериод функционирования метрополитена посвящён проведению диагностических и ремонтных работ на станциях и в тоннелях метрополитена. Движение электропоездов в этот полупериод отсутствует, так как одним из условий проведения работ на станциях и в тоннелях является отсутствие напряжения на контактном рельсе. В связи с этим на организацию таких работ оказывает существенное влияние время окончания движения электропоездов, которое определяется плановым графиком движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена. Время окончания движения электропоездов при заданном времени отправления с конечной станции пути последнего пассажирского поезда, следующего через все платформы станций этого пути, рассматривается как один из критериев качества ПГД. Данная статья посвящена вопросу автоматизации построения ПГД с учетом этого критерия.

ПГД включает в себя несколько процессов, определяемых технологией работы метрополитена [1]:

- стационарные, в ходе которых парность остаётся постоянной в течение времени, большего, чем время полного оборота состава; к ним относятся движение поездов с заданной максимальной парностью в утренний и вечерний час «пик», а также движение поездов с заданной минимальной парностью в дневной час «непик»;
- переходные, которые возникают при изменении парности движения и соединяют стационарные процессы; к ним относятся выход составов из ночной расстановки, переходы к движению с максимальной парностью в утренний и вечерний час «пик», переход к движению с минимальной парностью в дневной час «непик», переход от вечернего часа «пик» к вечернему часу «непик», уход составов на ночную расстановку.

Время окончания движения электропоездов определяется в результате построения процесса ухода составов на ночную расстановку. Рассмотрим решение задачи ночной расстановки составов с учетом выбранного критерия – минимизации времени окончания движения электропоездов.

После завершения пассажирского движения маршруты, ночующие на линии, должны оказаться в тех точках ночной расстановки, из которых утром выйдут следующие маршруты [2]. Составы могут находиться в депо, на главных и станционных путях. В выходные дни составы двигаются под теми номерами маршрутов, которые получили в последний рабочий день, то есть в выходные дни следующим маршрутом для каждого маршрута является тот же маршрут. По чётным и нечётным числам для ночной расстановки составов используются разные точки ночной расстановки. Это определяется необходимостью проведения работ по осмотру и ремонту путей.

Расположение точек ночной расстановки зависит от географии линии. Порядок заполнения точек ночной расстановки является функцией местоположения этих точек и требований к моменту их заполнения. В статье [2] предложено использовать для формализации описания последовательности заполнения и освобождения точек ночной расстановки (эти последовательности могут различаться) древовидные графы (деревья). Точки ночной расстановки могут заполняться и освобождаться несколькими способами, которые могут различаться и первой заполняемой (освобождаемой) точкой ночной расстановки, поэтому можно говорить о существовании леса (лесом является несвязанный неориентированный граф без циклов) [3].

Реализация процесса ухода составов на ночную расстановку наряду с выполнением заданной (изменяющейся во времени) парности движения в течение всего времени движения пассажирских поездов и реализацией графика оборота (ГО), который регулирует проведение осмотров и ремонтов подвижного состава, является целью управления, на достижение которой направлено построение ПГД. Реализация процесса ухода составов на ночную расстановку определяется выполнением ряда условий, к которым относятся:

- заполнение составами всех точек ночной расстановки линии;
- отсутствие несвязанных ниток;
- отсутствие незадействованных в перевозочном процессе маршрутов;
- отсутствие выполненных и незаконченных осмотров и ремонтов;
- однозначное соответствие назначения маршрутов, выходящих из точки ночной расстановки утром и уходящих к точке ночной расстановки вечером.

Последнее можно формализовать следующим образом:



где N[M] - общее количество маршрутов линии;
m[i] - i-й маршрут линии метрополитена;
m[i]:m[N] - следующий маршрут к i-му маршруту линии метрополитена;
m[i]:pNR[s] - точка ночной расстановки, из которой вышел маршрут m[i]:m[N];
m[i]:pNR[s] - точка ночной расстановки, в которую уходит маршрут m[i]:m[N].

Исходными данными для построения процесса ухода составов на ночную расстановку являются:

- время окончания пассажирского движения;
- парность движения в последнем такте задания размеров движения;
- точки ночной расстановки составов на линии;
- последовательность заполнения точек ночной расстановки;
- положение маршрутов к моменту ухода составов на ночную расстановку.

Условно процесс организации ухода составов на ночную расстановку разбивается на две части:

- постановку составов к точкам ночной расстановки, расположенным на линии по каждому из главных путей;
- снятие в депо составов, которые должны в нем ночевать по каждому из главных путей.

Организация движения маршрутов в последовательности, необходимой для обеспечения правильной ночной расстановки составов, производится путём выполнения регулировочных действий. Формализовать построение процесса можно, определив связь исходных данных с регулировочными действиями, которые необходимо выполнить для организации корректной ночной расстановки составов.

В качестве исходных данных для описания ситуации, складывающейся при решении задачи постановки некоторого, возможно, неопределенного к рассматриваемому моменту времени, маршрута по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки, являются предикаты, которые описывают отношения, связывающие те или иные объекты [4, 5].

Таблица 1. Пример выбора регулировочных действий



Совокупность этих предикатов полностью описывает ситуацию, складывающуюся при решении задачи постановки маршрута по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки. Каждый из этих предикатов и результат проверки каждого условия может принимать одно из двух значений: истина («+») или ложь («-»). При проверке некоторых условий значение того или иного предиката может не оказывать влияния на результат. В этом случае в соответствующей ячейке таблицы ставится знак «*». Количество возможных вариантов ситуаций, которые описываются этими предикатами, равно 2^6=64.

Зная значения перечисленных предикатов, можно проверить условия, представленные в таблице 1.

Знание о выполнении этих условий позволяет выбрать одно из логико-трансформационных правил (ЛТП), которое является способом решения задачи постановки маршрута по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки.

Каждое из ЛТП может включать в себя три этапа:

- поиск маршрута, который может быть отправлен по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки; поиск может проводиться с учётом разных данных и условий (на базе анализа только данных ГО; на базе анализа последовательностей ниток, по которым двигались маршруты в разное время суток; на базе анализа маршрутов, находящихся в линейном пункте технического осмотра (ПТО));
- определение необходимости выполнения размена (переназначения маршрута на нитку), если назначенный на нитку маршрут не является тем, который может быть отправлен по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки; способ выполнения разрыва определяется временем и местом его выполнения;
- выполнение маневровых действий, необходимых для решения задачи; маневровые действия могут заключаться в удалении всей последовательности ниток; переходе к следующему поезду; привязке нитки к точке ночной расстановки или депо вечером; назначении маршрута на нитку; назначении следующего маршрута на точку ночной расстановки утром; назначении предыдущего маршрута на нитку; выход маршрута из депо; выборе подходящего депо по направлению для выпуска маршрута из депо.

Реализация ЛТП учитывает культуру обслуживания пассажиров, то есть уход и выход составов не производится чаще установленных нормативных значений.

С использованием описанных предикатов, условий и ЛТП формализованы все ситуации, которые могут сложиться при решении задачи постановки маршрута по выбранной нитке к указанной точке ночной расстановки. Эти соотношения являются основой для составления сценария построения процесса ухода составов на ночную расстановку. В таблице 1 приведено описание одного из вариантов.

Рассмотрим ситуацию, когда поезд, находящийся на линии, необходимо отправить к точке ночной расстановки на линии. При этом известно, что выбранная последовательность ниток полная, маршрут не назначен ни на рассматриваемую нитку, ни на точку ночной расстановки. В этих условиях о своевременности ухода к точке ночной расстановки судить бессмысленно. Для такого случая всегда организуется общий поиск маршрута sigma (без учёта детальных условий построения ПГД). Далее авторами рассматривается благоприятный случай, когда общий поиск принёс результат sigma(+). В этом случае не требуется проводить уточняющий поиск sigma(*). После назначения маршрута на выбранную нитку в ПГД окажется две нитки, по которым одновременно должен двигаться один и тот же маршрут, поэтому необходимо выполнить разрыв последовательности в час «непик» rho[нп]. Если разрыв выполнен успешно rho[нп](+), то на последовательность слева, как и на точку ночной расстановки, утром назначается маршрут, следующий к найденному маршруту, а на последовательность, остающуюся справа, назначается найденный маршрут. Производится постановка этого маршрута к точке ночной расстановки вечером. Эта ветвь действий завершается переходом к следующему поезду.

Разработанный сценарий построения процесса ухода составов на ночную расстановку реализован в автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, созданной на кафедре «Управление и информатика в технических системах» МГУПС (МИИТ) и внедренной на Московском метрополитене [4].

Для проверки функционирования разработанных сценариев были взяты два принципиально отличающихся друг от друга набора исходных данных ПГД для Кольцевой линии: на зиму 2009 года и на зиму 2012 года. За это время на Кольцевой линии существенно изменилась парность движения, ночная расстановка составов, а также полностью обновился электроподвижной состав (ЭПС). Это повлекло за собой перемены одновременно в ГО, количестве точек ночной расстановки и последовательности их заполнения (освобождения).

Кроме времени завершения движения по каждому из главных путей сравнение вариантов ПГД проводилось по следующим показателям:

- количеству разменов маршрутов через депо;
- количеству регулировочных отстоев на станционных путях линии;
- общей (суммарной) длительности регулировочных отстоев;
- средней длительности регулировочных отстоев;
- максимальной длительности регулировочных отстоев.

Количество вариантов реализации выхода составов из ночной расстановки при одних и тех же исходных данных зависит от:

- числа деревьев, построенных для каждой станции, на которой есть точки ночной расстановки, и определяющих последовательность заполнения точек ночной расстановки;
- числа маршрутов, которые могут быть поставлены к точке ночной расстановки в каждом из деревьев. Эта зависимость формализуется следующим образом:



где N[S] - количество станций линии;
N[t[i, j]] - количество деревьев на i-й станции по j-му пути;
N[mt[i, j, k]] - число конечных узлов в k-м дереве на i-й станции по j-му пути;
N[umt[i, j, k, l]] - число узлов в траектории движения от корня дерева до l-го конечного узла в k-м дереве на i-й станции по j-му пути;
N[umt[i, j, k, l, q]] - число маршрутов, которые могут быть поставлены к q-й точке ночной расстановки при движении к l-му конечному узлу в k-м дереве на i-й станции по j-му пути.

Выполнен анализ результатов функционирования рекурсивной процедуры построения ПГД при учёте различных исходных данных, который показал, что доля успешно реализованных вариантов составляет 1,3% от числа рассмотренных. Для сравнения рассматривались первые 35 успешно реализованных вариантов [6]. Успешно реализованные варианты построения для одних и тех же исходных данных незначительно отличаются по количеству регулировочных действий. Уменьшение количества регулировочных действий позволяет повысить живучесть системы.

Анализ показал, что изменение исходных данных заметно влияет на такие показатели качества ПГД, как количество и длительность разменов маршрутов. Для данных 2012 года значения этих показателей выше, чем для данных 2009 года. Это характерно и для значений этих же показателей, полученных для графиков, построенных работником группы графистов Службы движения Московского метрополитена.


На гистограммах рис. 1-2 показано распределение времён завершения движения по каждому из главных путей в результате автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии по данным 2009 года.


На гистограммах рис. 3-4 показано распределение времён завершения движения по каждому из главных путей в результате автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии по данным 2012 года.

В ходе перебора возможных вариантов построения ПГД, найдены варианты, реализующие меньшее время завершения движения по сравнению с графиками, построенными работником группы графистов Службы движения Московского метрополитена, без увеличения числа регулировочных действий. На рис. 1-4 моменты времени, соответствующие завершению движения для графиков, построенных работником группы графистов Службы движения Московского метрополитена, отмечены вертикальной красной прямой.

Таким образом, автоматизация построения ПГД способствует улучшению условий проведения технологических работ, связанных с функционированием системы тягового электроснабжения метрополитена.

Литература:

1. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта. - 2011. - № 3. - С. 98-105.
2. Пискунов А.С., Сидоренко В.Г. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. - М.: МИИТ. - 2008. - Вып. 18. - С. 3-7.
3. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. - М.: Энергия. - 1980. - 344 с.
4. Сафронов А.И. Aвтоматизированное построение процесса ухода составов на ночную расстановку при учёте уровней равномерности // Труды XII научно-практической конференции «Безопасность Движения Поездов». - М.: МИИТ. - 2011. - c. IX-12-IX-13.
5. Козлов В.П. Методы управления линией метрополитена на основе формального представления диспетчерских знаний с помощью ассоциативных схем. - М.: ВНИИЖТ, 1985. 14 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 29.01.85, N 2741.
6. Вентцель Е.С. Теория Вероятностей. 4-е издание. Под ред. Баевой А.П.. - М.: Издательство «Наука». - 1969. - 576 с.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Влияние планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на режим работы системы тягового электроснабжения / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Научно-технический журнал «Электроника и электрооборудование транспорта». - М: НПП ТЕЗ. - № 1. - 2014. - С. 10-13.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21409643

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13420559_2013_09_01_yeyet_cut.pdf

К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ МЕТОДА ВЫРАВНИВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

CONSIDERING THE EVALUATION OF TIME INTERVALS ALIGNING METHOD PERFORMANCE ISSUE

Сидоренко Валентина Геннадьевна / Sidorenko Valentina G.,
доктор технических наук, профессор кафедры «Управление и информатика в технических системах» Московского государственного университета путей сообщения МГУПС (МИИТ) / Moscow State University of Railway Engineering, Doctor of Science, professor of the department "Management and Information Technology in Engineering systems,

Сафронов Антон Игоревич / Safronov Anton I.,
ассистент кафедры «Управление и информатика в технических системах» Московского государственного университета путей сообщения МГУПС (МИИТ) / Moscow State University of Railway Engineering, assistant of the department "Management and Information Technology in Engineering systems,

Аннотация
Представлено возможное доказательство быстродействия метода выравнивания интервалов движения транспортных средств на примере Московского метрополитена. Доказательство проводится методом математической индукции для следующих случаев: ввода/снятия одного состава, равномерного ввода/снятия нескольких составов, ввода/снятия нескольких составов подряд. Получено аналитическое выражение, позволяющее рассчитывать длительность переходного процесса, связанного с изменением парности движения, при учёте положения в последовательности выбранного транспортного средства. Оценена сверху длительность переходного процесса с момента подачи диспетчером сигнала на ввод/снятие состава.

Abstract
А proof of sequentially moving objects intervals aligning method performance on example of the Moscow metro is presented. The proof is carried out by the method of mathematical induction in following cases: single train insertion/removal, multiple trains insertion/removal in regular intervals, multiple trains insertion/removal in a row. An analytical expression, which allows to calculate the transition process associated with the change of parity movement duration, considering the selected vehicle position in the sequence is obtained. The maximum duration of transition process since the signal for trains insertion/removal giving by dispatcher is evaluated.

Ключевые слова: метрополитен, оценка быстродействия, метод выравнивания временных интервалов, равномерность, алгоритм деления Евклида, системный анализ.

Keywords: metro, evaluation of performance, time intervals aligning method, uniformity, Euclid division algorithm, mathematical induction, system analysis.


В современных крупных городах ритмичность жизни населения напрямую связана с ритмичностью работы городского общественного транспорта. Ритмичность работы городского общественного транспорта основывается, преимущественно, на правильном составлении расписания движения единиц подвижного состава. В связи с этим актуальными задачами, выходящими на первый план, являются задачи автоматизации составления расписания с учётом реальных условий эксплуатации и ресурсов для обеспечения быстродействия работы единиц подвижного состава в экстремальных условиях. Для каждого вида единиц подвижного состава городского общественного транспорта эти условия и ресурсы сильно отличаются. Авторами предлагается рассмотреть решение задачи составления расписания на примере условий и ресурсов Московского метрополитена.

Основным направлением развития Московского метрополитена является создание интегрированных систем управления, которые обеспечивают слаженную работу всех его служб. Основой обеспечения безопасности перевозочного процесса на метрополитене является его правильное планирование. Автоматизация планирования перевозочного процесса в условиях ускоренного развития сети Московского метрополитена является на сегодняшний день задачей чрезвычайной важности. В связи с этим в статье рассматривается один из важнейших аспектов планирования перевозочного процесса, реализованный в составе автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ), а именно аспект обеспечения равномерности движения пассажирских поездов. Автоматизации планирования перевозочного процесса на метрополитене, а также внедрению разработок в этой области, посвящён цикл работ российских учёных [1-3].

Планирование перевозочного процесса заключается в построении планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена. Автоматизированное построение ПГД основывается на последовательной реализации сценариев для каждого процесса ПГД в отдельности. Процессы, происходящие на линии, подразделяются на переходные и стационарные.

Стационарным процессом ПГД называется процесс, при котором парность остаётся постоянной в течение времени, большего, чем время полного оборота состава. Эти процессы соответствуют работе метрополитена при организациидвижения с максимальной парностью (часов «пик») и минимальной парностью (часов «непик»), а также во время ночной расстановки составов. Стационарные процессы ПГД соединяются переходными процессами ПГД, которые возникают при изменении парности движения.

В соответствии с технологией работы метрополитена имеется определённая последовательность процессов ПГД [4].

Существенным при обслуживании пассажиров является равномерность интервалов движения. В стационарных процессах все интервалы движения должны быть равны между собой. В переходных процессах в связи с изменением количества составов на линии интервалы движения не равны между собой. Снижение уровня дискомфорта, причиняемого пассажирам неравенством интервалов движения, осуществляется путём равномерного ввода/снятия составов [4-6] с последующим выравниванием интервалов движения [6-8].

Равномерный ввод/снятие составов определяется в соответствии с формулировкой, данной в [5]. Равномерными расположениями исключаемых элементов из множества N[S] элементов называются такие расположения, при которых длины двух соседних серий элементов отличаются не более, чем на один элемент. При этом серией называется последовательность элементов, начинающаяся с исключаемого элемента, и заканчивающаяся элементом, предшествующим следующему исключаемому.

Найдём потенциальную оценку длительности переходного процесса выравнивания интервалов движения D(N[S], K) после того, как снятие K составов было завершено.

Доказательства в статье приводятся в предположении, что любой поезд может остановиться сразу после получения команды, а не только на станции. На реальных линиях метрополитена поездные диспетчера могут планово (не экстренно) останавливать пассажирские поезда только на станциях. Учёт этого обстоятельства, безусловно, приведет к некоторому увеличению длительности переходного процесса выравнивания интервалов движения.

Одновременно предполагается, что до начала снятия составов все N[S] поездов двигались с равными интервалами движения Тпо/N[S], где Тпо - время полного оборота.

Для определения времени, необходимого для выравнивания интервалов движения у всех поездов на линии после снятия составов, воспользуемся методом математической индукции. Сначала рассмотрим снятие одного состава с линии. После выполнения этого действия у поезда, следующего за снятым, интервал движения удвоится (2*Тпо)/N[S]. У остальных поездов он останется неизменным. При этом все поезда должны перейти на новый интервал движения равный Tпо/(N[S]-1).

Для перехода к новому интервалу движения J(N[S], 1, 1) последний перед снятым составом поезд должен остановиться на время, определяемое следующим выражением:



Ввод сверхрежимной выдержки (СРВ), длительность которой определяется выражением (1), позволяет уменьшить интервал движения между поездами, являвшимися соседями снятого состава, до требуемого значения.

Послевыполнения этой СРВ интервал движения между предпоследним и последним перед снятым составом поездами станет равным:



Для перехода к новому интервалу движения предпоследний перед снятым составом поезд должен остановиться на время, определяемое следующим выражением:



После этого интервал движения между третьим и вторым перед снятым составом поездами станет равным:



Пусть интервал движения между (i-1)-м поездом, который выполнил СРВ, и предыдущим определяется следующим выражением:



Пусть для перехода к новому интервалу движения i-й предшествующий снятому составу поезд должен остановиться на время, определяемое следующим выражением:



Тогда для (i+1)-го поезда верно утверждение, что интервал движения между i-ми (i+1)-м поездами будет равен:



В этом случае (i+1)-му поезду для перехода к новому интервалу движения необходимо остановиться на время, определяемое следующим выражением:



Таким образом, методом математической индукции показано, что для случая снятия с линии одного состава длительности СРВ, которые должны выполнить все поезда для выравнивания интервалов движения на линии, и интервалы движения между поездом, который выполнил СРВ, и предыдущим определяются зависимостями (6) и (5), соответственно. Выражение (6) достигает своего максимального значения при заданном N[S] при i=1 и не превышает величины исходного интервала движения. Зависимость (6) при Тпо=1 проиллюстрирована Рисунком 1.

Значение функции Т(N[S], 1, i) достигает нулевого значения при i=N[1]-1, что соответствует тому факту, что для выравнивания интервалов движения СРВ должны выполнить все поезда на линии, кроме поезда, который следует непосредственно за снятым составом. Одновременно, после выполнения СРВ (N[S]-2)-м поездом интервал между ним и (N[S]-1)-м поездом в соответствии с выражением (5) сразу становится равным плановому:



Так как все поезда могут остановиться одновременно, длительность переходного процесса определяется максимальной длительностью вводимой СРВ, то есть значением T(N[S], 1, i) при i=1:



Из анализа графика (рис. 1) видно, что чем больше поездов на линии, тем меньше длительность необходимой для выравнивания интервалов движения СРВ при N[S]>=4.


Рис. 1 - Длительности СРВ, которые выполняют i-е поезда при различном исходном количестве поездов на линии N[S]

Зависимость (10) при Тпо=1 проиллюстрирована рисунком 2.


Рис. 2 - Длительность переходного процесса выравнивания интервалов движения при снятии одного состава

Рассмотрим ситуацию, когда с линии производится равномерное снятие K составов. Пусть K является делителем N[S]. В этом случае все серии поездов будут одной длины N[S]/K, и поезда, следующие непосредственно за снимаемыми, не должны будут выполнять СРВ для выравнивания интервалов движения, так как интервалы между ними будут равны изначально. Внутри каждой серии переходный процесс будет аналогичен рассмотренному выше. Его длительность, как и ранее, будет определяться длительностью СРВ, выполняемой поездом, непосредственно предшествующим снятому составу. Для перехода к новому интервалу движения, равному J(N[S], K, 1)=Тпо/(N[S]-K), последний перед снятым поезд должен остановиться на время, определяемое выражением:



Проиллюстрируем полученную зависимость рисунком 3. По технологии работы метрополитена снятие более половины составов не производится, что определяет приведённый на рисунке 3 диапазон изменения переменной K. При K=N[S]/2 в соответствии с формулой (11) длительность переходного процесса равна нулю. Действительно, в этом случае при чётном значении N[S] равномерное снятие осуществляется через один состав, и интервалы движения поездов автоматически становятся равными плановым интервалам движения [6].


Рис. 3 - Длительность переходного процесса выравнивания интервалов движения при равномерном расположении K снимаемых составов

Полученное выражение (11) не противоречит приведённому в [6] утверждению, что при наилучшем способе снятия составов, которым является равномерное снятие, длительность переходного процесса выравнивания интервалов не превысит исходного интервала следования поездов Тпо/N[S].

Пусть осуществляется равномерное снятие K+1 состава, K+1 - делитель N[S]. Для перехода к новому интервалу движения последний перед снятым поезд должен остановиться на время, определяемое выражением:



Таким образом, методом математической индукции показано, что время, необходимое для выравнивания интервалов у всех поездов на линии для случая снятия с линии K составов, определяется зависимостью (11).

В случае, когда K не является делителем N[S] и их наибольший общий делитель НОД(N[S], K) равен единице, в соответствии с алгоритмом деления Евклида числа N[S] и K связаны выражением:



где Z - частное от деления N[S] на K, равное длине коротких серий при равномерном расположении снимаемых составов;
Pmax - остаток от деления N[S] на K, равный количеству длинных серий при равномерном расположении снимаемых составов, длина которых равна Z+1.

Рассмотрим поезд, стоящий на i-м месте в исходной последовательности. Счёт поездов начинается со снимаемого состава i=1. Поезд, предшествующий первому из снятых, имеет номер 2: i=2. Если i-му поезду предшествовало снятие Y(i)+1 составов, то из Y(i) предшествующих серий P(Y(i)) были длинными. В Y(i)+1 серии i-й поезд будет находиться на месте U(i):



при



В этом случае необходимая для перехода к новому интервалу длительность СРВ для поезда, находящегося на i-м месте, равна разности между его текущей временной координатой и требуемой:



Ноль выражения (19) получается в том случае, если K/N[S]=(Y(i)+1)/i. Иными словами, если Y(1)=K-1 и i=N[S] , то ноль выражения (19) может быть получен для поезда, следующего за первым из снятых. Выполнив подстановку в (19) выражения (14), при учёте (13) получим:



Рассмотрим пример. Пусть производится равномерное снятие 7–ми составов из множества, состоящего из 45–ти составов. В этом случае НОД(45,7)=1. Проиллюстрируем эту ситуацию (рис. 4) согласно [5]. Снимаемые составы пронумерованы, начиная с максимально длинной последовательности серий меньшей длины.


Рис. 4 - Равномерное расположение 7-ми элементов из 45-тиэлементного множества

На рисунке 5 приведены результаты расчётов, выполненных для рассматриваемого случая в соответствии с формулой (20). Вертикальными пунктирными линиями отмечены места расположения снимаемых составов.


Рис. 5 – График времён стоянки каждого из элементов 45-тиэлементного множества
Длительность СРВ достигает своего максимального значения, определяющего длительность всего переходного процесса, в начале серии большей длины, следующей за максимально длинной последовательностью серий меньшей длины (в нашем случае, при i=14). Полученное значение совпадает со значением, определяемым по формуле (1), приведенным в [6]. Покажем это:



Если числа K и N[S] имеют наибольший общий делитель НОД(N[S], K), не равный единице, то длительность переходного процесса выравнивания интервалов движения уменьшится в НОД(N[S], K) раз по сравнению с длительностью переходного процесса снятия K1=K/НОД(N[S], K) составов из множества N1=N[S]/НОД(N[S], K).

Рассмотрим наиболее неблагоприятное неравномерное расположение составов. Это случай, когда K составов снимаются подряд. Длительность переходного процесса, как и раньше, определяется продолжительностью СРВ поезда, перед которым было выполнено такое снятие. Для перехода к новому интервалу движения поездов F(N[S], K, 1)=Tпо/(N[S]-1) последний перед снятым составом поезд должен остановиться на время, определяемое следующим выражением:




Проведём дальнейшие расчёты при Тпо=1.
Продифференцируем полученную зависимость (21) по N[S]:



Найдём экстремум (21), для этого приравняем к нулю выражение (22):



После преобразований получим:



Решая квадратное уравнение относительно N[S] получаем:



После подстановки одного из корней уравнения в зависимость (21) получаем верхнюю Lnu[nr](N[S], K) границу длительности переходного процесса выравнивания интервалов движения поездов:



Результаты проведённых выше расчётов приведены на графике (рис. 6).


Рис. 6 - Длительности переходного процесса выравнивания интервалов движения поездов при неравномерном расположении K снимаемых составов

Из функциональной зависимости (21) видно, что при неравномерном расположении составов на линии длительность переходного процесса не превысит времени полного оборота.

Безусловно, переходные процессы на линиях метрополитена не ограничиваются временем, затрачиваемым на выравнивание интервалов движения с момента снятия всех K составов. К этому времени добавляется время, затрачиваемое на снятие составов, которое в самом неблагоприятном случае будет равно:



При построении реальных ПГД, как правило, реализуется структура многоуровневой равномерности (математическая модель процесса равномерного ввода/снятия составов в течение продолжительного промежутка времени с учетом географии линии) [4], что также приводит к увеличению длительности переходных процессов выравнивания интервалов движения по сравнению с полученными в статье потенциальными оценками.

Литература

1. Баранов Л.А., Жербина А.И. Построение на ЭВМ графиков движения поездов метрополитена // Вестник ВНИИЖТа, №2, 1981. – С. 17–20.
2. Феофилов А.Н. Математическая модель составления графиков движения поездов на линиях метрополитена // Вестник ВНИИЖТ, № 7, 1991. – С. 10–13.
3. Василенко М.Н., Дегтярев Д.П., Максименко О.А. Проблемы визуального анализа графика движения поездов на метрополитене и методы их решения // Неделя науки-2002. – СПб.: ПГУПС, 2002.
4. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта, №3, 2010. – С. 98–105.
5. Концевич М.Л. Равномерные расположения // Квант, №7, 1985. – С. 51–52, 59.
6. Сеславин А.И., Сеславина Е.А. Принципы равномерности в задачах управления потоками пассажирского транспорта // Прикладная информатика, № 2(20), 2009. – С. 91–95.
7. Сидоренко В.Г., Рындина Е.Ю. Методы выравнивания интервалов движения поездов метрополитена, ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал, Вып. 18, 2008. — С. 8-10.
8. Сеславин А.И., Воробьева Л.Н. Градиентный способ централизованного управления городскими транспортными системами // Наука и техника транспорта, №4, 2004.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. К вопросу об оценке быстродействия метода выравнивания временных интервалов / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Научно-методический журнал «Информатизация образования и науки». - М: ФГАУ ГНИИ ИИТ «Информика». - 2014. - № 1 (21) - С. 120-130. - ISSN 2073-7572.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21054963

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13420512_elibrary.pdf

Сафронов А.И. - аспирант

СПЕЦИФИКА ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

За последние несколько лет скорость развития Московского метрополитена существенно возросла. В связи с этим возросли и требования к производительности труда сотрудников метрополитена. Особым образом эти требования затронули специалистов по организации перевозочного процесса. Их деятельность стала неразрывно связана с использованием персональных компьютеров и автоматизированных систем управления. В Службе движения одной из таких систем является автоматизированная система построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена.

В рамках системы разработана и подготавливается к внедрению рекурсивная процедура автоматизированного построения планового графика движения (ПГД) для Кольцевой линии. Эта процедура устойчива к изменению исходных данных. Каждый процесс ПГД строится по определённому для него сценарию. Проверка устойчивости разработанных сценариев производилась с использованием двух принципиально отличающихся друг от друга наборов исходных данных: на зиму 2009 года и на зиму 2012 года. За это время на Кольцевой линии существенно изменилась парность движения, а также полностью обновился подвижной состав линии.

Для корректного автоматизированного построения ПГД необходимо учитывать специфику программной реализации рекурсивной процедуры и проводить следующие мероприятия:

- вводить исходные данные;
- контролировать ввод исходных данных;
- формировать бланки ПГД;
- запускать расчёт.

Разработанная рекурсивная процедура автоматизированного построения ПГД является логически полной. Во-первых, в сценариях построения переходных процессов рассчитываются всевозможные равномерные расположения вводимых/снимаемых составов, во-вторых, при организации ночной расстановки составов учтены все возможные логические размещения исходных данных, к которым относятся:

- положение маршрута до начала ночной расстановки;
- положение точки ночной расстановки (т.н.р.) маршрута;
- полнота рассматриваемой последовательности ниток;
- возможность постановки маршрута к т.н.р. до прохода последнего пассажирского поезда;
- наличие маршрута на нитках последовательности вечером;
- наличие маршрута на т.н.р. утром.

Для упрощения отладки рекурсивной процедуры введена функция перехода к конкретному варианту построения ПГД по его коду. Код варианта представляет собой последовательность, составленную из номеров вариантов вводов/снятий составов за все итерации и все переходные процессы ПГД. Эту последовательность будем называть вектором-кодом.

Полученное решение задачи перехода к указанному варианту построения ПГД обуславливает воспроизводимость вариантов. Воспроизводимость вариантов построения ПГД является ещё одним доказательством устойчивости рекурсивной процедуры автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена.

Для каждого варианта ПГД записывается следующих набор характеристик:

- количество оставшихся несвязанными ниток графика;
- количество разменов маршрутов через депо;
- количество регулировочных отстоев в линейных пунктах технического осмотра (ПТО);
- суммарная длительность отстоев в линейных ПТО;
- максимальная длительность отстоев в линейных ПТО;
- средняя длительность отстоев в линейных ПТО;
- время завершения движения по I главному пути;
- время завершения движения по II главному пути.

Внедрение рекурсивной процедуры автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена должно вывести работу инженеров-графистов на эффективный и качественно новый уровень.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Специфика программной реализации автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-22.

Юдин А.А. (АУИ-511), Сафронов А.И. - аспирант

ОСОБЕННОСТИ ГРАФИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ С ДЕПО

Развитие структуры метрополитена связано не только с продлением линий и сооружением новых станций, но с организацией новых площадок для размещения и обслуживания подвижного состава. Такими площадками являются депо линий. В работе внимание сконцентрировано на вопросах ввода и отображения информации, относящейся, непосредственно к депо линий при планировании перевозочного процесса на Московском метрополитене.

Движение поездов по линиям метрополитена проводится в соответствии с плановым графиком движения (ПГД). Его составление является трудоёмкой интеллектуальной задачей и от корректного решения такой задачи зависит комфортность и безопасность пассажироперевозок города Москвы.

ПГД содержит описание движения составов:

- по перегонам линии (нитки);
- по оборотным тупикам линии (обороты);
- по служебным соединительным веткам (ССВ) депо (выходы и уходы).

В своей работе авторы сконцентрировали внимание на последнем из упомянутых аспектов описания движения. Момент входа состава на ССВ отмечается на ПГД вертикальной линией перехода нитки в область линии соответствующего депо. Движение по ССВ занимает некоторое фиксированное время, которое рассчитывается до светофора Е. Светофор Е является устройством оптической сигнализации, обуславливающим границу путевого развития депо и ССВ линии метрополитена. Обычно устанавливается на некотором расстоянии от начала тоннеля.

Частые запросы инженеров-графистов, связанные с автоматизацией процесса отображения ниток в области линии депо, обусловили наличие в разработанном программном модуле блока для редактирования временных параметров движения от и до светофора Е. Именно эти параметры позволяют автоматизировать процесс прорисовки движения состава по ССВ заданной длительности.

Для работы программного модуля из множества ресурсов автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) выделены: нитка, образ нитки, депо.

Запуск на исполнение процедур отображения ниток графика в области линий депо предполагает наличие у определённых ниток признаков начала и конца в виде кодов, соответствующих связям с депо. Составы могут уходить в депо как для отстоя, связанного с необходимостью обеспечения правильной ночной расстановки, так и на осмотр. Редкими случаями являются выход/уход из/в депо непосредственно до/из точки ночной расстановки. Поскольку АСП ПГД ППМ построена по модульному принципу, при возникновении в структуре метрополитена иных маневровых передвижений, связанных с депо, база данных кодов признаков начала и конца нитки может быть расширена.

Из общей классификации линий метрополитена в работе выделяется ветвь отличительных признаков линий по наличию депо. На линии может быть одно или два депо, на некоторых линиях одно физическое депо может быть представлено в виде двух виртуальных, также выделяют случаи, когда на коротких линиях отсутствует своё депо и составы переправляются на такие линии из депо смежных с ними линий. Согласно перспективам развития Московского метрополитена, сформированным в 2011 году, на некоторых линиях может появиться третье депо. В настоящее время линии по трём депо не классифицируются.

В результате проведённой работы создан программный модуль отображения движения пассажирских поездов метрополитена по ССВ депо, включающий в себя форму настройки параметров каждого депо линии и процедуры создания образов ниток в области линий депо с учётом изменённых параметров депо.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Особенности графического отображения планового графика движения при ор-ганизации работы с депо / А. И. Сафронов, А. А. Юдин // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-33.

Чичкова И.А. (АУИ–511), Сафронов А.И. - аспирант

ОСОБЕННОСТИ ГРАФИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА ДЛЯ ЛИНИЙ С «ВИЛОЧНЫМ» ДВИЖЕНИЕМ

Московский метрополитен - составляющая городского общественного транспорта столицы. Являясь по большей части внеуличным, преимущественно подземным, рельсовым транспортом на электрической тяге, с каждым годом Московский метрополитен пользуется все большей популярностью у жителей города и гостей столицы, поскольку свободен от загруженности автомобильных дорог.

Движение поездов по линиям Московского метрополитена осуществляется в соответствии с плановым графиком движения (ПГД) пассажирских поездов. Организация перевозочного процесса производится с учетом требований безопасности и бесперебойной работы метрополитена.

Несмотря на достаточно разветвленную сеть Московского метрополитена, на некоторых линиях, в частности на Филёвской и Замоскворецкой, дополнительно организовано «вилочное» движение.

«Вилочное» движение - режим работы линии, при котором движение составов осуществляется по различным участкам после проследования станции разветвления. Путь до этой станции для всех составов линии не различается, а после - для части составов различен.

Наглядным примером является Филёвская линия, где после станции разветвления (Киевской) располагаются два участка:

- Киевская - Кунцевская;
- Киевская - Международная.

Составы первого участка отображаются на ПГД в естественном представлении, составы второго участка обосабливаются синим цветом. Это необходимо делать с целью достижения оперативности работы с ПГД. Интервал движения на общем участке линии каждый раз сокращается в связи с появлением на Киевской составов, пришедших со станции Международная. Интервалу движения уделяется особое внимание при построении ПГД - он является основой обеспечения безопасности движения.

Для обособления отображения ниток, связанных с другой линией (или участком линии), используется различное цветовое оформление. Цвет является одним из наиболее понятных для человека способов выделения информации. В данной работе авторами создан единый подход к реализации сохранения цветовых схем для линий с «вилочным» движением.

Назначение цветовой схемы осуществляется согласно алгоритму, учитывающему различные состояния образа нитки. Образ нитки может находиться в естественном представлении или быть выделенным для проведения операций. Преимущественно работа проводится с образами ниток в их естественном представлении, выделение осуществляется путём цветовой инверсии или наложения временных образов ниток.

Для создания новой цветовой схемы на рассматриваемой линии разработан алгоритм назначения цветов на образы ниток, которые делятся на группы:

- полные нитки основной линии;
- полные нитки дополнительной линии;
- нитки основной линии, связанные с дополнительной линией;
- нитки дополнительной линии, связанные с основной линией.

Алгоритм основывается на использовании ротационной схемы, которая предполагает последовательную смену цветов. Такой подход выбран с учётом имеющихся знаний о множестве всех возможных цветовых оформлений образов ниток. На ПГД используются четыре цвета:

- зелёный - естественное представление ниток;
- красный - нитки резервных поездов;
- синий - нитки со специфическими особенностями;
- чёрный - надписи номеров поездов.

Изменения, вносимые для каждой группы ниток, отображаются на форме в окне предварительного просмотра. Цветовая схема применяется к нитке одновременно с нажатием на соответствующую кнопку. Для использования новой схемы для образов ниток необходимо произвести сохранение ПГД и повторное его открытие.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Особенности графического отображения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена для линий с «вилочным» движением / А. И. Сафронов, И. А. Чичкова // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-31-III-32.

Чайковский М.В. (АУИ-511), Сафронов А.И. - аспирант

УЧЁТ ТРЕБОВАНИЙ ЭРГОНОМИКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Московский метрополитен является сложной по организации транспортной системой, которая призвана обеспечивать качественные и безопасные пассажироперевозки.

Утверждение новых стандартов и правил проектирования автоматизированных систем управления (АСУ) обусловило необходимость перевода старой системы на новый, более эффективный уровень. При переходе важно учитывать накопленный опыт разработки аналогичных АСУ.

Детальное исследование вопросов проектирования сложных АСУ показало, что для качественной и эффективной работы оператора с системой, необходимо учитывать требования эргономики автоматизированного рабочего места инженера. Согласно требованиям эргономики человеко-машинный интерфейс должен оцениваться по следующим показателям:

- управляемости - возможности эффективного выполнения оператором основной и вспомогательной работы при использовании АСУ;
- обслуживаемости - возможности оперативного приведения АСУ в состояние готовности к выполнению работ;
- осваиваемости - возможности быстрого и качественного овладения навыками работы с АСУ инженерами и лицами, обслуживающими систему;
- обитаемости - мера соответствия АСУ оптимальным биологическим параметрам среды, при которых обеспечивается эффективная деятельность оператора и не ухудшается его здоровье.

Авторами предложен один из множества подходов к проектированию эргономичного пользовательского интерфейса сложной АСУ на примере автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ).

Перейдём к рассмотрению главного меню системы. Для исключения ошибок проектирования при модернизации меню начинающими разработчиками предложен подход по автоматизированной генерации меню в процессе загрузки системы. Благодаря данному подходу проект освобождается от «мусора», вводится соответствие переменных соответствующим пунктам меню, упрощается процесс дополнения/изъятия пунктов и подпунктов меню.

Для быстрого доступа к часто используемым функциям принято добавлять в панель инструментов кнопки, соответствующие вызову этих функций. Опыт проектирования интерфейса удалось перенять в процессе использования следующих программных комплексов: Microsoft Office Applications, AutoCAD, MathCAD, и т.п.

Преимуществом эргономического подхода является предоставление оператору возможности распределения компонентов панели инструментов в удобном ему для работы порядке. По умолчанию кнопки панели инструментов расположены в порядке, соответствующем логике работы и освоения АСУ:

- системные;
- функциональные;
- навигационные;
- вызов групповых и узкоспециальных операций.

Без подгруженной базы данных система представляет собой графическую оболочку, снабжённую математическим аппаратом. В этом состоянии уместно скрыть от пользователя основные функциональные возможности системы. Так в АСП ПГД ППМ до загрузки базы данных пользователю предоставлена возможность использования системных кнопок:

- создание нового графика;
- загрузка графика;
- завершение работы;
- вызов справочной подсистемы (инструкции).

Согласно требованиям эргономики оператору в обязательном порядке следует ознакомиться с инструкцией до начала работы с системой. Таким образом, с точки зрения эргономики разрабатываемая система отвечает основным показателям эргономики - уже на стадии проектирования она удобна для разработчиков, тестировщиков и конечных пользователей.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Учёт требований эргономики при проектировании пользовательского интерфейса автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, М. В. Чайковский // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-30-III-31.

Попов И.Г. (АУИ-511), Сафронов А.И. - аспирант

ОРГАНИЗАЦИЯ ЖУРНАЛА СОБЫТИЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Общими принципами обработки событий являются отображение для пользователей четких и информативных сообщений, а также предоставление дополнительной информации операторам, администраторам и лицам, сопровождающим систему, которые должны выполнять разрешение возникающих проблем. В чётко структурированную стратегию обработки событий обычно входят следующие действия:

- уведомление пользователя (любого уровня подготовки) посредством понятного ему сообщения;
- сохранение подробных сведений о событии в журнале или ином репозитории;
- оповещение службы поддержки заказчиков о возникновении ошибки;
- помощь лицам, сопровождающим систему, в поиске и воспроизведении ошибок, а также определении причин возникновения ошибок.

На сегодняшний день известны три шаблона обработки событий:

- экранирование исключений;
- протоколирование исключений;
- трансляция исключений.

Экранирование исключений - процесс, гарантирующий, что система не допускает раскрытия конфиденциальной информации при непредвиденном прерывании работы системы. На более детальном уровне этот подход позволяет предотвратить перенос ресурсов через установленные границы.

Протоколирование исключений - процесс отслеживания вредоносных действий и проблем безопасности, призванный помочь администраторам при диагностике и устранении неполадок.

Трансляция исключений - процесс записи исключений в оболочку из других исключений с целью контроля соответствия действий пользователя и/или кода текущим процессам системы.

В работе авторами рассмотрен один из наиболее полезных и популярных методов обработки исключений – протоколирование. Протоколирование обычно выполняется для решения двух основных задач:

- наблюдения за производительностью системы;
- предоставление сведений о действиях пользователя.

Практическая польза от решения обеих задач связанна с возможными отказами от обязательств. Например, журналы аудита могут оказаться полезными в юридических или процессуальных ситуациях, когда пользователи или внешние злоумышленники отрицают свои действия.

Из множества ресурсов для построения планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена, выделенных для корректного функционирования автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) обособим последовательности, для которых реализация протоколирования является оправданной:

- нитка - описание движения маршрута с указанием маневровых передвижений, содержащее информацию о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и порядке следования ниток графика;
- образ нитки - графическое отображение нитки;
- надпись - текстовая строка, содержащая сопроводительную информацию (комментарии) от инженеров-графистов для диспетчеров линии метрополитена.

Упомянутые последовательности в рамках АСП ПГД ППМ заключены в независимые классы. Каждый класс, являющийся упорядоченным описанием объекта, можно представить в виде обобщённой структуры, состоящей из инициализации действия, выполнения действия, отмены действия.

Разработанный программный модуль предназначен для контроля действий конечного пользователя и позволяет точно определять причины возникновения сбоев системы. Ответственность за возникновение систематических ошибок при точном исполнении инструкции пользователями ложиться на разработчиков, при возникновении разовых ошибок, связанных с нарушениями выполнения инструкции - на пользователей.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Организация журнала событий в автоматизированной системе построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, И. Г. Попов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-20-III-21.

Кереселидзе Д.А. (АУИ-511), Сафронов А.И. - аспирант

УЧЁТ ОСОБЕННОСТЕЙ ОТОБРАЖЕНИЯ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Московский метрополитен - обширное транспортное предприятие, в работу которого вовлечено большое количество человеческих и материальных ресурсов. Работа метрополитена связана с потоками разнородной информации. Зачастую информационные потоки настолько обширны, что единственным способом обработки является автоматизация процесса обработки. Одним из примеров использования разнородной информации в рамках одного документа является составление планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена. Помимо описания перевозочного процесса на линии метрополитена, на ПГД отображается текстовая информация, обеспечивающая оперативность работы с ПГД. В связи с этим важную роль играет решение задачи автоматизации отображения текстовой информации в принятом формате.

Сложность задачи состоит в отсутствии жёсткой формализации требований, предъявляемых к текстовой информации.

Единственным верным способом решения такой задачи является предоставление пользователю возможности настройки как можно большего числа параметров. Созданный разработчиками автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) модульный аппарат позволяет без лишних трудностей дополнить существующую структуру с учётом новых требований заказчика.

Согласно современному подходу в сфере массового внедрения электронного документооборота на предприятиях данные о ПГД необходимо передавать сотрудникам различных служб метрополитена в специфических форматах. Каждый из этих форматов детализирован по ряду особых отличительных признаков. Так, например, для составления поездных расписаний особое внимание уделяется приёму/передаче текстовой информации.

Текстовая информация в АСП ПГД ППМ существует в следующих форматах:

- независимые тексты;
- тексты, привязанные к нитке;
- тексты, выводимые только на печать.

Далеко не для всех параметров упомянутых текстовых форматов имеется возможность пользовательского редактирования.
К числу параметров, которые в обязательном порядке должны иметь возможность пользовательского редактирования относятся:

- угол наклона текста;
- размер шрифта;
- семейство шрифта;
- цвет надписи;
- степень сжатия надписи;
- отклонение надписи от координат, заданных по умолчанию.

Текстовая информация должна храниться в базе данных. Чтение графика из базы данных должно предусматривать восстановление ранее сохранённого состояния графика и сопроводительных текстов.

Для работы с текстом в АСП ПГД ППМ разработаны операции и формы для редактирования параметров. В формах задаются значения для всех значимых параметров выбранного текста, определённых пользователем. Эти значения после нажатия на кнопку «Применить» присваиваются соответствующим параметрам в процедуре, производящей обработку и обновление ниток, образов ниток, текстов и других видимых элементов ПГД.

Формы для работы с текстами разделены на блоки, положение которых в системе зависит от упомянутых текстовых форматов, содержащихся на любом ПГД.

В настоящее время работа выполнена для независимых текстов и текстов, привязанных к ниткам. В ближайшее время планируется дополнение пользовательскими настройками текстов, выводимых только на печать.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Учёт особенностей отображения текстовой информации в автоматизированной системе построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, Д. А. Кереселидзе // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-15.

Пье Пуо Хан (ТУУ-811), Сафронов А.И. - аспирант

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПОСТРОЕНИЕ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В РАМКАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Метрополитен представляет собой сеть подземных сооружений, которые обеспечивают транспортное сообщение большинства районов города Москвы. Движение по линиям метрополитена организовано согласно определённому плану перевозочного процесса. Таким образом, для каждой линии метрополитена строится свой плановый график движения (ПГД) пассажирских поездов. Учёт индивидуальных особенностей линий имеет принципиальное значение - именно они оказывают влияние на вид ПГД. В общем случае ПГД пассажирских поездов метрополитена должен обеспечивать:

- выполнение плана перевозок пассажиров;
- безопасность движения поездов;
- соблюдение установленной продолжительности непрерывной работы машинистов с учётом графика оборота подвижного состава.

С целью учёта индивидуальных особенностей линий особое внимание в ходе проведения исследований следует уделить ряду признаков: географии линии, типу графиков, количеству и расположению депо на линии, длительности полного оборота.

Для автоматизированного построения ПГД разработана автоматизированная система построения плановых графиков движения поездов линии метрополитена (АСП ПГД ПЛМ). В рамках этой системы учтены упомянутые особенности, а также разработаны две схемы построения ПГД.

В соответствии с технологией работы метрополитена ПГД в рабочие дни описывает следующие процессы (пошаговая схема):

1. Выход составов из ночной расстановки (переходный процесс).
2. Переход к утреннему часу «пик» (переходный процесс).
3. Движение в утренний час «пик» (установившийся процесс).
4. Переход к дневному часу «непик» (переходный процесс).
5. Движение в дневной час «непик» (установившийся процесс).
6. Переход к вечернему часу «пик» (переходный процесс);
7. Движение в вечерний час «пик» (установившийся процесс).
8. Переход к вечернему часу «непик» (переходный процесс).
9. Организация ночной расстановки (переходный процесс).

Исследования показали, что эффективные результаты построения ПГД достигаются за счёт перехода от пошаговой схемы построения к вложенной схеме. Её принципиальным отличием является независимость построения часов «пик», относительно которых строятся оставшиеся процессы ПГД. Такой переход позволяет повысить быстродействие работы системы.

Для построения ПГД требуется также уделить внимание вводу исходной информации. Только при наличии исходной информации можно сформировать задание на построение ПГД. От правильности ввода зависит успех построения всего ПГД. На стадии подготовки бланка ПГД для выбранной линии необходимо ввести следующую информацию:

- о временах хода по перегонам;
- о типах ремонтов;
- о точках ночной расстановки;
- о последовательности заполнения точек ночной расстановки;
- о пунктах технического осмотра;
- о параметрах депо;
- об элементах графика оборота;
- о параметрах станции линии.

После подготовки бланка ПГД можно приступать к непосредственному построению ПГД, для чего определиться со схемой построения и её настройками:

- общими для ПГД;
- перебора вариантов построения ПГД;
- схемы построения ПГД;
- процесса выхода составов из ночной расстановки;
- процесса ухода составов на ночную расстановку;
- переходных процессов ПГД;
- известного вектора-кода варианта ПГД (опционально).

При учёте всей необходимой информации, позволяющей сформировать задание на построение ПГД, был спроектирован и реализован задатчик исходных данных, который интегрирован и функционирует в рамках АСП ПГД ПЛМ.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Формирование задания на построение планового графика движения пассажирских поездов метрополитена в рамках автоматизированной системы построения плановых графиков движения поездов линии метрополитена / А. И. Сафронов, Пье Пуо Хан // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-21-III-22.

Наинг Мин Ко (ТУУ-811), Сафронов А.И. - аспирант

ФОРМИРОВАНИЕ МНОЖЕСТВА ОПЕРАЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В РАМКАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Метрополитен является сетью подземных сооружений, обеспечивающих безопасные скоростные пассажироперевозки на территории города Москвы.

Для каждой линии метрополитена строится свой плановый график движения (ПГД) пассажирских поездов. ПГД в рабочие дни описывает строго определённую последовательность, состоящую из девяти процессов. Эти процессы соответствуют технологии работы линии метрополитена.

При автоматизированном построении ПГД порядок процессов из последовательности незначительно меняется: независимо строятся часы «пик», относительно которых проводится построение оставшихся процессов. Для каждого процесса характерно выполнение типовых операций. Каждая операция формируется из трёх составляющих:

- инициализации действия;
- выполнения действия;
- отмены действия.

Инициализация действия - процесс ввода и проверки совместимости исходных данных для выполнения действия.
Выполнение действия - процесс пошаговой реализации операций над нитками, образами ниток и другими объектами, приводящий к получению желаемого результата.

Отмена действия - процесс возврата к состоянию ПГД, предшествующему выполнению действия.

В результате проведённого исследования множества операций автоматизированного построения ПГД авторы приняли решение о разделении множества операций на подмножества: элементарных и комбинированных операций.

Подмножество элементарных операций состоит из операций, которые внутри своей структуры не содержат ссылок на другие операции. К этому подмножеству относятся следующие операции:

- добавления надписи;
- изменения изгиба нитки;
- изменения надписи номера поезда;
- изменения типа расстановки ПГД;
- изменения времени начала/окончания движения в/из депо;
- изменения времени хода от/до светофора Е;
- связи ниток;
- создания/удаления нитки;
- укорачивания нитки;
- удлинения нитки;
- назначения маршрута;
- сдвига начала/конца нитки;
- сдвига самой нитки;
- создания/удаления сверхрежимной выдержки (СРВ).

Подмножество комбинированных операций состоит из операций, которые внутри своей структуры содержат одну и более ссылок на иные операции. К подмножеству комбинированных операций относятся следующие операции:

- обмена начала/конца нитки;
- связи группы следующих/предыдущих ниток;
- создания ухода на ночную расстановку;
- создания выхода из ночной расстановки;
- создания образа нитки при обороте;
- создания установившегося процесса;
- удаления группы ниток;
- укорачивания группы ниток;
- задания времён хода первых поездов;
- задания времён хода последних поездов;
- изменения надписей номеров поездов для заданной группы ниток;
- повторного связывания группы ниток;
- сдвига группы ниток;
- создания начала/конца нитки;
- создания равномерного ввода/снятия составов;
- сокращения длительности СРВ;
- увеличения длительности СРВ;
- организации зонного движения;
- выравнивания интервалов движения.

В связи с частотой использования элементарных операций в рамках автоматизированной системы построения плановых графиков движения поездов линии метрополитена (АСП ПГД ПЛМ) они внесены не только в главное меню в пункт «Правка», но содержатся в панели инструментов в виде кнопок.

Комбинированные операции используются не часто, в связи с чем они содержатся только в главном меню. Однако перечень таких операций в АСП ПГД ПЛМ достаточно велик, и они сведены в два пункта меню «Групповые операции 1» и «Групповые операции 2».

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Формирование множества операций автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена в рамках автоматизированной системы построения плановых графиков движения поездов линии метрополитена / А. И. Сафронов, Наинг Мин Ко // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2013. - C. III-19-III–20.

Сафронов А.И. (аспирант)

ПРОСТРАНСТВО ПЕРЕМЕННЫХ СОСТОЯНИЯ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПОСТРОЕНИИ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Незаменимая роль метрополитена в урегулировании сложной транспортной ситуации столицы не раз отмечалась в сообщениях СМИ и в работах учёных. Современные условия работ по организации движения поездов на Московском метрополитене требуют высокого уровня автоматизации и информационной согласованности различных служб. Планирование движения производится за счёт построения планового графика (ПГД). От корректности ПГД зависит ряд факторов, среди которых особым образом выделяют безопасность движения поездов.

Неразрывно с ПГД связан график оборота подвижного состава (ГО). Именно ГО содержит информацию о проведении ремонтов и осмотров составов, обслуживающих линию. Эта информация является исходной для графистов Службы движения. Она поступает к ним от сотрудников Службы подвижного состава.

Ключевым направлением исследований в области планирования перевозочного процесса на метрополитене является автоматизированное построение ПГД. При решении этой задачи важно учитывать возможность построения:

- с «чистого листа»;
- с фиксированного процесса.

Параметры процессов построения ПГД необходимо хранить в базе данных (БД). Эта информация позволяет организовать продолжение построения ПГД, а её хранение предусмотрено для случаев:

- запуска процедуры построения в конце рабочего дня;
- возникновения внештатной ситуации, на время устранения которой требуется прервать построение ПГД.

Автоматизированное построение графика связано с перебором большого количества вариантов. Процедура построения, запущенная на исполнение в конце рабочего дня, с высокой долей вероятности не будет завершена в срок. Таким образом, необходимо прервать перебор вариантов и сохранить параметры последнего из рассмотренных процессов в БД. В начале следующего рабочего дня оператору потребуется загрузить параметры из БД для продолжения перебора ранее нерассмотренных вариантов. Важную роль при этом играет правильность фиксации переменных состояния объектов. Вместе с тем необходимо правильно восстановить каждый параметр из БД. Рассмотрим пространство переменных состояния на примере ремонтов. К некоторому процессу построения ПГД ремонты могут быть:

- запланированными: r ⸦ R ^ r ₵ Rreal;
- выполненными: r ₵ R ^ r ₵ Rreal;
- выполняющимися: r ₵ R ^ r ⸦ Rreal.

Наибольший интерес представляют выполняющиеся ремонты. Для корректного восстановления этого состояния ремонта необходимо хранить в БД больше информации, нежели при восстановлении запланированных или выполненных ремонтов.

При автоматизированном построении ПГД Кольцевой линии необходимости фиксации выполняемого ремонта следует уделить особое внимание. Это связано с расположением на линии ПТО, куда с высокой частотой на ремонт или осмотр заходят составы. Только при такой организации движения на линии удаётся выполнить все требования ГО.

В качестве иного объекта с переменными состояния, стоит выделить признак автоматизированного построения ПГД. Его обособление важно в связи с требованием на корректировку расписания путём смещения отдельных ниток графика.

Таким образом, ручное редактирование расписания вне и после автоматизированного построения различаются. Эти различия учитываются состоянием признака автоматизированного построения.

Процедура автоматизированного построения ПГД является информационно обогащённой структурой, включающей в себя объекты с переменными состояния. Далеко не все из этих переменных представлены в явном виде. Их выявление способствует более быстрой сходимости процесса построения ПГД.

Работа выполнена под руководством д.т.н., профессора Сидоренко В.Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Пространство переменных состояний при автоматизированном построении планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-109.

Сафронов А.И. (аспирант), Солдатов Н.Л. (АУИ-311), Ушаков К.А. (АУИ-411), Чайковский М.В. (АУИ-411)

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИИ ДОСТУПА К БАЗЕ ДАННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Ряд современных больших систем подлежит периодической модернизации. Это связано с активным взаимодействием пользователя или группы пользователей с системой. В процессе взаимодействия удаётся обнаружить неявные ошибки. Вместе с тем у пользователей возникают предложения по созданию новых функций, облегчающих выполнение рутинных операций. Эти мероприятия способствуют эволюционной модернизации программного обеспечения (ПО). Также существует революционная модернизация ПО, связанная с гонкой информационных технологий (IT). Она накладывает ограничения и устанавливает иные стандарты и правила.

Постепенное пополнение базы знаний (БЗ) новыми стандартами и правилами приводит к устареванию оборудования. Смена оборудования влечёт за собой смену операционной системы (ОС). В новой ОС ПО может функционировать некорректно, а в худшем случае – прекратить функционировать. В этих условиях разработчики больших систем обязаны следить, чтобы они «оставалась на плаву». Таким образом, смена поколений ОС приводит к смене сред программирования, компиляторов и иной интерфейсной базы, которая далеко не всегда сохраняет в своём составе правила, характерные для предшествующего поколения.

Эти проблемы затронули автоматизированную систему построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ). Система была разработана на кафедре УИТС в среде Visual Basic (VB) 6.0. В 2004 году она внедрена на Московском метрополитене. В 2009 году производился автоматизированный перевод системы из среды Visual Studio (VS) 6.0 в среду VS 2008. В результате перевода выяснилось, что разработанные механизмы построения ПГД не отвечают правилам новой среды. Исправление ошибок, возникших в результате автоматизированного перевода, оказалось сопоставимо с написанием системы «с нуля». Этот шаг положил начало разработкам новой системы, базирующейся на существующих механизмах построения ПГД ППМ и графика оборота подвижного состава (ГО).

В 2011 году средой программирования для создания новой системы выбрана VS 2010, а языком программирования Visual C# (Си Шарп). Основными критериями выбора языка стали:

- рейтинг использования высококвалифицированными специалистами;
- оценка быстродействия среды, основанная на возможности использования при расчётах многоядерных микропроцессорных архитектур.

Первый критерий позволяет привлечь к научной работе перспективных специалистов, заинтересованных в дальнейшем карьерном росте. Он следует стратегии «win-win» (ты мне – я тебе), согласно которой разработчик получает стаж работы в современной среде программирования, а работодатель – современное ПО, отвечающее требованиям нового поколения ОС.

Второй критерий является дополнением упомянутого ранее, поскольку все современные курсы повышения квалификации программистов стремятся решать задачи параллельных вычислений.

В настоящее время авторами решена задача интеграции существующей базы данных (БД) с новой системой. Эта задача состоит из следующих этапов:

- определение файла БД;
- проверка целостности выбранной БД;
- создание «зеркальной структуры» БД в системе;
- инициализация данных;
- преобразование данных к модели системы.

В работе проведен сравнительный анализ структур взаимодействия системы с БД при использовании различных языков программирования: VB 6.0 и Visual C# 2010.
В настоящее время авторы работают над созданием аналогов простейших операций, проводимых над элементами графика на языке Visual C#.

Работа выполнена под руководством д.т.н., профессора Сидоренко В.Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Сравнительный анализ операций организации доступа к базе данных в различных средах программирования / А. И. Сафронов, Н. Л. Солдатов, К. А. Ушаков, М. В. Чайковский // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-110.

Сафронов А.И. (аспирант), Антропов С.Г. (АУИ-511)

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НОЧНОЙ РАССТАНОВКИ СОСТАВОВ НА ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Автоматизация метрополитена нацелена на улучшение использования пропускной способности, повышение безопасности движения, облегчение труда работников метрополитена, повышение качества управления.

Составление планового графика движения (ПГД) относится к задачам планирования перевозочного процесса. Результатом решения этой задачи является вектор переменных системы управления движением поездов на протяжении всего пассажирского движения в штатном режиме функционирования линии. Одной из задач, решаемых при автоматизации планирования перевозочного процесса, является организация ночной расстановки (НР) составов.

Для реализации ввода последовательностей заполнения пунктов НР, основанного на древовидных графах, необходимо решить следующие задачи:

- создать или отредактировать граф;
- загрузить или сохранить граф;
- составить алгоритмы анализа построенных графов.

Для автоматизированного построения ПГД важно не просто создать ту или иную точку НР на главном пути, но и наладить связи между ними. Ещё одним фактором, оказывающим влияние на результат построения ПГД, является принадлежность указателя определённому типу НР.

Достаточным является составление древовидных графов освобождения точек НР для рассматриваемого типа расстановки. Эта информация, одновременно, является и инструкцией по заполнению точек НР. Таким образом, последовательности освобождения и заполнения точек НР совпадают, ввод последовательности заполнения избыточен.

В автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) переход к диалоговому окну составления древовидных графов осуществляется через вкладку «Указатели» диалогового окна «Редактирование параметров станции». Предварительно необходимо указать момент, для которого будет составляться древовидный граф, а также тип расстановки.

Помимо структурных особенностей у пункта НР есть параметры его расположения. Графов может быть бесконечно много. Вершины графа располагаются свободно или их положение ограничивается сеткой, в каждой ячейке которой располагается один элемент. Математически это можно представить в виде матрицы целых чисел, каждый элемент которой является порядковым номером пункта ночной расстановки.

Слева формы расположен список указателей. В середине формы находится графическая область, на которой отображается построенный граф. В верхней части формы расположено функциональное меню. Элемент, который необходимо вставить в дерево, выбирается в левой части и переносится в центральную часть путем удержания в нажатом состоянии левой кнопки манипулятора типа «мышь». Положение элементов определяется графической сеткой. Элементы можно свободно перемещать. Связь между элементами образуется при наложении одного элемента на другой. После образования связи дочерний элемент самостоятельно возвращается на свое первоначальное место. Реализованы операции удаления элементов с графической области, редактирования связей и хранения информации о построенных деревьях в базе данных. Верхний элемент древа соответствует первой заполняемой точке НР. Для некоторых станций может быть построено несколько несвязанных деревьев.

Для удобства редактирования параметров графика необходимо предоставлять информацию пользователю в наглядном и доступном виде. Эти манипуляции неразрывно связаны с понятием интерфейса рабочей среды программного продукта. В работе реализована функция закрытия формы ввода и редактирования точек НР с сохранением и без него.
Разработанное программное обеспечение внедрено в АСП ПГД ППМ.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Автоматизированная организация ночной расстановки на линии метрополитена / А. И. Сафронов, С. Г. Антропов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-108.

Пьей Сонэ Аунг (АУМ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

АНАЛИЗ СРЕДСТВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА НА БАЗЕ АППАРАТА СЕТЕЙ ПЕТРИ

Московский метрополитен - обширное транспортное предприятие, в работу которого вовлечено большое количество человеческих и материальных ресурсов. Автоматизация различных технологических процессов на Московском метрополитене позволяет облегчить работу специалистов различных служб метрополитена.

Важную роль при автоматизации составления планового графика движения (ПГД) поездов играет решение задачи визуализации и коррекции информации в принятом формате. Созданный разработчиками системы аппарат позволяет выполнять существующие и учитывать вновь возникающие требования заказчика в лице инженеров-графистов Службы движения Московского метрополитена.
Целью работы является разработка алгоритмов графического отображения и коррекции информации в ПГД пассажирских поездов метрополитена.

Для выполнения сформулированной цели требуется решить следующие задачи:

- провести анализ развития автоматизации планирования перевозочного процесса на линиях метрополитена;
- выполнить формализацию задачи;
- разработать алгоритмы визуализации и коррекции информации;
- разработать программное обеспечение модулей визуализации;
- провести тестирование разработанных модулей;
- составить инструкцию пользователя.

В вопросах визуализации интерфейса ПГД центральное место занимает работа с «образом нитки». В состав этой работы входят следующие простейшие операции:

1. Создание нитки;
2. Укорачивание нитки;
3. Удлинение нитки;
4. Связывание ниток;
5. Коррекция расписания;
6. Ввод сверхрежимных выдержек (СРВ).

В работе рассматривается решение задачи визуализации образов ниток, приводится математическое описание проводимых операций с использованием аппарата сетей Петри.

Отметим, что основой реализации автоматизированного построения ПГД является коррекция расписания. Коррекция расписания ниток является простейшей операцией. На основе простейших операций строятся более сложные, составные операции.
Авторами с использованием сетей Петри рассмотрены простейшие операции. Каждая из этих операций разбивается на структурные блоки:

- инициализации;
- действий по созданию нитки;
- прорисовки/визуализации образа нитки;
- невыполнения операции.

По результатам исследования этих блоков авторами разработана обобщённая блок-схема простейших операций, проводимых над нитками ПГД. Вместе с тем, авторами выделена обобщённая структура классов программной среды, которые в своём составе содержат:

- процедуру инициализации операции, в которой происходит определение основных переменных и их начальных значений, необходимых для выполнения операции;
- процедуру выполнения операции, включающую в себя операции по созданию или коррекции нитки с последующей визуализацией образа нитки.

Поскольку программный модуль визуализации постепенно обновляется, дополняется и корректируется, он может накапливать в своём составе однотипные процедуры, что приводит к увеличению времени, затрачиваемого на расчёты. Проведённый анализ простейших процедур с использованием математического аппарата сетей Петри позволил выявить однотипные процедуры, что привело к существенному упрощению структуры операций и сокращению времени, затрачиваемого на расчёты.

Программный модуль визуализации интерфейса ПГД успешно прошел тестирование инженерами-графистами Московского метрополитена. В ходе тестирования ошибок не выявлено. В настоящее время программный модуль введён в состав АСП ПГД ППМ, внедрённой на Московском метрополитене.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Анализ средств визуализации автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на базе аппарата сетей Петри / А. И. Сафронов, Пьей Сонэ Аунг // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-106-III-107.

Мин Вэй Чжо (АУМ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Движение поездов по линиям метрополитена осуществляется в соответствии с плановым графиком движения (ПГД), процесс составления которого является одной из сложнейших задач.

Качество перевозки пассажиров по линиям метрополитена зависит от правильной организации движения пассажирских поездов. ПГД отображает всю информацию о движении пассажирских поездов метрополитена. Таким образом, качество перевозки пассажиров напрямую зависит от качества составленного графика. Качество графика необходимо оценивать.

В автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) организован модуль обсчёта показателей качества графика, а также модуль вывода результатов этого обсчёта, который вызывается путём выбора в меню «Вид» пункта «Обсчёт графика». В этом модуле содержится информация об обобщённых результатах, таких как поездо-километры и вагоно-километры. Для тех случаев, когда этой информации недостаточно, необходимо перейти к полному обсчёту графика, где приведены результаты обсчёта прочих эксплуатационных показателей:

- количества поездов на графике;
- количества составов на графике;
- нулевого пробега;
- пробега с нулевым;
- общих поездо-часов;
- поездо-часов в движении;
- простоя;
- эксплуатационной скорости;
- технической скорости.

Эти показатели качества и ранее рассчитывались в соответствующем модуле АСП ПГД ППМ для всего графика. В настоящее время авторами введён расчёт этих показателей и для различных участков линии поперегонно.

Такая информация необходима для оценки качества составленного графика. Прежде всего, качество графика оценивается из условия минимума затрат электроэнергии. Таким образом, упомянутая ранее информация должна быть в надлежащем виде предоставлена пользователям системы, а также приведена к виду, удобному для передачи в другие службы метрополитена. Поскольку другие службы не имеют возможности использования АСП ПГД ППМ, то информацию об обсчёте графика им необходимо предоставлять в печатном виде. Одной из возможностей печати информации является разработанный авторами блок передачи в документ Microsoft Excel.

В АСП ПГД ППМ также существует собственный модуль печати упомянутой информации в требуемом заказчиком формате. Авторами составлены алгоритмы, отражающие процесс печати автоматизированного обсчёта эксплуатационных показателей графика. Этот модуль включает в себя следующие блоки печати:

- результаты по депо;
- обобщённые результаты;
- результаты полного обсчёта.

Также авторами разработан и новый блок печати, в котором собраны результат обсчёта графика для различных участков поперегонно.

Печать итоговых результатов расчёта производилась при помощи лазерного принтера Canon LBP-1120 на формат листа А4. Печать промежуточных результатов, в ходе отладки программного обеспечения, проводилась с использованием виртуального принтера PDFCreator. Этот способ отладки позволяет экономить бумагу, что, в свою очередь, делает проведение экспериментов в ходе рассматриваемых разработок более дешёвыми.

Время, затрачиваемое на ручной обсчёт графика, несопоставимо велико, по сравнению со временем, затрачиваемым на автоматизированный обсчёт. Таким образом, можно утверждать, что разработанное нововведение является экономически оправданным. Программное обеспечение внедрено и функционирует в составе АСП ПГД ППМ, внедрённой на Московском метрополитене.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Организация печати результатов расчёта эксплуатационных показателей в автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, Мин Вэй Чжо // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-103-III-104.

Аунг Лвин Лвин (АУМ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕЧАТИ И АНАЛИЗ ГРАФИКА ОБОРОТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Метрополитен города Москвы является сложной развивающейся распределенной системой, включающей в себя множество различных объектов. На его долю приходится более половины пассажирских перевозок города. Автоматизация метрополитена направлена на решение вопросов улучшения использования пропускной способности, повышения безопасности движения, облегчения труда работников метрополитена, повышения качества управления. Движение поездов по линиям метрополитена осуществляется в соответствии с плановым графиком движения (ПГД) поездов и связанным с ним графиком оборота подвижного состава (ГО). В связи с этим, актуальной является задача автоматизации составления ПГД и ГО.

В данной работе рассмотрены вопросы автоматизированного анализа и печати ГО на соответствие накладываемым ограничениям.

Проверка соответствия ГО ограничениям осуществляется по следующим критериям:

- правильность ночной расстановки поездов - маршрут заканчивает свое движение в той точке линии, из которой начинает движение на следующий день следующий маршрут;
- ритмичность ремонтов - периодичность проведения ремонтов или осмотров отдельно взятого состава должна отвечать требованиям эксплуатации, согласно которым время движения состава по линии без осмотра или ремонта не превысило бы максимально допустимой величины (24 часа);
- длительность ремонтов - время на осмотр или ремонт состава должно быть не меньше установленного минимума;
- правильность выхода и ухода поездов с линии - все уходы поездов на осмотры должны соответствовать выходам поездов из соответствующих осмотров.

Авторами было разработано программное обеспечение, реализующее анализ ГО по приведённым выше критериям.
Задача анализа ГО не может быть решена без предварительного составления ПГД и соответствующего ему ГО. Составление ГО приводит к рассмотрению задачи печати его на бумажном носителе.

В состав автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) входит модуль печати ГО на листе альбомной ориентации. Эти правила установлены заказчиком. В ходе бурного развития новой, Люблинско-Дмитровской линии Московского метрополитена, единственное, на сегодняшний день, электродепо Печатники стало содержать в себе большое количество составов. Таким образом, число соответствующих элементов перестало умещаться на листе формата, предусмотренного заказчиком. В работе предложены два пути решения проблемы:

- размещение ГО на нескольких листах альбомной ориентации;
- организация печати ГО на листе книжной ориентации.

Первая методика заключается в преобразовании существующих процедур с учётом переноса элементов, не поместившихся на одном листе, на следующую страницу. При этом важно заранее рассчитать количество печатаемых страниц. Вместе с тем необходимо предусмотреть проверки, связанные с заполнением страницами пустыми ячейками, если количество перенесённых на другую страницу элементов занимают менее половины страницы.

Вторая методика заключается в особой разметке страницы ГО, для которой потребовалось создание набора новых процедур, учитывающих книжную ориентацию страницы. Авторами были разработаны и описаны алгоритмы, учитывающие особенности книжной ориентации листа.

Мероприятия по модернизации существующих систем позволяют расширять функциональность систем в соответствии с пожеланиями пользователей. Обновлённое программное обеспечение АСП ПГД ППМ внедрено на Московском метрополитене.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Организация печати и анализ графика оборота подвижного состава в автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, Аунг Лвин Лвин // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2012. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2012. - C. III-99-III-100.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА НА МЕТРОПОЛИТЕНЕ

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г., Филипченко К.М.

На сегодняшний день разветвлённая сеть Московского метрополитена претерпевает колоссальные перегрузки. Это связано с величиной пассажиропотока, который приходится ежедневно обслуживать. Метрополитен работает на пределе своих технических и человеческих возможностей и, вместе с этим, продолжает активно развиваться, наращивая протяжённость существующих и обрастая новыми линиями.

Принятая на период с 2012 по 2020 годы стратегия развития Московского метрополитена своей основной целью ставит увеличение численности станций на 67 объектов и протяжённости линий на 145 километров, что в среднем соответствует ежегодному приросту 7 станций и 16 километров перегонных тоннелей [1]. В этих условиях уже через пару лет человеческий ресурс начнёт давать сбои не только на эксплуатационно-техническом уровне, но и на уровне планирования перевозочного процесса. И это связано с тем, что не будет оставаться времени на адаптацию и привыкание к одним условиям работы линии, как они преобразуются в иные. Решить эту проблему поможет только создание интеллектуальных систем управления перевозочным процессом на метрополитене.

Средства планирования перевозочного процесса на метрополитене являются составной частью автоматизированной системы управления перевозочным процессом метрополитена (АСУ ППМ), которая реализуется в рамках концепции создания интегрированной автоматизированной системы управления метрополитена (ИАСУМ). Автоматизированная система планирования перевозочного процесса на метрополитене предназначена для автоматизированного построения графика оборота подвижного состава и планового графика движения пассажирских поездов.

Многолетний опыт разработки и внедрения автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов по линии метрополитена на Московском метрополитене показал, что эффективное построение планового графика движения основывается на рассмотрении большого количества вариантов построения и решении оптимизационных задач, которые образуют иерархическую структуру [2].

Рациональное составление процедур перебора и сравнения вариантов построения планового графика движения требует использования методов параллельных вычислений. Рациональная организация параллельных вычислений подразумевает выполнение следующих предварительных операций:

- выделения уровней распараллеливания вычислений;
- определения фрагментов кода, внутри которых распараллеливание вычислений недопустимо;
- выбора архитектуры аппаратного обеспечения;
- выбора архитектуры программного обеспечения.

Прежде, чем приступать к решению задачи организации параллельных вычислений применительно к алгоритмам автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, необходимо провести анализ общей схемы построения графика. Уже на этом уровне можно сделать ряд предположений о том, какие из процессов и входящих в их состав процедур можно было бы преобразовать для проведения параллельных вычислений.

На практике далеко не все из выделенных операций реально разбить на потоки. Возможными причинами могут служить жёсткие причинно-следственные связи между последовательно идущими операциями, а также одноразовость вызовов тех или иных процедур. Разбивать на потоки имеет смысл только те процедуры, которые выполняются более одного раза за процесс или же для процедур различных процессов, но обладающих родственными свойствами.

Выбор архитектуры аппаратного обеспечения играет немаловажную роль. Здесь надо отдавать себе отчёт в том, что если распараллеливание потоков будет ориентировано, скажем, на четыре ядра, то на двуядерной архитектуре такое программное обеспечение не будет корректно работать или же не будет работать вовсе. Но в этом случае разработка системы будет инновационной и экономически оправданной. Куда хуже другой случай, когда программное обеспечение ориентировано на двуядерную архитектуру, а в перспективе планируется использование четырёх ядер. В экономическом отношении подобного рода разработки не будут оправданы, поскольку более чем два потока на два ядра не пойдут технически, и другие два ядра микропроцессора будут простаивать. При этом важно определиться с критериями и приоритетами.

Так, например, при разработке универсальной системы (при существующей восьмиядерной архитектуре), необходимо дополнительно разветвить возможности параллельных вычислений (на четыре и два ядра). Эта стратегия несёт в себе следующие ключевые принципы:

1. За базовый уровень принять наиболее развитую, на момент разработки, микропроцессорную архитектуру.
2. Сохранить модульный принцип построения и оставить задел для разработки блока, ориентированного и на более продвинутую архитектуру после выхода таковой на рынки аппаратного обеспечения.
3. Разработать мультипоточность, ориентированную на базовый уровень.
4. Упростить базовое распараллеливание отдельно для четырёхядерной архитектуры, а после и для двуядерной.
5. Снабдить диалоговое окно с настройками пользовательского интерфейса переключателем количества ядер.

К архитектуре программного обеспечения также предъявляется ряд особых требований. Прежде всего, необходимо определиться с операционной системой, под управлением которой должна функционировать система. Сразу договоримся, что универсального (кроссплатформенного) подхода здесь достигать совершенно не обязательно, поскольку интеллектуальная автоматизированная система планирования перевозочного процесса на Московском метрополитене является узкоспециальным программным продуктом, пользователи которого обучены рабате только в операционных системах семейства Microsoft Windows. Более того, родственные системы, разработанные на кафедре УИТС и взаимодействующие с автоматизированной системой построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, функционируют под управлением операционных систем Microsoft Windows. Соответственно, необходимо подобрать такую версию из этого семейства, которая поддерживает распараллеливание потоков. От среды программирования в этом случае требуются следующие возможности:

- функционирование в рамках выбранной операционной системы;
- поддержка функций распараллеливания потоков.

В общем виде задача автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена формулируется следующим образом: разработать сценарии, согласно которым в результате конечного числа ответов пользователя на общие вопросы (с вариантами ответов «Да/Нет») с промежуточным вводом исходных данных будет построен плановый график движения при учёте специфических параметров и ограничений, в первую очередь, определяемых графиком оборота, который регулирует проведение осмотров и ремонтов подвижного состава, и графиком работы локомотивных бригад. Построенный плановый график движения должен отвечать поставленным целям управления, быть рациональным с точки зрения выбранных критериев и устойчивым к возмущающим факторам [3].

Перечисленные факторы подтверждают тот факт, что в рамках автоматизированной системы планирования перевозочного процесса на метрополитене решаются сложные интеллектуальные задачи управления, которые требуют использования современных подходов к их решению.

Движение поездов в соответствии с плановым графиком является примером реализации системы программного управления. Реализация управляющих воздействий в этом случае заключается в выполнении процедур, изменяющих свойства отдельных ниток: создание, удаление, изменение станции начала или конца, изменение расписания (перемещение нитки, ввод сверхрежимной стоянки), изменение связей между нитками, определение маневровых перемещение в начале и конце нитки. Более сложными процедурами являются те, в которых одно и то же действие применяется к группе ниток, например, создание или удаление ниток на заданном интервале времени, перемещение группы ниток, изменение способа отображения оборотов у группы ниток. Основой всей процедуры автоматизированного синтеза являются логико-трансформационные правила, которые представляют собой последовательное выполнение различных процедур коррекции ниток в соответствии с заданным алгоритмом и исходными данными с последующей оценкой результата выполнения [4]. К таким процедурам относятся алгоритмы выравнивания интервалов между поездами, размена через депо или линейные пункты технического осмотра для перехода маршрута на нужную нитку при организации ночной расстановки составов на линии, создания фрагментов равномерного ввода и снятия составов, ухода составов в ночную расстановку и выхода из нее утром.

Интеллектуальная составляющая систем планирования перевозочного процесса заключается именно в определении логических связей между выполняемыми управляющими воздействиями. В основе определения этих логических связей лежат аналитические соотношения, которые и обуславливают интеллектуальный ресурс системы.

Для удобства решения задача построения планового графика движения разбита на этапы. Эти этапы соответствуют режимам работы метрополитена в рабочие, а также субботние, воскресные и праздничные дни.

В соответствии с технологией работы метрополитена плановый график движения в рабочие дни описывает следующие процессы:

- выход составов из ночной расстановки;
- переход к движению с максимальной парностью в утренний час «пик»;
- движение поездов с заданной максимальной парностью в утренний час «пик»;
- движение поездов между утренним часом «пик» и движением в непиковое время;
- движение поездов с заданной минимальной парностью в дневной час «непик»;
- организация перехода к вечернему часу «пик»;
- движение поездов с заданной максимальной парностью в вечерний час «пик»;
- переход от вечернего часа «пик» к непиковому движению;
- организация перехода от непикового движения к ночной расстановке.

Все процессы, происходящие на линии, связаны между собой и изменения в одном из них могут сказаться на других.

В ряде случаев возможно изменение последовательности указанных процессов в зависимости от проводимых в городе мероприятий. В выходные дни часы «пик» и сопутствующие им изменения парности отсутствуют. Таким образом, в течение всего выходного дня поддерживается постоянная парность движения [3].

Для каждого из этапов, который соответствует тому или иному способу организации движения поездов, определены:

- условия реализуемости (априорная информация, позволяющая заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить процесс);
- условия реализации (апостериорная информация, получаемая по итогам построения путём проверки графика после завершения рассматриваемого процесса и позволяющая определить, удалось ли построить процесс с заданными начальными условиями);
- процедура построения, в рамках которой реализуется фрагмент планового графика движения, соответствующий одному из процессов, происходящих на линии, которые можно разделить на переходные (динамические) и установившиеся (стационарные);
- переменные состояния.

Условия реализуемости и реализации построения этапов планового графика движения вместе образуют переходный блок – связующее звено двух соседних процедур построения, объединённых причинно-следственными связями [5].

Особым образом следует выделить переменные состояния различных объектов графика. Именно благодаря наличию переменных состояния появляется возможность построения графика не только с чистого листа, но и с некоторого фиксированного этапа. Такой механизм предусмотрен, чтобы позволить оператору организовать:

- кратковременное прерывание для внесения особых изменений после выполнения того или иного процесса построения;
- длительное прерывание, сопровождаемое выходом из системы.

Во время прерывания процедура построения находится в некотором промежуточном состоянии, которое фиксируется как параметр. Правильность фиксации значения переменной состояния процедуры играет очень важную роль - от правильности восстановления значения переменной состояния зависит то, пойдёт ли расчёт в системе тем же путём или принципиально изменит своё направление.

При учтённых переменных состояния плановый график движения можно смело назвать многоуровневой информационно обогащённой (интеллектуальной) структурой. Многоуровневость этой структуры требует отдельного рассмотрения.

Используемые способы формализации описания объектов линии метрополитена и команд по управлению ими также являются основой для реализации автоматизированных систем оперативного управления движением поездов по линии метрополитена.

Созданная процедура автоматизированного построения планового графика движения позволяют просматривать множество вариантов построения графика без изменения исходных данных.

Авторами выполнена формализация расчёта количества составов, подлежащих вводу или снятию для каждого из этих переходных процессов [2]. В общем виде максимальное количество вариантов ввода составов за переходный процесс max[Gвв] можно определить из следующего соотношения:



где M[i, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу рассматриваемого интервала времени (процесса построения ПГД) с порядковым номером i.
M[i+1, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу следующего к рассматриваемому интервалу времени.
НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) - наибольший общий делитель, определяемый между M[i+1, j] и M[i+1, j] - M[i, j].
i - номер рассматриваемого интервала времени;
j - путь линии, j = 1, 2.
I - количество итераций, необходимых для построения переходного процесса ПГД при переходе от одного стационарного процесса к другому. Значение количества итераций определяется:



tн[с.п.2] - время начала второго стационарного процесса (справа);
tк[с.п.1] - время конца первого стационарного процесса (слева);
Тпо - время полного оборота состава на линии.

В том случае, когда НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) > 1, количество возможных вариантов значительно сокращается.

Важно отметить, что переборы вариантов при вводе и снятии составов различаются. Основное различие заключается в том, что процессы снятия составов сопровождаются назначением маршрутов соответствии с требованиями ГО. Таким образом, отсутствие возможности назначить маршрут хотя бы на одну нитку исключает текущий вариант снятия составов из рассмотрения.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс с учетом возможных вариантов назначения маршрутов определятся из соотношения:



где Nijkl - количество элементов множества маршрутов, которые могут быть назначены на l-ю снимаемую нитку при выполнении k-го варианта i-го снятия по j-му пути;



На значение Nijkl оказывает сильное влияние реализованный вариант выхода из ночной расстановки.

Число вариантов построения ПГД является не монотонной функцией от процесса и его состояния (начало или конец). Переход от одного процесса к другому сопровождается «лавинным» увеличением числа вариантов, переход от начала процесса к концу сопровождается уменьшением числа вариантов. Качество созданных алгоритмов оценивается по степени уменьшения числа рассматриваемых вариантов при переходе от начала процесса к концу.

В настоящее время авторами проводятся разработки по следующим направлениям:

- создание и адаптация алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена для Кольцевой линии;
- модернизация алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на базе аппарата распределённых вычислений.

Работы по первому из направлений находятся на заключительной стадии, по второму направлению алгоритмы постепенно приобретают форму и содержание. Модернизация алгоритмов с учётом возможностей современной вычислительной техники и сред объектно-ориентированного программирования началась в середине 2012 года.

Литература:

1. Википедия. Свободная энциклопедия. Программа развития Московского метрополитена. [Электронный ресурс], http://ru.wikipedia.org/wiki/Программа_развития_Московского_метрополитена, (дата обращения: 13.ноябрь.2012).
2. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. Уровни успешной реализации автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена и критерии отбора эффективных результатов Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XIX Международной конференции. Москва, декабрь 2011 г. / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. М.: РГГУ, 2011. С. 307 - 311.
3. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. "Построение планового графика движения для метрополитена", Мир транспорта, №3, 2011. - С. 98-105.
4. Сидоренко В.Г. Моделирование функционирования станции метрополитена с использованием сетей Петри // Международный межвузовский сборник научных трудов "Актуальные проблемы развития технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики". - Ростов н/Д: РГУПС, 2002. - c. 89-95.
5. Сафронов А.И. Условия реализации и реализуемости при автоматизированном построении планового графика движения пассажирских поездов метрополитена // Труды научно-практической конференции "Неделя науки-2011. Наука транспорту". - М.: МИИТ, 2011. - c. III-157-III-158.

Библиографическая ссылка:

Сидоренко, В. Г. Интеллектуальная автоматизированная система планирования перевозочного процесса на метрополитене / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко, К. М. Филипченко // ИСУЖТ–2012: труды I научно-технической конференции. - М.: ОАО «НИИАС», 2012. - С. 99-104 (92-96).

"ДАЛЕЕ..."

Сафронов А.И.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГРАФИКА ОБОРОТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ПЛАНОВЫМ ГРАФИКОМ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Движение пассажирских поездов метрополитена описывается плановым графиком движения (ПГД). ПГД должен учитывать как удобство использования скоростного железнодорожного транспорта пассажирами, так и мониторинг состояния подвижного состава. Перечень работ, связанных с техническим обслуживанием подвижного состава, описывается графиком оборота подвижного состава (ГО).

ГО является нормативным документом, над составлением которого работают как сотрудники Службы движения (Д), так и инженеры Службы подвижного состава (ТЧ) Московского метрополитена.

Для большинства линий Московского метрополитена различают следующие типы технических осмотров:

1. «ТО-0» - диагностика, проводимая перед выпуском состава на линию в начале рабочего дня. Осмотры этого типа должны проводиться не менее одного раза в сутки;
2. «ТО-1» - включает в себя наружный и внутренний осмотр оборудования вагонов, кабины машиниста, проверку уровня смазочных материалов, а также гигиеническую уборку салона. Длительность осмотра рассчитывается из условия – не менее 10 минут на вагон;
3. «ТО-2» - проводится спустя 10 000 километров пробега подвижного состава. Заключается в полной проверке всех пневматических и электромеханических систем (не менее 30 минут на вагон);
4. «ТО-3» - проводится спустя 30 000 километров пробега (не менее 40 минут на вагон). Состав работ тот же, что при ТО-2.

За распределение ТО-2 и ТО-3 отвечает ТЧ, а за распределение ТО-1 – Служба Д. Подобное распределение основывается на информации, которой оперирует каждая из служб. Так при построении ПГД с учётом ГО, в первую очередь, необходимо распределить заданные ТО-2 и ТО-3, выступающие в качестве ограничений для инженеров-графистов, далее распределить ТО-1.

Особое место при автоматизированном построении ПГД занимает задача сопряжения реализованного варианта ПГД с ГО. В целом, сценарий сопряжения ПГД с ГО базируется на переназначении маршрутов, а также проверке соблюдения минимальных длительностей проведения ремонтов каждого из упомянутых типов.

Анализ существующих ГО показал, что организация ремонтов, в большинстве случаев, является реализацией операций по размену составов. Эта операция применяется при организации ночной расстановки составов и не вносит неравномерность в ПГД.

В настоящее время автором решена задача сопряжения ПГД с ГО. Суть разработанного сценария состоит в поиске подходящей нитки для снятия в ПТО Кольцевой линии, после чего на эту нитку назначается маршрут, который необходимо осмотреть в линейном ПТО.

После связи ниток утреннего и вечернего фрагментов ПГД производится последовательный размен маршрутов, сопровождаемый осмотрами в ПТО. Размен осуществляется по принципу «нитка под нитку», при котором равномерность межпоездных интервалов не нарушается, а возмущение, оказываемое на пассажиропотоки незначительно. При исполнении сценария производится назначение маршрутов, которые необходимо осмотреть в линейном ПТО согласно ГО. Стратегически при сопряжении ПГД с ГО важно назначить эти маршруты до снятия составов после вечернего часа «пик», однако при этом не удаётся покрыть всё время работы линейного ПТО.

Таким образом, любой вариант построения ПГД при учтённом ГО отвечает полному набору требований для организации безопасного движения пассажирских поездов метрополитена. В этом случае ГО выступает в качестве дополнительного ограничения, которое сокращает количество успешно реализованных вариантов построения.

В настоящее время проводится анализ полученных вариантов ПГД при учтённом ГО.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Взаимосвязь графика оборота подвижного состава с плановым графиком движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды XIII научно-практической конференции «Безопасность Движения Поездов». - М.: МИИТ. - 2012. - C. II-6.

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Автоматизированное построение планового графика движения пассажирских поездов метрополитена

Современный мир информационных технологий полон задач, которые необходимо решить для упрощения человеческого труда на различных производствах. При всей очевидности таких задач, их постановку далеко не всегда легко формализовать. Как известно, решение задачи, не имеющей чёткой постановки, может быть лишь частным случаем решения.

Процесс составления планового графика движения пассажирских поездов по линии метрополитена (ПГД) – одна из таких задач. В ходе её решения необходимо учитывать многочисленные ограничения. Все эти ограничения, так или иначе, должны быть представлены в постановке задачи.

В статье [1] авторами была сформулирована постановка задачи автоматизированного построения ПГД в общем виде и записана следующим образом: разработать алгоритмы, согласно которым, в результате конечного числа ответов пользователя на общие вопросы (с вариантами ответов «Да/Нет») с промежуточным вводом исходных данных будет построен ПГД при учёте специфических параметров и ограничений, в первую очередь, определяемых графиком оборота подвижного состава (ГО), который регулирует проведение осмотров и ремонтов подвижного состава, и графиком работы локомотивных бригад. Построенный ПГД должен отвечать поставленным целям управления, быть рациональным с точки зрения выбранных критериев и устойчивым к возмущающим факторам.

Алгоритмы автоматизированного построения ПГД представляют собой сценарии управления объектами линии метрополитена. Эти алгоритмы реализуют рациональные управляющие воздействия для каждого из процессов ПГД.

Управляющими воздействиями являются императивы и логико-трансформационные правила (ЛТП) построения ПГД [2]. Определение объектов, к которым они применяются, и построение логики их выполнения проводится на базе предварительного расчета. В ходе расчёта используются введенные пользователем данные, проводится оценка графика по выбранным критериям, учитываются действующие ограничения.

К целям управления относятся:

- реализация заданной (изменяющейся во времени) парности движения в течение всего времени движения пассажирских поездов;
- правильность ночной расстановки (все маршруты должны завершить свое движение в той точке ночной расстановки, из которой на следующий день начинается движение следующего маршрута);
- реализация ГО.

Методика автоматизированного построения ПГД заключается в выделении процессов, происходящих на линии, и сопоставлении им фрагментов ПГД. Происходящие на линии процессы делятся на переходные и установившиеся. Установившимся процессом будем называть процесс, при котором число пар поездов в час (парность) остается постоянным в течение времени, большего, чем время полного оборота состава. Наибольшую сложность представляет переход от одного установившегося процесса к другому, и этот переход будем называть переходным процессом [2]. Переходный процесс должен быть построен таким образом, чтобы к заданному моменту времени создать все условия для работы в установившемся процессе. В соответствии с технологией работы метрополитена и изменением пассажиропотока в течение суток имеется определённая последовательность установившихся и переходных процессов. ПГД в рабочие дни описывает следующие процессы:

1. Выход составов из ночной расстановки (переходный процесс).
2. Движение поездов с заданной парностью в утренний час «пик» (установившийся процесс).
3. Движение поездов между утренним часом «пик» и движением в час «непик» (переходный процесс).
4. Движение в час «непик» (установившийся процесс).
5. Организация перехода к вечернему часу «пик» (переходный процесс).
6. Движение поездов с заданной парностью в вечерний час «пик» (установившийся процесс).
7. Переход от вечернего часа «пик» к непиковому движению (переходный процесс).
8. Организация перехода от непикового движения к ночной расстановке (переходный процесс).

В ряде случаев возможно изменение последовательности процессов в зависимости от проводимых в городе мероприятий. В выходные дни процессы 3-7 отсутствуют, так как в течение всего дня поддерживается постоянная парность движения. Сразу отметим, что все процессы, происходящие на линии, имеют свои характерные особенности [1].

Авторами предложено оценивать достижение поставленных целей управления при помощи условий реализации. Под условиями реализации понимается апостериорная информация, получаемая по итогам построения переходного/установившегося процесса путём проверки графика после завершения рассматриваемого процесса. Условия реализации позволяют определить, удалось ли построить процесс при заданных начальных условиях. В этом случае, термин «условия реализации» употребляется применительно к построению отдельных процессов ПГД, а термин «условия успешной реализации» – применительно к ПГД, составленному на весь день.

Опыт эксплуатации линий Московского метрополитена показал, что использование предельных, с точки зрения безопасности движения, значений парности движения может привести к частому возникновению сбоев в движении поездов. Это, как правило, связано с воздействием такого возмущающего фактора, как задержка поезда пассажирами. В связи с этим, принятие решений о реализации предельных значений парности движения, должно подкрепляться предварительным проведением имитационных экспериментов [3].

Ограничения, накладываемые на ПГД, обусловлены общими и технологическими требованиями обеспечения безопасности движения поездов, а также связями между объектами линии. К ним относятся:

- порядок заполнения точек ночной расстановки составов на линии;
- возможность проведения регулировочных действий на станциях с путевым развитием;
- частота ввода и снятия составов на промежуточных станциях в соответствии с правилами обслуживания пассажиров;
- правила функционирования станций с путевым развитием;
- время окончания движения;
- время отправления последних пассажирских поездов с начальных станций путей;
- организация движения последних пассажирских поездов [4].

Эти ограничения являются общими для всего ПГД. Одновременно для каждого процесса ПГД выделяются частные ограничения, которые авторами классифицируются как условия реализуемости. Условия реализуемости - это априорная информация, которая позволяет заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить процесс.

Авторы предлагают проводить сравнение вариантов построения ПГД по следующим критериям равномерности:

- критерий равномерности интервалов по отправлению поездов со станций;
- критерий равномерности расположения вводимых/снимаемых составов [1].

Кроме этих основных критериев, которые учитываются во всех процессах ПГД, можно выделить и дополнительные. Дополнительные критерии, в первую очередь, учитываются при выборе способа организации ночной расстановки составов:

- количество регулировочных отстоев на станционных путях линии;
- количество регулировочных отстоев в депо;
- длительность регулировочных отстоев на станционных путях линии;
- длительность регулировочных отстоев в депо;
- время начала проведения регулировочных отстоев в депо – нерационально их проведение во время движения с максимальной парностью и во время снятия напряжения с контактного рельса на соединительных ветках между депо и линией;
- время начала и окончания проведения регулировочных отстоев на линии – нерационально их проведение во время движения с максимальной парностью, а также до утреннего часа «пик» и после вечернего часа «пик» (это связано с графиком работы ремонтных бригад);
- отклонение от заданного ГО.

Выполнение дополнительных регулировочных действий, например, в процессе равномерного ввода или снятия составов, может внести неравномерность.

Поставленным целям управления может отвечать большое количество вариантов построения ПГД. Поэтому актуальной является задача ускорения перебора вариантов. Для сокращения количества рассматриваемых вариантов используются следующие подходы:

- проверка условий реализуемости ПГД;
- организация многоуровневой структуры равномерности ПГД.

В соответствии с первым механизмом, параметры и промежуточные расчётные данные каждого рассматриваемого варианта построения (до попытки его реализации) проверяются на соответствие ряду условий реализуемости. Невыполнение хотя бы одного из этих условий для рассматриваемого варианта даёт возможность сделать вывод о том, что построить ПГД не возможно, в связи с чем, вариант полностью исключается из рассмотрения.

Созданная авторами процедура автоматизированного построения ПГД и предложенная многоуровневая структура равномерности ПГД позволяют не только просматривать множество вариантов построения ПГД без изменения исходных данных, но и проводить варьирование исходных данных, не противоречащее целям управления [1].

Таким образом, можно выделить несколько уровней сокращения количества рассматриваемых вариантов построения ПГД:

- рассматривается вся совокупность вариантов, отвечающая общим и технологическим требованиям обеспечения безопасности движения поездов и связям между объектами линии – полное множество вариантов построения ПГД;
- из множества, определенного на первом уровне, перед началом каждого из процессов ПГД выбираются те варианты, которые удовлетворяют условиям реализуемости этого процесса – полное множество рациональных вариантов построения ПГД;
- для каждого из процессов ПГД рассматриваются те варианты, которые минимизируют значения критериев равномерности для этого переходного процесса – полное множество равноценных вариантов построения ПГД.
По мере работы алгоритмов количество вариантов изменяется. В конце построения графика идеально иметь один вариант, удовлетворяющий установленным критериям качества ПГД. При этом качество алгоритма автоматизированного построения ПГД определяется скоростью уменьшения числа вариантов построения.

Выполним оценку максимального количества вариантов реализации переходных процессов.

В общем виде максимальное количество вариантов ввода составов за переходный процесс max[Gвв] можно определить из следующего соотношения:



где M[i, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу рассматриваемого интервала времени (процесса построения ПГД) с порядковым номером i.
M[i+1, j] количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу следующего к рассматриваемому интервалу времени.
НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) - наибольший общий делитель, определяемый между и изменением числа составов между двумя соседними часами.
i - номер рассматриваемого интервала времени;
j - путь линии, j = 1, 2.
I - количество итераций, необходимых для построения переходного процесса ПГД при переходе от одного стационарного процесса к другому. Значение количества итераций определяется:



tн[с.п.2] - время начала второго стационарного процесса (справа);
tк[с.п.1] - время конца первого стационарного процесса (слева);
Тпо - время полного оборота состава на линии.

В том случае, когда НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) > 1, количество возможных вариантов значительно сокращается.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс можно определить из соотношения, зеркально симметричного приведённому ранее [1]:



Основное различие в переборе вариантов при вводе и снятии составов заключается в том, что процессы снятия составов сопровождаются назначением маршрутов в соответствии с требованиями ГО. Возможны различные комбинации назначения маршрутов, что вносит дополнительную вариативность в построение ПГД. Отсутствие возможности назначить маршрут хотя бы на одну нитку исключает текущий вариант снятия составов из рассмотрения.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс с учетом возможных вариантов назначения маршрутов определятся из соотношения:



где Nijkl - количество элементов множества маршрутов, которые могут быть назначены на l-ю снимаемую нитку при выполнении k-го варианта i-го снятия по j-му пути;
x[i, j] - количество вариантов реализации i-го снятия по j-му пути, вычисляемое по формуле:



На значение оказывает сильное влияние реализованный ранее вариант выхода из ночной расстановки.

Вариативность реализации выхода составов из ночной расстановки связана с тем, что допустимы различные последовательности выпуска составов из точек ночной расстановки, находящихся на станционных путях линии, на главные пути линии. Возможные варианты выхода составов от точек ночной расстановки задаются в качестве исходных данных [4].



На схеме (рис. 1) изображены процессы сокращения и увеличения вариантов построения ПГД. Стрелками, направленными вверх, отмечен рост числа вариантов, а стрелками, направленными по диагонали вниз вдоль ступеней, отмечено сокращение вариантов в процессе расчёта. Цифрами на схеме отмечен порядок проведения расчёта.

Рассмотрим этот расчёт подробнее. Автоматизированное построение ПГД начинается с создания равномерной сетки процесса утреннего часа «пик», далее следует переход к процессу ввода составов на утренний час «пик», сопровождающийся «лавинным» скачком количества вариантов построения (1), при этом, не каждый вариант может быть реализован и происходит последовательное исключение вариантов. При переходе к процессу выхода составов из ночной расстановки снова происходит скачкообразное увеличение числа вариантов построения (2). Рост числа вариантов происходит при переходе от утреннего часа «пик» к дневному часу «непик» (3), но число этих вариантов ограничиваются построением процесса выхода составов из ночной расстановки.

Аналогично рассматривается и вечерняя часть графика, где построение начинается с вечернего часа «пик» и сопровождается скачком количества вариантов построения при вводе составов на вечерний час «пик» (4). «Лавинный» скачок числа возможных вариантов происходит при переходе к построению процесса снятия составов к вечернему часу «непик» (5), а также после него при переходе к организации ночной расстановки составов(6).

Таким образом, число вариантов построения ПГД является не монотонной функцией от процесса и его состояния. Под состоянием процесса следует понимать степень его завершённости – начало или конец.



На схеме (рис. 2) изображён перебор вариантов построения ПГД. Стрелочками обозначены переходы между соседними вариантами построения процессов ПГД. Кругами на схеме обозначены наборы снимаемых или вводимых составов, квадратами – наборы маршрутов, назначаемых на «нитки» графика, треугольниками – наборы последовательностей заполнения точек ночной расстановки.

Авторами разработаны алгоритмы автоматизированного построения ПГД для ряда линий Московского метрополитена. В данной работе основное внимание уделено построению ПГД Кольцевой линии.

В таблице 1 представлены результаты проведенного авторами исследования характера изменения количества вариантов при построении отдельных процессов ПГД. Для оценки качества работы алгоритма необходимо детально рассматривать только переходные процессы, так как установившиеся процессы часов «пик» и «непик» имеют только один вариант построения.



Расчет числа потенциально возможных вариантов реализации следующих переходных процессов (вход в утренний час «пик», выход из утреннего часа «пик», вход в вечерний час «пик», выход из вечернего часа «пик») проводился только для частных случаев построения ПГД. Полученное число реализованных вариантов связано с успешной работой алгоритмов ускоренного перебора вариантов, учитывающих ограничения на построение ПГД.

Переходные процессы выхода из ночной расстановки и ухода на ночную расстановку рассматривались для всех полученных ранее вариантов реализации переходных процессов входа в утренний час «пик» и выхода из вечернего часа «пик». Время, необходимое, на просмотр вариантов, указанных в каждой из строк таблицы, составляло 3-7 мин.

Таким образом, процедура автоматизированного построения ПГД, содержащая в своём составе аппарат перебора вариантов, позволяет существенно сократить время на поиск и построение рационального ПГД. Эта процедура реализована в автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ), созданной на кафедре «Управление и информатика в технических системах» МИИТа и внедренной на Московском метрополитене [2].

Литература:

1. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта. 2011, № 3. - С. 98-105.
2. Сидоренко В.Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена // Автоматизация и современные технологии, 2003, №2. С. 6–10.
3. Баранов Л.А., Сидоренко В.Г. Тренажер поездных диспетчеров линий Московского метрополитена // Железные дороги мира, 2002, №8. С. 64-69.
4. Пискунов А.С., Сидоренко В.Г. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 3-7.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Автоматизированное построение планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС). - 2012. - № 3. - С. 99-104.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17928789

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13420164_elibrary.pdf

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Анализ быстродействия алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена

Процесс составления планового графика движения пассажирских поездов по линии метрополитена (ПГД) является одной из рутинных задач повседневности. В ходе её решения необходимо учитывать многочисленные ограничения. Все эти ограничения, так или иначе, должны быть подчинены определённым целям управления.

К целям управления относятся:

- реализация заданной (изменяющейся во времени) парности движения в течение всего времени движения пассажирских поездов;
- правильность ночной расстановки (все маршруты должны завершить свое движение в той точке ночной расстановки, из которой на следующий день начинается движение следующего маршрута);
- реализация ГО.

Поставленным целям управления может отвечать большое количество вариантов построения ПГД. Поэтому актуальной является задача ускорения перебора этих вариантов. Для сокращения количества рассматриваемых вариантов построения ПГД используются следующие подходы:

- проверка условий реализуемости ПГД;
- организация многоуровневой структуры равномерности ПГД.

В соответствии с первым механизмом, параметры и промежуточные расчётные данные каждого рассматриваемого варианта построения (до попытки его реализации) проверяются на соответствие ряду условий реализуемости. Невыполнение хотя бы одного из этих условий для рассматриваемого варианта даёт возможность сделать вывод о том, что построить ПГД не возможно, в связи с чем, вариант полностью исключается из рассмотрения.

Созданная авторами процедура автоматизированного построения ПГД и предложенная многоуровневая структура равномерности ПГД позволяют не только просматривать множество вариантов построения ПГД без изменения исходных данных, но и проводить варьирование исходных данных, не противоречащее целям управления [1].

По мере работы алгоритмов количество вариантов изменяется. В конце построения графика идеально иметь один вариант, удовлетворяющий установленным критериям качества ПГД. При этом качество алгоритма автоматизированного построения ПГД определяется скоростью уменьшения числа вариантов построения.

Для оценки качества работы алгоритма необходимо детально рассматривать следующие четыре переходных процесса:

- вход в утренний час «пик»;
- выход из утреннего часа «пик»;
- вход в вечерний час «пик»;
- выход из вечернего часа «пик».

За счёт зеркальной симметрии при построении ПГД [1] по одному из этих переходных процессов можно сделать предварительный прогноз о том, как пройдёт перебор вариантов в симметричных переходных процессах. Для этого необходимо организовать перебор хотя бы для одного процесса из пары. Проведём формализацию расчёта количества составов, подлежащих вводу или снятию для каждого из этих переходных процессов.

В общем виде максимальное количество вариантов ввода составов за переходный процесс max[Gвв] можно определить из следующего соотношения:



где M[i, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу рассматриваемого интервала времени (процесса построения ПГД) с порядковым номером i.
M[i+1, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу следующего к рассматриваемому интервалу времени.
НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) - наибольший общий делитель, определяемый между M[i+1, j] и изменением числа составов между двумя соседними часами.
i - номер рассматриваемого интервала времени;
j - путь линии, j = 1, 2.
I - количество итераций, необходимых для построения переходного процесса ПГД при переходе от одного стационарного процесса к другому. Значение количества итераций определяется:



tн[с.п.2] - время начала второго стационарного процесса (справа);
tк[с.п.1] - время конца первого стационарного процесса (слева);
Тпо - время полного оборота состава на линии.

В том случае, когда НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) > 1, количество возможных вариантов значительно сокращается.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс можно определить из соотношения, зеркально симметричного приведённому ранее:



Важно отметить, что переборы вариантов при вводе и снятии составов различаются. Основное различие заключается в том, что процессы снятия составов сопровождаются назначением маршрутов соответствии с требованиями ГО. Таким образом, отсутствие возможности назначить маршрут хотя бы на одну нитку исключает текущий вариант снятия составов из рассмотрения.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс с учетом возможных вариантов назначения маршрутов определятся из соотношения:



где Nijk - количество элементов множества маршрутов, которые могут быть назначены на l-ю снимаемую нитку при выполнении k-го варианта i-го снятия по j-му пути;



На значение Nijk оказывает сильное влияние реализованный ранее вариант выхода из ночной расстановки.

Вариативность реализации выхода составов из ночной расстановки связана с тем, что допустимы различные последовательности выпуска составов из точек ночной расстановки, находящихся на станционных путях линии, на главные пути линии. Возможные варианты выхода составов от точек ночной расстановки задаются в качестве исходных данных [2].

Число вариантов построения ПГД является не монотонной функцией от процесса и его состояния (начало или конец). Переход от одного процесса к другому сопровождается «лавинным» увеличением числа вариантов, переход от начала процесса к концу сопровождается уменьшением числа вариантов. Качество созданных алгоритмов оценивается по степени уменьшения числа рассматриваемых вариантов при переходе от начала процесса к концу.

Литература

1. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта. 2011, № 3. - С. 98-105.
2. Сидоренко В.Г., Пискунов А.С. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 3-7.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Анализ быстродействия алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Программа конференции «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» (УКИ’12): Конференция с международным участием (16-19 апреля 2012 г., Москва, Россия). Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. - 2012. - С. 76.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22776500

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13420023_2012_uki.pdf

Сценарное пространство построения планового графика движения поездов метрополитена

Сидоренко В.Г., Сафронов А.И.

Ритм жизни современных крупных городов и мегаполисов довольно велик. Действовать и принимать решения во многих сферах человеческой деятельности приходится крайне быстро, порой, даже на пределах человеческих возможностей. В связи с этим возросла актуальность таких процессов, как планирование, расстановка приоритета, рационализация, оптимизация и экономия. В сложных системах все эти процессы тесно связаны друг с другом.

Рассмотрим задачу планирования движения пассажирских поездов на примере Московского метрополитена. Вопрос автоматизации решения данной задачи затронут давно, ему посвящён целый ряд работ российских учёных [1-3]. Не так давно, в связи с бурным развитием вычислительной техники, накопленная база знаний из теоретической области стала переходить в практическую [4-7].

Методика автоматизированного построения ПГД заключается в выделении процессов, происходящих на линии, и сопоставлении им фрагментов ПГД. Происходящие на линии процессы делятся на переходные и установившиеся. Установившимся процессом будем называть процесс, при котором число пар поездов в час (парность) остается постоянным в течение времени, большего, чем время полного оборота состава. Наибольшую сложность представляет переход от одного установившегося процесса к другому, и этот переход будем называть переходным процессом [4]. Переходный процесс должен быть построен таким образом, чтобы к заданному моменту времени создать все условия для работы в установившемся процессе. В соответствии с технологией работы метрополитена и изменением пассажиропотока в течение суток имеется определённая последовательность установившихся и переходных процессов. ПГД в рабочие дни описывает следующие процессы:

1. Выход составов из ночной расстановки (переходный процесс).
2. Движение поездов с заданной парностью в утренний час «пик» (установившийся процесс).
3. Движение поездов между утренним часом «пик» и движением в непиковое время (переходный процесс).
4. Движение в непиковое время (установившийся процесс).
5. Организация перехода к вечернему часу «пик» (переходный процесс);
6. Движение поездов с заданной парностью в вечерний час «пик» (установившийся процесс).
7. Переход от вечернего часа «пик» к непиковому движению (переходный процесс).
8. Организация перехода от непикового движения к ночной расстановке (переходный процесс).

В ряде случаев возможно изменение последовательности процессов в зависимости от проводимых в городе мероприятий. В выходные дни процессы 3-7 отсутствуют, так как в течение всего дня поддерживается постоянная парность движения. Сразу отметим, что все процессы, происходящие на линии, имеют свои характерные особенности [5]. Построение ПГД требует проверки возможности его реализуемости по заданным исходным данным при безусловном выполнении всех имеющихся ограничений. Условия реализуемости ПГД связаны с создаваемыми фрагментами графика, соответствующими определённым процессам.
Под условиями реализуемости будем понимать априорную информацию, которая позволяет заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить процесс.

Условиями реализации назовём апостериорную информацию, получаемую по итогам построения переходного/установившегося процесса путём проверки графика после завершения рассматриваемого процесса и позволяющую определить, удалось ли построить процесс с заданными начальными условиями. Договоримся термин «условия реализации» употреблять применительно к построению отдельных процессов ПГД, а термин «условия успешной реализации» - применительно к графику, составленному на весь день.

В качестве модели, описывающей последовательность, взаимосвязь и рекурсивность вызова процедур построения ПГД, авторами была предложена схема автоматизированного построения ПГД [5]. После замены на схеме отметок рекурсивности вызова процедур на отметки проверки процессов ПГД на реализуемость и реализацию получаем схему, описывающую сценарное пространство построения ПГД (рисунок 1).



Порядковый номер процесса, отмеченного на схеме, - это его порядковый номер в последовательности построения ПГД. Направление движения по схеме - от центра. Рассмотрим маркировку. Частым пунктиром обозначены моменты контроля расчётных или вводимых данных. Редкий пунктир означает, что для рассматриваемого процесса построения устанавливается проверка реализуемости. Непрерывной линией отмечены процессы, для которых характерна проверка реализации. Наконец, чередующиеся две точки - тире означают, что рассматриваемый процесс автоматизированного построения ПГД предусматривает проверку успешной реализации всего графика.

Авторами выполнен анализ всех процессов ПГД и формализованы условия реализуемости и реализации этих процессов. Эта формализация составлена для линий двух типов: радиальных и кольцевых. Рассмотрим эту формализацию в естественном порядке следования процессов, согласно рассмотренному ранее режиму работы Московского метрополитена в рабочие дни. Сразу отметим, что для радиальных линий характерным для всех процессов построения ПГД условием реализуемости является контроль ограничений на организацию станционных оборотов с учетом числа маневровых бригад в рассматриваемом интервале времени [4]. Перейдём к непосредственному рассмотрению процессов автоматизированного построения ПГД.

В процессе построения выхода составов из ночной расстановки основным условием реализуемости независимо от типа линии является контроль за числом оставшихся несвязанными с «нитками» точек ночной расстановки (указателей) на линии и числом составов, которые не выпущены из депо. Их сумма должна быть не меньше количества ниток, для которых не определен флаг начала движения от указателя или выхода из депо:



где Nn - число «ниток» графика;
n[i] - «нитка» графика;
n[i]:flgStart - компонент последовательности «нитка» n – флаг начала, определяющий тип маневровой работы с маршрутом до начала движения по нитке графика;
n[i]:npn - предыдущая «нитка» к «нитке» n, то есть «нитка», по которой маршрут двигался до начала движения по «нитке» n (до оборота);
Npnr - общее число точек ночной расстановки на линии, используемых при заданной расстановке;
pnr[j]:C - ёмкость j-й точки ночной расстановки.

По завершении построения процесса выхода составов из ночной расстановки необходимо проверить график на отсутствие несвязанных ниток (у которых отсутствует признак начала движения от указателя или выхода из депо).



Условие реализуемости процесса равномерного ввода составов перед утренним часом «пик» независимо от типа линии включает в себя две части: условие реализуемости процесса выхода составов из ночной расстановки (1) и условие реализуемости выхода из каждого депо. Последнее можно сформулировать следующим образом: «из каждого депо на линию может быть выпущено не больше составов, чем там могло ночевать».



где d[j] - j-е депо линии;
Nd - количество депо линии;
d[j]:pnr:C - ёмкость j-го депо линии;
n:pnr[S] - компонент последовательности «нитка» n – точка выхода (S) из ночной расстановки.

Утренний и вечерний часы «пик» в отношении проверки условий реализуемости и реализации могут быть рассмотрены как аналогичные процессы. Это объясняется свойствами зеркальной симметрии ПГД [5] относительно дневного часа «непик». Для построения этого процесса необходимо, чтобы общее число составов, обслуживающих кольцевую линию, соответствовало распределению составов по главным путям. В случае радиальной линии необходимо знать, нужно ли проводить построение графика зонного типа (ГЗТ) или нет [6]. Общим условием реализуемости этапа является контроль соответствия заданной парности заданному числу составов, обслуживающих линию:



где Nm - общее количество маршрутов линии;
RD[j] - последовательность «размеры движения», компоненты которой задаются на один астрономический час. Основными компонентами последовательности являются: время начала размера движения, время завершения размера движения, парность, интервал, время полного оборота составов, количество составов на первом главном пути, количество составов на втором главном пути, общее количество составов на главных путях;
j - номер компонента последовательности «размеры движения», соответствующий определённому такту часа «пик». Номер компонента последовательности также является и порядковым номером такта;
RD[j]:Mнв - количество составов, которые по тем или иным причинам не участвуют в движении в j-м такте;
RD[j]:Mпотр - количество составов, необходимое для заданной парности в j-м такте движения.

Процессы построения часов «пик» отличаются тем, что условия реализуемости совпадают с условиями реализации (если процесс построения при упомянутых условиях реализуем, то он обязательно будет реализован).

Перед построением процесса равномерного снятия составов после утреннего часа «пик» необходимо проверить, не меньше ли сумма числа точек отстоя на линии и числа составов, которые могут быть отправлены в депо, чем количество составов, которые должны быть сняты после утреннего часа «пик». Результат построения данного процесса нуждается в строгом контроле, поскольку многое зависит от правильности распределения ремонтов и осмотров в соответствии с графиком оборота. Проверка реализации процесса также подразумевает, что в депо отправлено составов не больше, чем оно способно принять на время дневного часа «непик».

Поскольку утренний и вечерний часы «пик» строятся как независимые части графика, то их, в конечном итоге, необходимо соединить. В связи с этим в качестве условия реализации рассматриваемого процесса принимаем связь независимых частей графика. Основным признаком связи независимых частей графика является наличие у каждой «нитки» в период дневного часа «непик» предыдущих и следующих «ниток».

Процесс равномерного ввода составов перед вечерним часом «пик» аналогичен процессу равномерного ввода составов перед утренним часом «пик» за тем исключением, что результат построения контролируется по количеству выпущенных составов – их должно быть не больше, чем отстаивалось в депо в период дневного часа «непик».

К моменту организации ухода составов на ночную расстановку необходимо, чтобы все ремонты и осмотры составов согласно графику оборота были проведены и, исходя из этого, на нитки были назначены маршруты. Таким образом, процессы равномерного снятия составов после вечернего часа «пик» и ухода составов на ночную расстановку подразумевают обязательную проверку распределения ремонтов и осмотров. В остальном контроль этих процессов аналогичен тому, который проводится до и после построения равномерного снятия составов после утреннего часа «пик» и выхода составов из ночной расстановки, соответственно. В связи с аналогичностью условий реализуемости и реализации переходных процессов равномерного ввода и снятия составов, что соответствует принципу зеркальной симметрии ПГД [5], формализация этих условий приведена только для первого рассмотренного переходного процесса.

Успешная реализация построения ПГД заключается в назначении соответствующих маршрутов на нитки, выполнении всех ремонтов и осмотров, а также в отсутствии на графике несвязанных ниток (для которых не установлен признак связи с депо, точкой ночной расстановки или связи с одной из ниток последовательности). Ограничение, накладываемое на решение задачи построения планового графика и определяющее правильность ночной расстановки составов, формализуется следующим образом: все маршруты в результате движения по нитке конца движения должны прийти в ту же точку ночной расстановки, из которой начинается нитка начала движения этого же состава на следующий день [7]:



где M[i] - i-й маршрут линии, назначенный на текущий день;
M[i]:Mn - маршрут, назначаемый составу маршрута M[i] на следующий день;
fFN(M[i]) - функция определения «нитки» начала движения маршрута M[i];
n[i]:pnr[E] - компонент последовательности «нитка» n – точка ухода (E) на ночную расстановку.

Автоматизации построения графика движения связана с перебором большого числа вариантов в каждом переходном процессе построения ПГД. Уменьшение числа перебираемых вариантов основывается на исключении заведомо нереализуемых вариантов, причём, чем раньше удастся выявить их, тем меньше общее число операций, необходимое для поиска решения, а значит, меньше и время, затрачиваемое на построение самого графика.

Помимо проверки условий реализуемости и реализации процессов автоматизированного построения ПГД, ещё одной важной составляющей контроля является определение области допустимых значений исходных данных для построения ПГД. Изменение одних исходных данных может оказывать влияние на область допустимых значений других исходных данных. Заданная парность движения непосредственно связана со временем хода составов по линии и числом этих составов на линии. Следует учитывать, что допустимое число составов на линии не должно превышать число составов, участвующих в перевозке пассажиров и число составов, которые могут быть приняты в депо.



Приведённая на рисунке 2 схема иллюстрирует влияние изменения парности на организацию работы линии. На схеме горизонтальной цепью блоков изображена последовательность процессов организации работы линии метрополитена в рабочие дни. Штриховкой отмечены переходные процессы, без штриховки – установившиеся процессы. Из схемы видно, что изменение парности оказывает существенное влияние на состояние установившихся процессов, происходящих на линии.

Как было отмечено ранее, ПГД обладает свойством зеркальной симметрии относительно дневного часа «непик» [5], в связи с чем, изменение парности в утренние часы сказывается на парности в вечерние часы и наоборот.

Галочкой на рисунке отмечены благоприятные исходы при изменении парности, а знаком привлечения внимания (восклицательный знак в треугольнике) - неблагоприятные исходы.

Перейдём к рассмотрению возможных исходов при увеличении и уменьшении парности утреннего фрагмента графика. Благоприятным исходом при увеличении парности является увеличение количества указателей на линии, которое ограничивается возможностями проведения осмотров составов, ночевавших на линии, и путевых работ.

С уменьшением парности ситуация улучшается, при этом необходимо меньше составов выводить из депо во время переходного процесса.

Неблагоприятной ситуацией является случай, когда приходится задействовать меньшее количество точек ночной расстановки на линии, это требует большей ёмкости депо или дополнительного депо.

При выборе местоположения точек ночной расстановки на линии необходимо учитывать равномерность их расположения. Если условие равномерности расположения не выполняется, пассажиры, находящиеся на наиболее удалённой от депо или точек ночной расстановки станции, будут ожидать поезда довольно долго, а это противоречит принятому подходу к обеспечению удобства пассажиров.

В связи с этим необходимо предусматривать проверку условий реализуемости при установленном ограничении на количество вводимых составов из депо с выставленным приоритетом ввода составов на линию от указателей.

В настоящее время для построения ПГД на Московском метрополитене используется автоматизированная система построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ). Проверка рассмотренных условий реализуемости и реализации внедрена в данную систему в качестве отдельных блоков, представляющих собой функции и процедуры АСП ПГД ППМ. При создании графика они позволяют исключить заведомо нереализуемые варианты, что приводит к сокращению машинного времени, необходимого для построения. Это, в свою очередь, позволяет достигать эффективности и безошибочности построения процессов ПГД.

Литература

1. Баранов Л.А., Жербина А.И. Построение на ЭВМ графиков движения поездов метрополитена // Вестник ВНИИЖТа, 1981, №2. - С. 17-20.
2. Феофилов А.Н. Математическая модель составления графиков движения поездов на линиях метрополитена // Вестник ВНИИЖТ. 1991, № 7. - С. 10-13.
3. Василенко М.Н., Дегтярев Д.П., Максименко О.А. Проблемы визуального анализа графика движения поездов на метрополитене и методы их решения // Неделя науки-2002. СПб.: ПГУПС, 2002.
4. Сидоренко В.Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена // Автоматизация и современные технологии, 2003, №2. – С. 6–10.
5. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. Синтез сценариев построения планового графика движения пассажирских поездов Кольцевой линии метрополитена // Проблемы регионального и муниципального управления: Сборник докладов международной научной конференции. 2010. С. 166-170.
6. Сидоренко В.Г., Новикова М.В. Синтез планового графика движения зонного типа // Мир транспорта. 2009, № 4. - С. 128-134.
7. Сидоренко В.Г., Пискунов А.С. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 3-7.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Сценарное пространство построения планового графика движения поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Наука и техника транспорта. - 2012. - №1. - С.51-56.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17571618

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13419993_elibrary.pdf

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Уровни успешной реализации автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена и критерии отбора эффективных результатов

Процесс составления планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов по линии метрополитена является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать многочисленные ограничения.

В общем виде задача автоматизированного построения ПГД формулируется следующим образом: разработать алгоритмы, согласно которым в результате конечного числа ответов пользователя на общие вопросы (с вариантами ответов «Да/Нет») с промежуточным вводом исходных данных будет построен ПГД при учёте специфических параметров и ограничений, в первую очередь, определяемых графиком оборота (ГО) подвижного состава и графиком работы локомотивных бригад [1]. Построенный ПГД должен отвечать поставленным целям управления, быть рациональным с точки зрения выбранных критериев и устойчивым к возмущающим факторам.

Алгоритмы автоматизированного построения ПГД представляют собой сценарии управления объектами линии метрополитена, реализующие рациональные управляющие воздействия при заданных ограничениях, для каждого из процессов ПГД.

Управляющими воздействиями являются императивы и логико-трансформационные правила (ЛТП) построения ПГД [2], Определение объектов, к которым они применяются, и построение логики их выполнения проводится на базе предварительного расчета с использованием введенных пользователем данных, выбранных критериев и с учетом действующих ограничений.

К целям управления относятся:

- реализация заданной (изменяющейся во времени) парности движения в течение всего времени движения пассажирских поездов;
- правильность ночной расстановки (все маршруты должны завершить свое движение в той точке ночной расстановки (т.н.р.), из которой на следующий день начинается движение следующего маршрута);
- реализация ГО подвижного состава, который регулирует проведение осмотров и ремонтов подвижного состава.

Авторами предложено оценивать достижение поставленных целей управления при помощи условий реализации, под которыми понимается апостериорная информация, получаемая по итогам построения переходного/установившегося процесса путём проверки графика после завершения рассматриваемого процесса и позволяющая определить, удалось ли построить процесс с заданными начальными условиями. В этом случае, термин «условия реализации» употребляется применительно к построению отдельных процессов ПГД, а термин «условия успешной реализации» – применительно к ПГД, составленному на весь день.

Опыт эксплуатации линий Московского метрополитена показал, что использование предельных, с точки зрения безопасности движения, значений парности движения может привести к частому возникновению сбоев в движении поездов. Это, как правило, связано с воздействием такого возмущающего фактора, как пассажиры. В связи с этим, принятие решений о реализации предельных значений парности движения, должно подкрепляться предварительным проведением имитационных экспериментов [3].

Ограничения, накладываемые на ПГД, обусловлены общими и технологическими требованиями обеспечения безопасности движения поездов и связями между объектами линии. К ним относятся:

- порядок заполнения т.н.р. составов на линии;
- возможность проведения регулировочных действий на станциях с путевым развитием;
- частота ввода и снятия составов на промежуточных станциях в соответствии с правилами обслуживания пассажиров;
- правила функционирования станций с путевым развитием;
- время окончания движения, которое не может превысить время снятия напряжения в контактной сети метрополитена;
- время отправления последних пассажирских поездов с начальных станций путей;
- организация движения последних пассажирских поездов [4].

Эти ограничения являются общими для всего ПГД. Одновременно для каждого процесса ПГД выделяются частные ограничения, которые авторами классифицируются как условия реализуемости. Условия реализуемости – это априорная информация, которая позволяет заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить процесс.

Авторы предлагают проводить сравнение вариантов построения ПГД по следующим критериям равномерности:

- критерий равномерности интервалов по отправлению поездов со станций;
- критерий равномерности расположения вводимых/снимаемых составов [1].

Кроме этих основных критериев, которые учитываются во всех процессах ПГД, можно выделить дополнительные, которые в первую очередь учитываются при выборе способа ночной расстановки составов:

- количество отстоев (разменов) на линии и в депо;
- длительность отстоев (разменов);
- время начала проведения отстоев (разменов) – нерационально их проведение во время движения с максимальной парностью и во время снятия напряжения с контактного рельса на соединительных ветках между депо и линией;
- отклонение от заданного ГО.

Выполнение дополнительных регулировочных действий, например, в процессе равномерного ввода или снятия составов, может внести неравномерность.

Поставленным целям управления может отвечать большое количество вариантов построения ПГД. Поэтому актуальной является задача ускорения перебора вариантов. Для сокращения количества рассматриваемых вариантов используются следующие подходы:

- проверка условий реализуемости ПГД;
- организация многоуровневой структуры равномерности ПГД.

В соответствии с первым механизмом параметры и промежуточные расчётные данные каждого рассматриваемого варианта построения (до попытки его реализации) проверяются на соответствие ряду условий реализуемости. Невыполнение хотя бы одного из этих условий даёт возможность судить о том, что рассматриваемый вариант реализовать не возможно, в связи с чем, вариант полностью исключается из рассмотрения.

Созданная авторами рекурсивная процедура автоматизированного построения ПГД и предложенная многоуровневая структура равномерности ПГД позволяют не только просматривать множество вариантов построения ПГД без изменения исходных данных, но и позволяют вводить варьирование исходных данных, которое не противоречит целям управления [1].

Таким образом, можно выделить несколько уровней сокращения количества рассматриваемых вариантов построения ПГД:

- рассматривается вся совокупность вариантов, отвечающая общим и технологическим требованиям обеспечения безопасности движения поездов и связям между объектами линии – полное множество вариантов ПГД;
- из множества, определенного на первом уровне, перед началом каждого из процессов ПГД выбираются только те варианты, которые удовлетворяют условиям реализуемости этого процесса – полное множество рациональных вариантов ПГД;
- для каждого из процессов ПГД рассматриваются только те варианты, которые минимизируют значения критериев равномерности для этого переходного процесса – полное множество равноценных вариантов ПГД.

В настоящее время авторами проводятся работы по созданию и реализации алгоритма, необходимого для автоматизированного построения процесса ночной расстановки составов и учитывающего все накладываемые ограничения.

Литература:

1. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Построение планового графика движения для метрополитена // Мир транспорта. 2011, № 3. - С. 98-105.
2. Сидоренко В.Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена // Автоматизация и современные технологии, 2003, №2. С. 6–10.
3. Сидоренко В.Г., Пискунов А.С. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 3-7.
4. Ершов А.В., Сидоренко В.Г. Оперативное планирование ситуационного управления метрополитеном // Труды шестой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». – М.: МИИТ, 2005. – C. I–6– I–7.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Уровни успешной реализации автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена и критерии отбора эффективных результатов / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XIX Международной конференции. Москва, декабрь 2011 г. / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. - М.: РГГУ. - 2011. - С. 307-311.

"ДАЛЕЕ..."

Сафронов А.И.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА УХОДА СОСТАВОВ НА НОЧНУЮ РАССТАНОВКУ ПРИ УЧЁТЕ УРОВНЕЙ РАВНОМЕРНОСТИ

В настоящее время одним из важных аспектов обеспечения безопасности движения пассажирских поездов метрополитена является правильная организация перевозочного процесса. Перевозочный процесс на Московском метрополитене принято описывать плановым графиком движения (ПГД) пассажирских поездов, составленным на целый день.

Процесс составления ПГД является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать многочисленные ограничения. В том числе, в ходе автоматизации процесса построения ПГД, важно рационально подбирать управляющие воздействия для реализации построения всего графика.

Перевозочный процесс на Московском метрополитене может быть представлен последовательностью чередующихся стационарных и переходных процессов. Во время стационарных процессов действуют самые жёсткие ограничения, запрещающие ввод каких-либо управляющих воздействий, таким образом, варьировать управляющие воздействия имеет смысл только во время переходных процессов.

Наиболее сложным процессом автоматизированного построения ПГД является организация ухода составов на ночную расстановку. В настоящий момент создание этого процесса реализовано путём проведения направленного перебора возможных вариантов. Каждый вариант содержит в себе комбинацию управляющих воздействий. Поскольку уход составов на ночную расстановку есть стационарный процесс, управляющие воздействия для его реализации необходимо вводить во время построения предыдущего процесса. Таковым является равномерное снятие составов после вечернего часа «пик».

Для ускорения перебора вариантов применяются два механизма сокращения:

- за счёт учёта проверки условий реализуемости;
- за счёт учёта многоуровневой структуры равномерности.

В соответствии с первым из упомянутых механизмов, комбинация управляющих воздействий каждого варианта построения (до попытки реализации) проверяется на соответствие ряду условий реализуемости. Невыполнение хотя бы одного из условий даёт возможность судить о том, что рассматриваемый вариант реализовать невозможно. Таким образом, информация об управляющих воздействиях, полученная априорно, позволяет сразу исключить текущий вариант из рассмотрения.

Второй механизм сокращения вариантов содержится внутри следующего алгоритма:

1. Из всего множества М составов на линии выбирается множество равномерно расположенных составов.
2. При выполнении i-го снятия из множества равномерно расположенных составов Мсум выбираются Мвв(сн)i равномерно расположенных составов, подлежащих снятию.
3. Если снятие производится по двум путям, то из множества Мвв(сн)i выбираются равномерно расположенные составы, подлежащие снятию по каждому из главных путей в заданном количестве.
4. После выполнения снятия из множества Мсум исключаются элементы множества Mi: Мсум \ Мвв(сн)i = Мсум ∩ НЕ(Мвв(сн)i).
5. Если выполнены не все снятия, то происходит переход к пункту 2.
6. Если все снятия выполнены, производится выравнивание межпоездных интервалов.

На втором этапе работы алгоритма для случаев, когда Mсум чётно, необходимо рассматривать лишь половину возможных вариантов. Вторая половина полностью дублирует комбинацию управляющих воздействий, обеспечивающих снятие составов.

Перебор вариантов может проводиться как с одинаковыми комбинациями управляющих воздействий, так и с учётом их варьирования в процессе построения равномерного снятия составов после вечернего часа «пик». Для чистоты проводимых экспериментов необходимо фиксировать один единственный набор управляющих воздействий.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Автоматизированное построение процесса ухода составов на ночную расстановку при учёте уровней равномерности / А. И. Сафронов // Труды XII научно-практической конференции «Безопасность Движения Поездов». - М.: МИИТ. - 2011. - C. IX-12-IX-13.

УДК 656.42:656.25-52:656.22.05

Методика автоматизированного построения планового графика движения поездов метрополитена

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

МЕТРОПОЛИТЕН, ПЛАНОВЫЙ ГРАФИК ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ, КРИТЕРИИ РАВНОМЕРНОСТИ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПОСТОЕНИЕ, УРОВНИ РАВНОМЕРНОСТИ

Рассматриваются процессы автоматизированного построения планового графика движения поездов метрополитена и особенности линий, оказывающие влияние на эти процессы. Сформулирована постановка задачи, формализованы критерии оптимальности, выделены уровни равномерности.

Methodology of the underground train planned schedule automated construction
Safronov A.I., Sidorenko V.G.

UNDERGROUND, TRAIN PLANNED SCHEDULE, UNIFORMITY CRITERIA, AUTOMATED CONSTRUCTION, UNIFORMITY LEVELS

In article processes of the underground train planned schedule automated construction and the features of lines influencing these processes are considered. Problem statement is formulated, optimality criteria are formalized, uniformity levels are allocated.

В крупных городах со времён появления первых видов городского общественного транспорта возникла проблема правильной организации его работы. В данной статье рассматривается задача автоматизированного составления планового графика движения (ПГД) пассажирских поездов на примере Московского метрополитена.

В общем виде задача автоматизированного построения ПГД формулируется следующим образом: разработать алгоритмы, согласно которым в результате конечного числа ответов пользователя на общие вопросы (с вариантами ответов «Да/Нет») с промежуточным вводом исходных данных будет построен оптимальный по критериям равномерности ПГД при учёте специфических параметров и ограничений, в первую очередь, определяемых графиком оборота подвижного состава и графиком работы локомотивных бригад.

В работе рассмотрим два критерия равномерности:

- критерий равномерности интервалов по отправлению поездов со станций RI;
- критерий равномерности расположения вводимых/снимаемых составов RN.

Автоматизированное построение ПГД распадается на ряд частных задач, в каждой из которых для определения оптимального решения используется только один из рассматриваемых критериев.

Для введения критериев равномерности и постановки задачи построения ПГД используем формализацию, предложенную в работе [1], учитывающую возможность изменения количества составов на линии и показавшую свою обоснованность для описания ПГД. В этом случае каждый из объектов линии описывается упорядоченной последовательностью компонентов, которые определяют характеристики объекта и задают его связи с другими объектами. Понятиями, которые используются для описания результатов построения ПГД и критериев качества ПГД, являются

- «нитка» графика n - последовательность, компоненты которой описывают движение маршрута от момента выхода на главный путь до момента ухода с него (соответствующая информация содержится в массиве элементов расписания Me) с указанием типов маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути, переходы маршрута с одной «нитки» графика на другую и порядок следования «ниток» графика по одному главному пути;
- элемент расписания - последовательность, компоненты которой описывают движение маршрута от станции до следующей за ней, которое может осуществляться как по главному пути (по перегону), так и по станционным путям (по тупикам).

С учетом выбранного способа формализации критерий равномерности интервалов по отправлению поездов со станций RI определяется следующим образом:



где ni - i-я «нитка» графика, i = 1, 2, ..., Np;
Np - количество учитываемых «ниток», которое на единицу больше максимального количества составов на линии в рассматриваемый промежуток времени;
n1 - первая в рассматриваемой последовательности «нитка»;
nNp - последняя в рассматриваемой последовательности «нитка»; это «нитка», по которой будет двигаться маршрут «нитки» n1 после совершения полного оборота. Для радиальной линии это «нитка» n1.nnn.nnn , где n.nnn – компонент последовательности «нитка» n – следующая «нитка» к «нитке» n, то есть «нитка», по которой маршрут будет двигаться после окончания движения по «нитке» n (после оборота). Для кольцевой линии это «нитка» n1.nnn;
Ns - количество станций на линии;
Me(Ss) - элемент массива элементов расписания, начинающийся на станции Ss;
Me(Ss).totpr - время отправления со станции Ss;
fNPS(ni,k,Ss,True) - операция, в результате выполнения которой определяется k-й следующий поезд (в формуле (1) k=1) после «нитки» ni по отправлению со станции Ss.

Приведённая числовая характеристика достигает своего минимума при равномерном расположении всех рассматриваемых «ниток» на всех станциях. Введенный критерий аналогичен критериям, сформулированным в [2, 3].

Критерий равномерности расположения вводимых/снимаемых составов, RN формализуется следующим образом:



где Mвв(сн) - множество вводимых/снимаемых составов, которое включает в себя «нитки», которые выбираются из последовательности «ниток», определенной для вычисления критерия равномерности интервалов по отправлению поездов со станций RI, по признаку отсутствия предыдущей «нитки» при вводе составов или следующей «нитки» при снятии составов;
Nвв(сн) - количество «ниток» множества Mвв(сн);
ni.npn - компонент последовательности «нитка» n - предыдущая «нитка» к «нитке» n, то есть «нитка», по которой маршрут двигался до начала движения по «нитке» n (до оборота).
FCN (nu, nw) - операция , в результате выполнения которой определяется количество «ниток» между двумя заданными nu, nw.

Введенные формализации критериев равномерности позволяют определить их значения для каждого пути отдельно.

Решению задач автоматизированного построения ПГД посвящено значительное число работ, основными среди которых являются [1, 3-5]. Для каждой линии метрополитена строится свой ПГД. На вид графиков влияют особенности линий (рис. 1). Рассмотрим различные признаки линий метрополитена. Под географией линии будем понимать конструктивное расположение линии в пространстве. По этому признаку линии делятся на радиальные и кольцевые. Последовательно рассмотрим ряд особенностей этих линий. Порядка 93% «ниток» графика кольцевой линии метрополитена соответствует движению поездов по одному пути. Переход с одного пути на другой реализуется в настоящее время достаточно редко: только в связи с необходимостью организации расположения поездов, соответствующего последовательности ночной расстановки составов. Отсюда можно сделать вывод, что на значительном временном интервале первый и второй пути рассматриваются как независимые [6].



Составление графика для радиальной линии имеет ту особенность, что построение «ниток» графика по первому и второму пути «завязано» через конечные станции (станции оборота составов). Поэтому для радиальных линий построение графиков должно осуществляться с учётом жёсткой связи «ниток» по обоим путям.

Способ построения ПГД радиальных линий с оборотом по конечным станциям (традиционный способ) изложен в [1, 3]. Вместе с тем, оборот составов по промежуточным станциям необходимо реализовывать в случае нехватки ресурсов линии (пропускной способности конечных станций, единиц электроподвижного состава) для реализации заданной парности движения на всем протяжении линии или в связи с резким изменением пассажиропотока на протяжении линии, что соответствует организации зонного движения. Построение графиков зонного движения (ГЗТ) изложено в [7].

Среди множества радиальных линий выделим линии с «вилочным» движением. Договоримся «вилочным» движением называть организацию работы линии, при которой движение составов осуществляется по различным путям после проследования станции разветвления. Станцией разветвления назовём ту, путь до которой для всех составов линии не различается, а после – для части составов различен. Такая организация движения оказывает влияние на вид ПГД [5].

Способ построения графика зависит от расположения и количества депо на линии. На коротких линиях, как правило, имеется одно депо. Существенен при построении графика как кольцевой, так и радиальной линии выбор пути, на который выходят составы из депо. В связи с этим, для линий с одним физическим депо, выдающим составы на разные пути, авторами введено понятие «виртуального» депо, дополняющего на графике физическое [6]. На длинных линиях предусматриваются два депо, за каждым из которых закреплены составы. Два депо, как правило, располагаются на одной линии, но имеются случаи, когда одно из двух депо находится на другой линии, а обслуживает данную.

Исходные данные для построения ПГД на Московском метрополитене поступают в форме массива тактов задания размера движения, где совокупность параметров каждого из элементов массива (парность, количество составов и так далее) задаётся на один астрономический час.

При построении графика движения существенным является соотношение времени полного оборота состава (Тпо) с тактом задания размера движения (ТТ). Это связано с тем, что при Тпо > ТТ переход от одной парности к другой заключает в себе снятие необходимого числа составов за ТТ. В ином случае, при ТТ > Тпо, необходимо переходный процесс ввода/снятия реализовывать за несколько Тпо.

Исторически сложилось, что создание алгоритмов автоматизированного построения ПГД начиналась с разработок для радиальных линий, рассматриваемых как кольцевые [4]. В дальнейших работах рассматривалось решение частных задач. В связи с этим, учёт особенностей автоматизированного построения для радиальных линий требует своего развития. Актуальным является обобщение всего накопленного опыта в рамках единого подхода к построению ПГД.

Процессы, происходящие на линии можно разделить на переходные (динамические) и установившиеся (стационарные). В соответствии с технологией работы метрополитена имеется определённая последовательность этих процессов.

Установившимся процессом будем называть процесс, при котором парность остается постоянной в течение времени, большего, чем время полного оборота состава. Эти процессы соответствуют работе метрополитена в течение часов «пик» и «непик» движения, а также во время ночной расстановки составов. Установившиеся процессы соединяются переходными процессами, которые характеризуются изменением парности движения. Построение установившихся процессов ПГД при заданных размерах движения алгоритмизируется достаточно просто [1]. Наибольшую сложность представляет переход от одного установившегося процесса к другому. Переходный процесс должен быть построен таким образом, чтобы к заданному моменту времени создать все условия для работы в установившемся процессе.

В соответствии с технологией работы метрополитена ПГД в рабочие дни описывает следующие процессы:

1. Выход составов из ночной расстановки (переходный процесс).
2. Движение поездов с заданной парностью в утренний час «пик» (установившийся процесс).
3. Движение поездов между утренним часом «пик» и движением в непиковое время (переходный процесс).
4. Движение в непиковое время (установившийся процесс).
5. Организация перехода к вечернему часу «пик» (переходный процесс);
6. Движение поездов с заданной парностью в вечерний час «пик» (установившийся процесс).
7. Переход от вечернего часа «пик» к непиковому движению (переходный процесс).
8. Организация перехода от непикового движения к ночной расстановке (переходный процесс).

В ряде случаев возможно изменение последовательности указанных процессов в зависимости от проводимых в городе мероприятий. В выходные дни процессы 3-7 отсутствуют, так как в течение всего дня поддерживается постоянная парность движения. Сразу отметим, что все процессы, происходящие на линии, связаны между собой и изменения в одном из них могут сказаться на других.

Поиск оптимального с точки зрения равномерности решения задачи построения ПГД требует перебора огромного количества вариантов [8]. Поэтому необходимо создать такую процедуру автоматизированного построения ПГД, которая бы предусматривала возможность проверки условий успешной реализации построения ПГД до момента прохождения всех процессов и исключения из рассмотрения неперспективных вариантов на более ранних стадиях. В связи с этим, авторами создана рекурсивная процедура автоматизированного построения ПГД (рис. 2), которая реализует решение задачи методом направленного перебора с использованием схемы ветвей и границ.

Процессы, для которых характерен последовательный вызов одинаковых процедур, где результаты работы одной процедуры являются входными данными для следующей, изображены на схеме тремя близко расположенными кольцами (в этом случае продолжительность переходного процесса больше, чем время полного оборота составов). Цифрами на рисунке отмечены приоритет – порядок построения процессов. Автоматизированное построение ПГД рационально проводить, начиная с одного из установивших процессов, так как в них движение поездов реализуется с постоянной парностью и автоматически отвечает критерию равномерности интервалов по отправлению поездов со станций. Наивысший приоритет авторами установлен для часа «пик», так как в нём наиболее жесткие требования, определяемые самой высокой парностью движения.

Подробно каждый из процессов будет рассмотрен позже.

Рассматриваемая процедура построения ПГД предусматривает проведение расчётов с использованием компьютеров как предыдущего поколения на базе одноядерных процессоров, так и современных компьютеров на базе многоядерных процессоров. Особенностью компьютеров на базе многоядерных процессоров является организация параллельных вычислений. Таким образом, некоторые процессы построения ПГД могут выполняться параллельно, например, утренний и вечерний часы «пик» и соседствующие с ними процессы: ввода/снятия составов утром и ввода вечером. По этой причине, утренний и вечерний часы «пик» (рис. 2) изображены как два ядра, соответствующие двум ядрам современных процессоров. Параллельно могут также проводиться расчеты для одного и того же процесса, но при разных начальных условиях.



Далее рассмотрим важную особенность ПГД, которая позволяет, как будет показано позже, существенно упростить алгоритмизацию построения процессов ПГД. ПГД линии, построенный на целый день, обладает свойством зеркальной симметрии (рис. 3). Согласно свойству зеркальной симметрии, равномерное снятие составов в прямом времени соответствует равномерному вводу в обратном времени и наоборот. При переходе от общего вида графика к отдельным процессам построения, можно выделить три уровня зеркальной симметрии:

- относительно центра отрезка времени, на котором осуществляется движение с минимальной парностью;
- относительно центра отрезка времени, на котором осуществляется движение с максимальной парностью, для каждой из ранее выделенных частей;
- зеркальную симметрию расстановки составов у заданных указателей ночной расстановки вечером и выходом составов от указателей ночной расстановки утром [9].



Наличие зеркальной симметрии позволяет рассматривать лишь отдельно взятый процесс, а построение симметричного ему процесса проводить аналогично, используя зеркальные операции.

Перейдём к подробному рассмотрению каждого из процессов построения ПГД в соответствии с их приоритетом. Построение процессов ПГД проводится автоматически с промежуточным контролем исходных данных. Моменты контроля данных будут отмечены в ходе рассмотрения.

Построение процесса утреннего и вечернего часа «пик» проводится в прямом времени. Независимо от типа линии необходимо осуществлять ввод пользователем общего числа составов, обслуживающих линию в час «пик». Одновременно для радиальной линии необходимо осуществлять ввод длительностей оборотов по конечным станциям, а для кольцевой линии – количества составов, обслуживающих отдельно первый и второй путь. Гибкость построения данного процесса может присутствовать в том случае, если время полного оборота составов не делится на интервал движения составов (в этом случае варьируются интервалы).

Следующий процесс связан с переходом к утреннему часу «пик». В этом процессе изменение интервала движения реализуется путём ввода дополнительных поездов из депо, которое выполняется с целью минимизации критерия равномерности расположения вводимых/снимаемых составов при изменении парности движения. Для радиальных линий также необходимо выполнение заданной длительности станционных оборотов составов на конечных станциях, которая зависит от числа маневровых бригад, задействованных в реализации оборотов. При изменении числа маневровых бригад накладывается ограничение на интервал между поездами по прибытию на станцию оборота, что при заданном интервале по отправлению с этой станции требует ввода составов [10]. Построение графика в ходе этого процесса реализуется в обратном времени.

Процесс выхода составов из ночной расстановки проводится в прямом времени и должен обеспечивать интервал времени между открытием станции и появлением на ней первого поезда в каждом из обоих направлений, не превышающий заданную величину. В том случае, если это требование не выполняется, следует вернуться к предыдущему процессу и изменить процесс выдачи составов из депо, либо ввести станционные обороты на промежуточных станциях. В ходе процесса выхода составов из ночной расстановки необходимо контролировать соответствие количества вводимых составов количеству незанятых указателей ночной расстановки.
Процесс выхода из утреннего часа «пик» проводится в прямом времени при следующих условиях:

- число снимаемых составов для каждого из главных путей определяется в отдельности;
- оптимальные по критерию равномерности расположения вводимых/снимаемых составов варианты снятия составов и назначения маршрутов на «нитки» определяются в зависимости от заданных графиком оборота подвижного состава ремонтов и осмотров;
- рассогласования межпоездных интервалов устраняются согласно критерию равномерности интервалов по отправлению поездов со станций (на каждой станции линии для текущей «нитки» рассчитывается «расстояние по времени» до соседних «ниток» справа и слева, затем полученное рассогласование компенсируется путём ввода сверхрежимной выдержки на рассматриваемой станции) [2, 11].

Пользуясь рассмотренным свойством симметрии процессов ПГД, отметим, что следующие три процесса строятся по схемам, аналогичным упомянутым ранее:

- процесс входа в вечерний час «пик» не обладает какими-либо характерными особенностями, поэтому построение сетки графика проводится зеркально построению сетки в процессе выхода из утреннего часа «пик»;
- процесс построения вечернего часа «пик» проводится аналогично построению процесса утреннего часа «пик» при учёте работы пунктов технического обслуживания (ПТО);
- процесс построения выхода из вечернего часа «пик» проводится аналогично построению сетки в процессе выхода из утреннего часа «пик».

В процессе движения в дневные часы «непик» построение сетки ПГД проводится аналогично построению сетки в процессе часа «пик». Независимо от типа линии важно учесть тот факт, что в это время реализуются осмотры составов, которые предполагают «размен» составов через депо или линейные ПТО. Алгоритмы, соответствующие процедурам построения этого процесса ПГД, должны учитывать специфику организации маневровых передвижений согласно графику оборота составов.

Процесс ухода на ночную расстановку строится в прямом времени, при этом для обеспечения правильного расположения составов у указателей ночной расстановки проводятся следующие операции [8]:

- вводятся регулировочные отстои на станционных путях;
- осуществляются обороты по промежуточным станциям после завершения движения пассажирских поездов.
- корректируется в рамках заданных ограничений график оборота подвижного состава (меняется время и место проведения осмотров и ремонта составов);
- корректируются в рамках заданных ограничений режимы работы депо (в случае необходимости изменяются времена снятия и подачи напряжения на контактных рельсах соединительных веток депо в период дневного часа «непик»);

Согласно выбранным критериям, признаком качества построения ПГД является равномерность, которая имеет несколько аспектов рассмотрения (рис. 4):

- равномерность интервалов по отправлению поездов со станций;
- равномерность ввода/снятия составов за время полного оборота состава на линии по каждому из путей;
- равномерность ввода/снятия составов за время полного оборота состава на линии в целом;
- равномерность ввода/снятия составов за время, равное нескольким полным оборотам состава на линии в целом.

Каждый следующий аспект равномерности является «внешним», то есть более общим по отношению к предыдущему.

В результате изучения ПГД установлено, что переход между двумя установившимися процессами с различной парностью не обладает высокой частотой снятия. Это определяется следующими факторами:

- постепенным изменением пассажиропотока;
- ограничениями на время незанятости платформы на промежуточных станциях, определяемыми правилами обслуживания пассажиров;
- организацией работы систем маршрутно-релейной централизации и обеспечения безопасности движения для выполнения маневровых передвижений составов на линии и депо.

В общем случае, процесс равномерного снятия составов может быть описан следующим алгоритмом:

1. Из всего множества M составов на линии выбирается множество равномерно расположенных составов Mсум, количество элементов множества Мсум равно суммарному количеству снимаемых составов за весь переходный процесс.
2. При выполнении i-го снятия из множества равномерно расположенных составов Mсум выбираются Мвв(сн)i равномерно расположенных составов, подлежащих снятию.
3. Если снятие производится по двум путям, то из множества Мвв(сн)i выбираются равномерно расположенные составы, подлежащие снятию по каждому из главных путей в заданном пользователем количестве.
4. После выполнения снятия из множества Мсум исключаются элементы множества Mi: Мсум \ Мвв(сн)i = Мсум ∩ НЕ(Мвв(сн)i).
5. Если выполнены не все снятия, то происходит переход к пункту 2.
6. Если все снятия выполнены, выполняется выравнивание межпоездных интервалов по критерию равномерности интервалов по отправлению поездов со станций RI.



В основе выбора равномерно расположенных вводимых/снимаемых составов лежит алгоритм поиска наибольшего общего делителя (НОД) двух чисел, базирующийся на алгоритме деления Евклида [12-14]. В качестве этих чисел в рассматриваемом случае принимаются количество составов в исходном установившемся процессе и количество составов, заданное для следующего установившегося процесса.

После окончания ввода/снятия составов продолжительность переходного процесса, который заключается в выравнивании интервалов между поездами, не превосходит времени полного оборота [14].

Согласно изложенным выше принципам авторами были разработаны алгоритмы построения ПГД для линий разной географии. Они реализованы в автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ).

Литература

1. Сидоренко В.Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена // Автоматизация и современные технологии, 2003, №2. – С. 6–10.
2. Сеславин А.И., Воробьева Л.Н. Градиентный способ централизованного управления городскими транспортными системами. - М.: Наука и техника транспорта, № 4, 2004.
3. Василенко М.Н., Дегтярев Д.П., Максименко О.А. Проблемы визуального анализа графика движения поездов на метрополитене и методы их решения // Неделя науки-2002. СПб.: ПГУПС, 2002.
4. Баранов Л.А., Жербина А.И. Построение на ЭВМ графиков движения поездов метрополитена // Вестник ВНИИЖТа, 1981, №2. - С. 17-20.
5. Феофилов А.Н. Математическая модель составления графиков движения поездов на линиях метрополитена // Вестник ВНИИЖТ. 1991, № 7. - С. 10-13.
6. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Применение критерия равномерности в больших транспортных системах // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XVII Международной конференции. - С. 289-292.
7. Сидоренко В.Г., Новикова М.В. Синтез планового графика движения зонного типа // Мир транспорта. 2009, № 4. - С. 128-134.
8. Сидоренко В.Г., Пискунов А.С. Процедуры организации ночной расстановки составов на линии метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 3-7.
9. Сидоренко В.Г., Сафронов А.И. Синтез сценариев построения планового графика движения пассажирских поездов Кольцевой линии метрополитена // Проблемы регионального и муниципального управления. Сборник докладов международной научной конференции Москва, 21 апреля 2010 г. - С. 166-170.
10. Сидоренко В.Г., Власова И.А., Рындина Е.Ю. Подсистема автоматизированного построения выхода составов метрополитена из расстановки на ночь // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2008. Наука МИИТа транспорту». М.: МИИТ. 2008. - C. VII-38.
11. Сидоренко В.Г., Рындина Е.Ю. Методы выравнивания интервалов движения поездов метрополитена // ВЕСТНИК МИИТа // Научно-технический журнал. М.: МИИТ. 2008, вып. 18. - С. 8-10.
12. Концевич М.Л. Равномерные расположения // Квант. 1987, № 7. - С. 51-52, 59.
13. Виноградов И.М. Основы теории чисел. М.: Наука. 1972.
14. Сеславин А.И., Сеславина Е.А. Принципы равномерности в задачах управления потоками пассажирского транспорта // Прикладная информатика. 2009, № 2(20). С. 91-95.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Построение планового графика движения для метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2011. - № 3. - С. 98-105.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=16519530

"ДАЛЕЕ..."

Вложение: 13419925_elibrary.pdf

Солдатов Н.Л. (АУИ-211), Ушаков К.А. (АУИ-311), Харчилин Д.И. (АУИ-211), Чайковский М.В. (АУИ-311), Сафронов А.И. (аспирант)

СОЗДАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ИНЖЕНЕРА ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОДЕПО МЕТРОПОЛИТЕНА

В настоящее время на Московском метрополитене внедрена в эксплуатацию разработанная на кафедре «Управление и информатика в технических системах» МИИТа автоматизированная система построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ). Для её функционирования необходим обмен информацией между электродепо и группой графистов Службы движения, который в настоящее время осуществляется на бумажном носителе или по телефону.

Целью создания АРМ является интеграция исходных данных для построения графика оборота (ГО) подвижного состава и планового графика движения (ПГД) поездов метрополитена.

Потребителем результатов работы АРМ могут быть и другие службы метрополитена, в частности Служба подвижного состава при управлении локомотивными бригадами электродепо Московского метрополитена.

Ряд исходных данных, которые необходимы для расчётов, проводимых АРМ инженера по эксплуатации электродепо совпадает с величинами, хранящимися в базе данных (БД) АСП ПГД ППМ, таким образом, рационально брать за основу существующую БД и вносить в неё некоторые коррективы.

Система сохраняет результаты работы в базе данных формата Microsoft Access, взаимодействие и отношения между таблицами которой осуществляется с помощью специального языка структурированных запросов SQL.

В перспективе необходимо преобразовать и упростить существующую структуру БД, что должно существенно улучшить процедуры инициализации данных, передаваемых в программу.

На протяжении нескольких лет Visual Basic 6.0 считали хорошим средством для разработки программного обеспечения (ПО). На базе статистики использования языков программирования, находящейся в открытом доступе в сети Интернет было принято решение о создании АРМ инженера по эксплуатации электродепо метрополитена на популярном современном языке программирования С#.

Язык основан на строгой компонентной архитектуре и реализует передовые механизмы обеспечения безопасности кода. Авторами выделены следующие особенности языка:

- императивный – состоит из операторов, которые меняют состояние памяти;
- объектно-ориентированный – ПО состоит из объектов, которые являются некоторыми законченными сущностями, взаимодействующими друг с другом посредством свойств, методов и событий;
- функциональный – процесс выполнения программы трактуется как вычисление значений функций от исходных данных и результатов выполнения других функций.

Для реализации пользовательского интерфейса используется технология Windows Forms, в которой отображение графики производится посредством подключённых библиотек, взаимодействующих с GDI.

GDI – графический интерфейс Windows, необходимый для представления объектов и передачи их на устройства отображения.

Интерфейс нового ПО должен совместить привычное для пользователя существующей системы расположение пунктов меню, функционал и горячие клавиши с новыми возможностями. Необходимо учитывать производительность компьютеров, на которых будет использоваться разрабатываемое ПО.

В результате работ по созданию нового АРМ в среде Visual Studio 2010 было налажено информационное обеспечение среды, получаемое из БД, что позволило приступить к комплексной отладке графического интерфейса, а также к возможности изменения данных внутри ПО АРМ инженера по эксплуатации электродепо метрополитена.

Работа выполнена под руководством д.т.н., профессора Сидоренко В. Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Создание интерфейса и информационного обеспечения автоматизированного рабочего места инженера по эксплуатации электродепо метрополитена / А. И. Сафронов, Н. Л. Солдатов, К. А. Ушаков, Д. И. Харчилин, М. В. Чайковский // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-159.