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..."

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.

Сафронов А.И. (аспирант)

УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ И РЕАЛИЗУЕМОСТИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПОСТРОЕНИИ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Для построения планового графика движения (ПГД) поездов на Московском метрополитене используется автоматизированная система построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ). Она реализует автоматизированную процедуру построения ПГД. По ходу выполнения этой процедуры выявлены моменты, в которые пользователь должен принять решение, а между этими моментами построение выполняется автоматически.

При автоматизации построения ПГД необходимо минимизировать число моментов принятия решения. Как правило, эти моменты совпадают с моментами перехода от одного процесса к другому. Если выполняется построение переходного процесса ПГД, длительность которого превышает время полного оборота (Тпо) состава, пользователю предоставляется возможность выполнить управление несколько раз через Тпо.

Выполнение целого ряда процессов основано на переборе большого количества вариантов их реализации. Вместе с тем возник вопрос о сокращении времени, затрачиваемого на перебор. Для решения проблемы выбран путь исключения заведомо нереализуемых вариантов.

Lвариантов = MI * MII * KTпо

где MI - количество составов I-го пути, MII - количество составов II-го пути, KTпо - количество итераций ввода/снятия составов за Тпо.

Полностью исключить оператора из процесса построения ПГД невозможно, поскольку только он способен учитывать особенности организации движения на линии, известные ему исходя из опыта работы в течение многих лет. Если оператором вносятся изменения, дальнейшее автоматизированное построение может быть продолжено только после проведения проверки целостности графика.

Под целостностью будем понимать удовлетворение ПГД условиям реализации, определённым для всех ранее выполненных процессов.
Целостность графика уместно проверять для утреннего фрагмента ПГД, состоящего из процессов: выхода составов из ночной расстановки, равномерного ввода составов перед утренним часом «пик» и утреннего часа «пик». Эта же проверка является условием реализации при проведении автоматизированного построения ПГД с процесса утреннего часа «пик».

Введём некоторые термины. Под условиями реализуемости будем понимать априорную информацию, которая позволяет заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить переходный/стационарный процесс.

Под условиями реализации будем понимать апостериорную информацию, получаемую по итогам построения переходного/стационарного процесса путём проверки целостности графика после завершения рассматриваемого процесса.

Реализуемость построения ПГД уместно проверять в момент связи ниток, построенных после утреннего часа «пик» (слева) и перед вечерним часом «пик» (справа). Если количество ниток слева не соответствует количеству ниток справа, дальнейшее построение такого варианта графика невозможно.

Условия реализуемости и реализации автоматизированного построения ПГД были сформулированы для каждого процесса построения ПГД. Для некоторых процессов условия «реализуемости» отдельно не выделяются, в этих случаях выполнение предыдущих этапов предполагает гарантированную реализуемость последующих:

- выполненный выход из ночной расстановки предполагает, что выход из вечернего пика и уход на ночную расстановку реализуемы;
- реализованные процессы вечернего пика и выхода из утреннего пика предполагают, что вход в вечерний пик реализуем.

Однако правильность построения этих процессов надо проверить при помощи условий реализации.

Научный руководитель - д.т.н., профессор Сидоренко В. Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Условия реализации и реализуемости при автоматизированном построении планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-157-III-158.

Пьо Хтет Вин (АУМ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

АНАЛИЗ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МОСКОВСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА

Московский метрополитен является сложной развивающейся распределенной системой, включающей в себя множество различных объектов. На Московский метрополитен 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 поездов. В связи с этим актуальной является задача автоматизации составления планового графика движения (ПГД) поездов.

В данной работе рассмотрены вопросы автоматизированного анализа ПГД пассажирских поездов Московского метрополитена на соответствие накладываемым ограничениям.

Проверка соответствия планового графика ограничениям осуществляется по следующим критериям:

- наличие недопустимых захлёстов – недопустимого сближения составов при обороте по соединительным веткам или в оборотных тупиках конечных станций;
- длительность станционных оборотов должна быть не меньше минимально-допустимой;
- интервалы движения поездов должны соответствовать заданным размерам движения и не могут быть меньше минимально-допустимого;
- правильность ночной расстановки поездов – маршрут заканчивает свое движение в той точке линии, из которой начинает движение на следующий день следующий маршрут;
- ритмичность ремонтов – интервал времени в движении состава не должен превышать максимально-допустимый;
- проверять длительность ремонтов, которая зависит от количества вагонов в составах, обслуживающих линию;
- проверять правильность выхода и ухода поездов с линии;
- правильность нумерации ниток графика;
- проверять связанность ниток – в завершенном плановом графике не должно быть несвязанных ниток, не имеющих предыдущей нитки и не привязанных по выходу к точке ночной расстановки, или не имеющих следующей нитки и не привязанных к точке ухода в ночную расстановку.

Авторами было разработано программное обеспечение, реализующее анализ ПГД по некоторым из перечисленных критериям.
Для удобства пользователей авторами организована интегрированная процедура анализа составленного ПГД.

Если пользователь не среагировал на сообщение системы об ошибке рассматриваемого типа или после его действий в ПГД остались такие ошибки, то система не позволяет перейти к следующему этапу. Таким образом, каждый успешно пройденный этап анализа фиксируется, как выполненный, и до тех пор, пока остаются какие-либо ошибки на текущей стадии анализа, система не позволяет перейти к следующему этапу.

Для случаев, когда пользователь дополнительно желает проконтролировать себя самостоятельно, введены функции принудительного возврата к предыдущей стадии анализа ПГД и возврата к первой стадии анализа без сброса результатов ранее проведённого анализа на тех стадиях, которые было решено пройти заново.

Мероприятия по модернизации существующих систем позволяют расширять функциональность систем в соответствии с пожеланиями пользователей.

Научный руководитель – д.т.н., профессор Сидоренко В.Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Анализ планового графика движения пассажирских поездов московского метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Хтет Вин // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-157.

Пьо Ту Со (АУМ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

РАСЧЁТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Основной задачей планирования движения пассажирских поездов метрополитена является составление планового графика движения (ПГД). ПГД, который представляет собой составленный в графической форме план организации перевозочного процесса, к которому привязана работа всех служб метрополитена. Составление графика движения является трудоемким процессом, занимающим до 2 месяцев.

Составленный ПГД оценивается по ряду эксплуатационных показателей и критериев качества. Эта работа посвящена созданию программных средств расчета эксплуатационных показателей и критериев качества ПГД пассажирских поездов линии метрополитена.

Основным показателем линии, для которой составляется ПГД, является пропускная способность. Пропускная способность может быть потребной, наличной и проектной. Пропускная способность линии зависит от пропускной способности станций, соединительных веток и перегонов. Тот из перечисленных основных элементов линии, который имеет наименьшую пропускную способность, определяет пропускную способность линии в целом, т.е. определяет так называемую результативную пропускную способность линии.

Основными характеристиками планового графика являются:

- парность движения;
- интервалы между поездами по отправлению и прибытию.

При заданных условиях функционирования линии, парности и времени хода по главным путям линии оценка качества планового графика движения проводится по следующим показателям:

- участковая скорость перевозки пассажиров;
- суммарные эксплуатационные удельные затраты;
- затраты электроэнергии на тягу поездов;
- затраты на ремонт подвижного состава;
- показатели ритмичности движения: максимальный и минимальный интервал движения поездов, коэффициент вариации интервалов, определенные как для каждого размера движения, так и для графика в целом;
- качество организации работы конечных станций: отсутствие превышения пропускной способности станций, т. е. превышения допустимого значения «захлёста», а также максимальное и минимальное значения времени оборота по каждой из конечных станций для каждого размера движения, определяющие использование маневровых бригад для управления поездами на станциях;
- суммарные сверхрежимные выдержки при непараллельном графике движения;
- удобство согласования с графиком работы поездных бригад и количеством поездных бригад, необходимым для его реализации.

На основании ПГД определяются эксплуатационные измерители, которые характеризуют работу метрополитена: поездо-километры, вагоно-километры, нулевой пробег вагонов, поездо-часы, простой вагонов, эксплуатационная скорость, техническая скорость.

Многовариантность сценариев синтеза ПГД определяет необходимость ввода критерия эффективности построенного графика. Оценка качества графика движения проводится по перечисленным ранее показателям. Основными являются показатели ритмичности движения и оценки качества организации работы конечных станций.

Авторами в рамках (АСП ПГД ППМ) разработаны программные средства, позволяющие вводить исходные данные перегонов для расчёта эксплуатационных показателей и выполнять визуализацию результатов расчета.

Научный руководитель – д.т.н., профессор Сидоренко В.Г.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Расчёт эксплуатационных показателей и критериев качества планового графика движения пассажирских поездов линии метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Ту Со // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-156.

Александрова Т.Ю. (ВУИ-611), Сафронов А.И. (аспирант)

КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА И ПЕЧАТИ ПОЕЗДНЫХ РАСПИСАНИЙ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Метрополитен – вид рельсового пассажирского транспорта, который в условиях больших городов с насыщенным движением является важнейшим транспортным средством. Без него невозможно представить нормальное функционирование современных крупных городов.

Московский метрополитен имеет сложную развивающуюся структуру, отличается высокой пропускной способностью.

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. Плановый график отображает всю информацию о движении пассажирских поездов метрополитена.

В автоматизированной системе построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) организована подсистема вывода расписания, вызываемого по нажатию кнопки «Окно расписания». В ней информация о нитке графика представлена в компактном текстовом формате (номер поездов, номер маршрутов, время движения от начальной до конечной станции, нумерация впереди и сзади идущих поездов, интервал, длительности СРВ и др.)

Такая информация необходима как графисту при составлении графика, так и машинисту электропоезда. Таким образом, упомянутая ранее информация должна быть в надлежащем виде ему предоставлена. На метрополитене организован жёсткий аппарат, согласно которому, каждому машинисту при выходе состава на главный путь линии выдаётся соответствующая карточка (или набор карточек) расписания.

В настоящее время карточки расписания, предназначенные машинистам, заполняются вручную. Однако данные, с которыми оперирует АСП ПГД ППМ, позволяют автоматизировать и этот процесс. Таким образом, авторами был разработан программный комплекс, входящий в состав системы, позволяющий выводить на печать на различных форматах бумаги большое количество карточек расписания, заполненных всей необходимой информацией.

Каждое нововведение должно быть экономически оправдано, таким образом, перед авторами была поставлена задача, суть которой заключается в опытной проверке и сравнении времён, затрачиваемых на проведение операций ручного и автоматического заполнения карточек расписания. Были проведены следующие эксперименты:

- печать с использованием лазерного принтера Canon LBP-1120. На формат листа А4 осуществляет вывод не более двух карточек, причём, исключительно в «книжной» ориентации листа. Время печати в данном случае составляет порядка 10 с;
- печать большого количества карточек была реализована с использованием плоттера HP DesignJet 500 plus 24. Использовался формат бумаги А1, время печати листа при этом составило 340 секунд.

Дальнейшие этапы эксперимента были направлены на нарезку карточек расписания. Время, затрачиваемое на этот процесс, также учитывалось при подготовке карточек для передачи машинисту. Было рассчитано среднее время, затрачиваемое на подготовку одной карточки. Результаты каждого эксперимента заносились в таблицу.

Время на ручное заполнение бланков карточек расписания на порядок больше, нежели с использованием программного комплекса печати. Таким образом, можно утверждать, что разработанное нововведение является экономически оправданным. Программное обеспечение внедрено и функционирует на Московском метрополитене.

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

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Комплекс программ автоматизированного синтеза и печати поездных расписаний для пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, Т. Ю. Александрова // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-123.

Сафронов А.И. (аспирант)

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПОСТРОЕНИЕ ЭТАПОВ ПОДГОТОВКИ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА НА ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА К ДВИЖЕНИЮ С МАКСИМАЛЬНОЙ ПАРНОСТЬЮ

Перевозочный процесс на метрополитене связан с предоставлением услуг, где транспортное предприятие обязуется доставить пассажира из одной точки в другую с должным уровнем безопасности. Здесь одним из аспектов безопасности является правильно составленное расписание. В сфере информационных технологий, где возможно автоматическое функционирование, достаточно предоставлять численные данные, а в человеко-машинных системах для быстрого реагирования оператора необходим наглядный, графический вид.

Для ручного графика характерно малое количество сверхрежимных выдержек (СРВ) и построение на основе экспертных оценок. Эти оценки связаны с опытом работы графиста и субъективны. Оптимальность, в данном случае, основывается на критерии экспертной оценки.

Объективности удаётся добиться посредством проведения расчетов на основе критериев, имеющих строгое математическое описание. Одним из таких критериев является равномерность. График, построенный на основе этого критерия, приобретает непривычный вид по распределению СРВ после выравнивания интервалов, тем не менее, не исключено, что в конечном итоге он будет обладать более высоким качеством как с точки зрения организации движения на линии, так и с точки зрения распределения пассажиропотока на станциях. Математическое описание критерия равномерности тесно связано с алгоритмом Евклида.

Существующий алгоритм выравнивания интервалов обладает достаточной гибкостью, позволяющей лицу, принимающему решение, выбирать между равномерностью распределения СРВ между всеми станциями и продолжительной СРВ только на конечных станциях. Последний случай прекрасно подходит для радиальных линий и позволяет с особой быстротой добиться равномерности межпоездных интервалов, однако он совершенно неудобен при организации движения на Кольцевой линии.

Для Кольцевой линии можно выделить ряд особенностей:

- движение составов по каждому из путей рассматривается, как движение по двум независимым радиальным линиям;
- отсутствуют обороты по станционным путям;
- время полного оборота состава (Тпо), рассчитывается из условия прохождения маршрутом полного круга;
- действует одно физическое депо, представленное на графике в виде двух «виртуальных»;
- количество составов, обслуживающих линию невелико.

Движение с максимальной парностью на линии метрополитена производится лишь в утренний и вечерний часы-пик. Равномерная сетка графика, построенная в период утреннего пика, является отправным моментом для построения подготовительных этапов (выход из ночной расстановки составов и равномерный ввод составов из депо) в обратном времени.

На данный момент известен и реализован механизм равномерного ввода составов на линию из депо, где рекуррентно вызывается процедура ввода с параметром времени начала ввода последовательно смещаемым в обратном времени на величину Тпо (порядка 30 минут для Кольцевой линии). Далее проводится выравнивание межпоездных интервалов.

Как только этап выравнивания пройден, необходимо произвести завязку выхода из ночной расстановки (НР). На этом этапе производится последовательное заполнение существующих точек НР составами, которые оказались не связанными с депо.

Упомянутый механизм построения утренних этапов организации движения на линиях метрополитена слаженно работает для радиальных линий метрополитена и находится на одной из финальных стадий отладки при построении графика Кольцевой линии.

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

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Автоматизированное построение этапов подготовки перевозочного процесса на линии метрополитена к движению с максимальной парностью / А. И. Сафронов // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2011. Наука транспорту». - М.: МИИТ. - 2011. - C. III-141-III-142.

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Синтез планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, выходящих из ночной расстановки

С каждым годом информационный охват абсолютно всех сред человеческой деятельности стремительно возрастает. В связи с этим, поступающую информацию приходится особым образом систематизировать. На Московском метрополитене в пик активного развития технических средств, каждая из служб поспешила обзавестись своей собственной системой, упрощающей человеческий труд. В настоящее время, некоторые из упомянутых систем выросли в самостоятельные программные продукты с возможностью внешнего обмена информацией. Таким образом, перед пользователями ставится большее число времяёмких задач, в связи с чем, всё острее и острее встаёт вопрос об автоматизации основных манипуляций. На примере автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) авторы ставят своей задачей раскрыть современное состояние вопроса развития автоматизации построения планового графика движения (ПГД) Кольцевой линии Московского метрополитена.

Обзор известных типов линий, а также исследование особенностей Кольцевой линии, описанных в [1], позволило наиболее точно приблизить построение сетки графика к эталонному образцу. В качестве эталонного образца был принят график Кольцевой линии Московского метрополитена, действовавший в период с июня по декабрь 2009 года, составленный инженерами-графистами Московского метрополитена вручную внутри АСП ПГД ППМ. Особенности Кольцевой линии позволили создать нелинейную модель синтеза ПГД, в которой нашла отражение рекурсивная процедура равномерного ввода/снятия составов. Эта модель основывается на линейной модели, формализованной в [2]. В ней учтён последовательный переход между этапами синтеза ПГД, причём, она не исключает взятую за основу модель, а ставит своей задачей показать, что она является лишь частным случаем, а в более широком диапазоне рассмотрения данного вопроса можно проводить построение сетки ПГД начиная как с утреннего, так и с вечернего часа-пик. Более того, модель рассматривает случаи, когда возможно построение сетки утреннего и вечернего часов-пик в параллели. Под сеткой ПГД Кольцевой линии будем понимать нитки графика единой временнóй области, выставленные как по первому, так и по второму пути. Так же, как и в [2], первоочерёдному рассмотрению подлежат два стационарных режима: утренний час-пик и выход первых составов из ночной расстановки; а также переходный процесс равномерного ввода составов, связывающий эти стационарные режимы.

Следует напомнить, что построение графика, оптимального с точки зрения критерия равномерности [3, 4], предпочтительнее начинать с одного из этапов, где парность движения максимальна и где построение сетки графика имеет строгое математическое описание. Такими этапами, как раз таки являются утренний и вечерний часы пик. В рассматриваемом авторами случае, рациональнее двигаться влево в обратном времени, начиная с утреннего часа-пик. Комплекс алгоритмов для автоматизированного синтеза упомянутого фрагмента ПГД Кольцевой линии включает в себя:

- построение равномерной сетки графика в утренний час-пик;
- равномерный ввод составов из депо;
- выравнивание межпоездных интервалов;
- вывод первых поездов из ночной расстановки (от указателей и из депо).

Задача построения равномерной сетки ПГД основана на результатах, полученных в диссертационном исследовании Дегтярёва Д.П., показавшего единственность её решения [5]. В АСП ПГД ППМ решение этой задачи реализовано путём расчёта межпоездного интервала, исходя из заданной парности движения. Нитками графика с рассчитанным интервалом заполняется пространство между двумя связанными нитками, находящимися на расстоянии, величиной, равной времени полного оборота состава. Здесь авторы считают нужным напомнить, что время полного оборота состава на Кольцевой линии рассчитывается из условия прохождения им полного круга по одному из рассматриваемых путей. Также важно отметить, что наиболее частым шагом при построении ПГД Кольцевой линии является время полного оборота, поскольку оно ощутимо меньше одного размера движения (час).

Алгоритм равномерного ввода (снятия) составов, основывается на алгоритме деления Евклида для поиска наименьшего общего делителя [3, 4]. За счёт работы данного алгоритма выявляется последовательность ниток графика, подлежащих вводу из депо (снятию в депо). За основу взят алгоритм, опубликованный в [6]. Этот алгоритм был переработан с учётом особенностей ПГД Кольцевой линии, а также произведён переход от обобщённой его формы представления к подробной. Поскольку на этапе равномерного ввода составов осуществляется переход между размерами движения с шагом, равным времени полного оборота, то необходимо было ввести контрольную проверку составов, которые не были введены за размер движения к моменту перехода к следующему размеру движения.

Как только ввод составов полностью произведён, необходимо произвести выравнивание межпоездных интервалов. В АСП ПГД ППМ решение данной задачи основано на вводе сверхрежимных выдержек, равномерно распределённых по станциям. Данная схема выравнивания учитывает всевозможные ограничения и оптимальна по быстродействию [4]. За основу взяты принципы, изложенные в [7]. Здесь пришлось учесть перенос сверхрежимной выдержки, принадлежащей условно конечной станции с текущей нитки на условно начальную станцию следующей нитки. В ходе решения этой задачи были пересмотрены границы начала выравнивания межпоездных интервалов.

Выход первых составов из ночной расстановки, в свою очередь, тоже реализуется поэтапно:

- определяется направление построения стационарного режима (в прямом или обратном времени);
- собирается информация о составах, находящихся на линии и определяются незанятые точки ночной расстановки;
- проверяется возможность реализации построения стационарного режима;
- производится сопряжение ниток графика с найденными точками ночной расстановки;
- проверяется целостность построения стационарного режима.

Условием успешного построения этапа считается полное соответствие между количеством составов, находящихся на момент выхода из ночной расстановки на линии и количеством доступных точек ночной расстановки (указателей).

В том случае, когда построение ПГД проводится в пошаговом режиме, есть возможность прервать построение для того, чтобы сохранить построенный фрагмент в базу данных. Таким образом, появится возможность синтеза ПГД правее утреннего часа-пик, что крайне удобно для последующей отладки.

Для проверки адекватности работы составленных алгоритмов эталонный график был заменён на тот, что вступил в силу с апреля 2010 года. Этот эксперимент по построению ПГД также показал достойные результаты. Наглядное соответствие проводилось по моментам выхода первых составов из ночной расстановки.

В настоящее время авторами проводятся попытки сопряжения построенных фрагментов ПГД со стационарным режимом дневного непика, где движение составов по линии производится с минимальной парностью. Также проводятся работы по автоматизированному построению фрагмента ПГД правее вечернего часа-пик, иными словами, решается вопрос расстановки составов на ночь.

Литература

1. 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. С. 166-170.
2. 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.
3. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. Применение критерия равномерности в сложных транспортных системах // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XVII Международной конференции. С. 289-292.
4. Сеславин А.И., Сеславина Е.А. Принципы равномерности в задачах управления потоками пассажирского транспорта // Прикладная информатика, 2009, №2(20). С. 91-95.
5. Дегтярёв Д.П. Теория и методы автоматизации построения графиков движения поездов на метрополитене. С-Пб: ПГУПС, 2002.
6. Сидоренко В.Г., Рындина Е.Ю. Процедура построения переходных процессов в плановом графике движения пассажирских поездов по линии метрополитена // Проблемы регионального и муниципального управления: Сборник докладов международной научной конференции. М.: РГГУ, 2008. - С. 201-204.
7. Сидоренко В.Г., Рындина Е.Ю. Алгоритмы выравнивания интервалов движения поездов метрополитена // Труды научно-практической конференции «Неделя науки-2008. Наука МИИТа транспорту». М.: МИИТ, 2008. - C. VII-103.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Синтез планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, выходящих из ночной расстановки / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XVIII Международной конференции. - М.: МИИТ. - 2010. - С. 454-457.

"ДАЛЕЕ..."