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..."

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., 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..."

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Синтез сценариев построения планового графика движения пассажирских поездов для кольцевых линий метрополитена

Московский метрополитен является крупной транспортной системой, для которой действуют законы и правила, характерные для муниципальных транспортных систем. В качестве объектов управления на Московском метрополитене выступают поезда, а управляющим органом, в данном случае, является поездной диспетчер. Для слаженного планирования перевозочного процесса диспетчерам необходимо владеть исходной информацией по движению на отдельно взятой линии. Классифицируются линии следующим образом:

- радиальная линия;
- кольцевая линия;
- линия с «вилочным» движением (с переходом на другую линию) [1].

Прежде всего, необходимо рассмотреть характерные этапы построения планового графика движения (ПГД):

- ночная расстановка;
- выход из ночной расстановки (равномерный ввод составов);
- утренний пик (максимальная парность);
- уход в депо и на ТО (равномерное снятие составов);
- дневной непик (минимальная парность);
- выход на вечерний пик (равномерный ввод составов);
- вечерний пик (максимальная парность);
- вечерний съём (равномерное снятие составов);
- процесс расстановки составов на ночь;
- ночная расстановка [2].

В данной статье авторами предложен подход к сценариям автоматизированного синтеза, выполняемых при построении (ПГД) пассажирских поездов метрополитена в период подготовки перевозочного процесса к утреннему пику. Не следует забывать, что ПГД обладает свойством симметрии, а посему синтез сценариев всех утренних этапов может быть успешно применён и к другим этапам с учётом индивидуальных особенностей и отличий. Подытоживая сказанное, можно выделить три уровня зеркальной симметрии ПГД:

- 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;
- расстановки составов в выбранных точках ночной расстановки вечером и выходом составов из точек ночной расстановки утром.

Особое внимание уделено сценариям автоматизированного синтеза выхода составов из ночной расстановки на Кольцевой линии. Именно этот этап является одним из основополагающих и, одновременно, сложных при автоматизированном построении ПГД пассажирских поездов метрополитена, поскольку здесь должна быть реализована правильная последовательность движения составов от указателей.

Задачей автоматизации на данном этапе является выявление всевозможных сценариев выхода из ночной расстановки с учётом действующих ограничений. Пользователь, в конечном итоге, должен получать реализуемые и оптимальные варианты. Не исключены случаи, когда ни один из вариантов невозможно реализовать. Для таких случаев необходимо предусмотреть возможность изменений пользователем условий выхода из ночной расстановки. Очевидно, что невозможность реализации рассматриваемого этапа, так или иначе, связана с предыдущим этапом равномерного ввода составов, где уже производится привязка составов к депо и указателям.

Важно помнить, что автоматизированное построение планового графика проводится с применением оптимизации по критерию равномерности и, таким образом, все этапы построения проводятся на основе упомянутого критерия. Гибкость управления при выходе из ночной расстановки связана, в основном, с тем, что в ранние часы работы метрополитена равномерностью можно пренебречь в пользу моментов времени выхода первого состава от того или иного указателя.

Иными словами, равномерное изменение парности соседствует с режимами входа/выхода из ночной расстановки. Они являются симметричными, однако, особенность утреннего выхода заключается в большей свободе, поскольку маршруты ещё не назначены.

В этапе выхода из ночной расстановки можно выделить несколько характерных интервалов времени. Для радиальной линии такое разбиение было выполнено с учетом изменения условий оборота составов по конечным станциям, связанного с изменением числа бригад, участвующих в этой операции, и, следовательно, длительности станционного оборота. На кольцевой линии обороты составов с одного пути на другой в общем случае не выполняются, что значительно упрощает задачу автоматизированного построения ПГД. Переход составов с одного пути на другой связан, исключительно, с обеспечением равномерного заполнения путей составами. Возможность равномерного заполнения линии изначально может отсутствовать, поскольку точки ночной расстановки составов входят в число исходных данных, варьирование которых запрещено. Таким образом, авторы считают нужным учитывать момент времени первого оборота состава на кольцевой линии и называть его моментом перехода состава на другой путь. При указанных допущениях этап выхода из ночной расстановки на кольцевой линии разбивается на следующие характерные моменты времени:

- отправление первого поезда из депо по каждому из путей;
- отправление первого поезда с линии по каждому из путей;
- первого перехода на другой путь;
- совершения полного оборота первого поезда, вышедшего из депо по каждому из путей;
- совершения полного оборота первого поезда, вышедшего с линии по каждому из путей.

Все линии разные и времена полного оборота состава на линиях, соответственно, разные. Время полного оборота состава равно времени, необходимому составу для возвращения поезда в ту точку на линии, из которой он начал движение. Частота изменения парности остаётся постоянной на протяжении одного часа, а сама процедура изменения парности рассчитана на время полного оборота, поскольку за это время можно восстановить равномерность интервалов [3]. При проведении расчётов с временем полного оборота состава значительно меньше 1 часа для нескольких выполняемых процедур изменения парности частота остаётся одинаковой и взаимное положение снимаемых/вводимых составов в двух последовательно выполняемых процедурах может оказаться одинаковым. Если снимаемые/вводимые составы будут следовать друг за другом, то это приведёт к резкой вариации интервалов и создаст дополнительную неравномерность. Посему следует рассматривать несколько уровней равномерности.

На первом выбирается равномерно расположенные составы с частотой, равной требуемой, умноженной на количество последовательно выполняемых процедур изменения парности.

На втором уровне в каждой из процедур равномерного снятия из сформированной последовательности выбирается одна из неиспользованных ранее последовательность равномерно расположенных составов с частотой, равной требуемой. Число таких последовательностей равно количеству процедур изменения парности.

Для радиальных линиях с двумя депо (вне зависимости от их привязки к путям) добавляется еще один уровень равномерности. На котором последовательность равномерно снимаемых составов разбивается между депо так, чтобы уход составов в каждое из депо был также равномерен.
В случае, когда время полного оборота состава соизмеримо или больше 1 часа, наложение последовательностей снятия не столь заметно, так как при переходе от одного часа к другому частота снятия, как правило, меняется. При переходе от одной частоты к другой вероятность последовательного снятия поездов снижается. Кроме того, увеличение времени оборота приводит к тому, что этот эффект становится менее заметен визуально.

Таким образом, в результате проведенных исследований множества линий авторам удалось выделить промежуточный уровень равномерности.
В настоящее время процедуры выравнивания интервалов, равномерного ввода-снятия составов реализованы авторами в рамках автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов линий Московского метрополитена. Проводится их адаптация к условиям различных линий и включения в процедуру автоматизированного поэтапного синтеза ПГД.

Литература

1. 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.

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. 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. Синтез сценариев построения планового графика движения пассажирских поездов для кольцевых линий метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Проблемы регионального и муниципального управления. Сборник докладов международной научной конференции Москва, 21 апреля 2010 г. – М.: РГГУ. – 2010. – С. 166-170.

"ДАЛЕЕ..."

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.

Применение критерия равномерности в сложных транспортных системах

В условиях бурного развития информационного общества городов и мегаполисов необходимо рассматривать всевозможные стороны управления и автоматизации управления системами. Под системами надо понимать не только технические объекты, но и различные сферы информационного общества. Очевидно, что степень организации последних может варьироваться. Под системами с высокой степенью организации понимаются большие и сложные системы. Чем более высоко организована система, тем сложнее процессы управления, применяемые в такой системе. Изучение этих процессов имеет научную ценность, а реализация контуров управления, осуществляющих данные процессы, имеет практическую значимость.

Авторами в качестве сложной системы рассматривался Московский метрополитен. Управление в системе проводится путём изменения параметров движения составов по линии. Организация движения составов построена на диспетчерском управлении, таким образом, неотъемлемой частью при этом является планирование. Планирование заключается в построении графика движения. По результатам проведённых исследований выяснилось, что именно плановый график движения есть «сердце» управления рассматриваемой системой, без которого невозможно её безопасное функционирование.

Ручное построение планового графика - процесс длительный и сложный, в нём должны быть отражены связи с графиком оборота и с графиком работ поездных бригад. Целью планирования является построение оптимального графика с учётом всех накладываемых ограничений. Этого можно достичь путём перебора огромного количества вариантов, а, значит, без автоматизации построения планового графика движения не может быть речи о достижении поставленной цели [1].

В плановых графиках движения учитывается география каждой линии в отдельности. Обобщённая классификация линий следующая:

- радиальная линия;
- кольцевая линия;
- линия с «вилочным» движением (с переходом на другую линию).

Каждый из упомянутых типов линий обладает рядом уникальных особенностей. Для кольцевой линии это:

- два пути линии, рассматриваемые, как две независимые линии;
- отсутствие оборотов по станционным путям;
- время полного оборота состава, рассчитываемое из условия прохождения маршрутом полного круга по каждому из рассматриваемых путей;
- одно физическое депо, представленное на графике в виде двух «виртуальных» депо.

Авторами рассматривалась именно кольцевая линия, применительно к которой разработаны математические модели, точно отражающие её структуру. Эти математические модели успешно применяются на протяжении многих лет к радиальным линиям. Исторически сложилось, что разработка алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения для радиальных линий имеет более высокий приоритет. Связано это, прежде всего, с преобладанием данного типа линий над всеми остальными линиями Московского метрополитена [2].

Анализ ряда графиков, составленных опытными графистами вручную, показал, что в неявном виде в них отражён принцип равномерности, сформулированный Г. Вейлем [3] и модифицированный М.Л. Концевичем [4] для области целых чисел [5]. Равномерность находит выражение в межпоездных интервалах, а также при вводе/снятии составов. Все упомянутые параметры либо целочисленные, либо могут быть представлены целыми числами, что даёт возможность применения модифицированных алгоритмов равномерности для рассматриваемой большой системы.

На кафедре «Управление и информатика в технических системах» МИИТа Сеславиным А.И. и авторами статьи были проведены работы, связанные с уточнением упомянутых алгоритмов равномерности для транспортных систем [6, 7]. В работах подробно изложена последовательность действий, необходимых для расчёта равномерных распределений транспортных единиц.

Ценность предложенных алгоритмов равномерности заключается в том, что они основываются на принципе зеркальной симметрии, согласно которому процедура снятия составов в прямом времени аналогична процедуре снятия составов в обратном времени. Снятие составов в обратном времени равносильно вводу составов в прямом времени, таким образом, один алгоритм позволяет решить вдвое больше задач автоматизированного построения планового графика.

На радиальной линии обычно предусмотрено два депо, за каждым из которых закреплены составы. На Кольцевой линии действует одно физическое депо, представленное на графике в виде двух «виртуальных», подающих составы на разные пути. При наличии двух реальных или «виртуальных» депо равномерность ввода/снятия составов имеет два уровня. Внешний уровень равномерности при вводе/снятии составов заключается в определении последовательности вводимых/снимаемых составов, а внутренний – в распределении этих вводимых/снимаемых составов между двумя депо линии.

При реализации переходного процесса в соответствии с критерием равномерности переходные процессы протекают быстрее. На теоретическом уровне длительность переходного процесса не превышает времени полного оборота состава. При построении алгоритмов необходимо учитывать разброс времени полного оборота состава (для линий Московского метрополитена это величины от получаса до двух часов). Время полного оборота состава для кольцевой линии рассчитывается как время прохождения составом полного круга. Время полного оборота состава для радиальной линии равно времени прохождения составом линии в прямом и в обратном направлении с учётом времён оборотов на конечных станциях.

В связи с тем, что времена полного оборота состава для разных линий колеблются от получаса до двух часов, имеет место усреднение частоты снятия составов для обеспечения заданной парности. Парность для планового графика рассчитывается для каждого размера движения в отдельности, а сам размер движения – векторная величина с фиксированным интервалом времени, равным одному астрономическому часу.

Переходные процессы, возникающие в системе от ввода/снятия составов, заключаются в переходе от старого межпоездного интервала к новому. Математическая модель учитывает этот переход. Изменение межпоездного интервала может быть выражено в рассогласовании. Существуют следующие варианты устранения этих рассогласований по времени:

- увеличение времени стоянки состава только на конечной станции;
- увеличение времени стоянки состава на необходимом количестве станций на одинаковую величину;
- увеличение времени стоянки состава на всех станциях на равную величину.

Способы управления перечислены по степени равномерности. В теории, при каждом из способов управления время переходного процесса не превысит времени полного оборота состава. На практике же необходимо проверить качество каждого из упомянутых способов управления, после чего можно будет уточнить применяемый критерий равномерности. В настоящее время авторами проводится исследование управления при увеличении времён стоянки состава на необходимом количестве станций на фиксированную величину. Фиксированная величина определяется по расчёту равномерной стоянки состава с максимальной величиной рассогласования на всех станциях. С точки зрения многоуровневой равномерности этот способ управления должен показывать наилучший результат.

Данное направление теоретических и практических исследований является наиболее перспективным на сегодняшний день, поскольку оно связано с действующей сложной системой, служащей на благо общества. Московский метрополитен уже сегодня позволяет продлевать человеческие сутки, перевозя пассажиров из одного конца города в другой за рекордно низкие сроки.

Литература

1. 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.

2. 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.

3. Вейль Г. Математическое мышление. М.: Наука, 1989.

4. Концевич М.Л. Равномерные расположения // Квант, 1987, №7.

5. Виноградов И.М. Основы теории чисел. М.: Наука, 1972.

6. Воробьева Л.Н., Сеславин А.И. Градиентный способ централизованного управления городскими транспортными системами // Наука и техника транспорта, 2005, №2.

7. 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. Применение критерия равномерности в сложных транспортных системах / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XVII Международной конференции. - М: РГГУ. - 2009. - С. 289-292.

"ДАЛЕЕ..."