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